PCI express 5.0(PCIe 5.0)とは?対応製品、速さ、旧世代との違いを紹介

PCI Expressは自作PCなどをお持ちの方に馴染みの深い規格ですが、その最新規格であるPCI Express 5.0について進化点や性能について紹介します。

PCI Express(PCIe)とは

PCI Expressとはコンピューターと周辺機器を接続するための規格の一つであり、過去に主流だったPCIやAGP (Accelerated Graphics Port)に替わる規格としてPCI-SIGと呼ばれるIntelやAMD、NVIDIAなどが加盟する団体によって策定されました。

このPCI Expressは接続された機器と大量のデータを低遅延で転送可能な規格として登場、最初期はPCI Express 1.0aが2003年に策定され、2004年頃からこれらを搭載した製品が世の中に出始めます。

その後、2007年には転送速度が向上したPCI Express 2.0が、2010年にはPCI Express 3.0、、2017年にはPCI Express 4.0が登場し、今回紹介するPCI Express 5.0が2019年に策定されました。

 

今回はPCI Expressの最新規格であるPCI Express 5.0について各世代との違いや対応製品、利用用途などを紹介していきます。

PCI Expressと5.0(PCIe 5.0)への進化

PCI Expressは数年おきに規格が新しくなっており、末尾のバージョンによって転送速度が変わっていきます。

 2003年2007年2010年2017年2019年
バージョンPCIe 1.0PCIe 2.0PCIe 3.0PCIe 4.0PCIe 5.0
x1250MB/s500MB/s1GB/s2GB/s4GB/s
x41GB/s2GB/s4GB/s8GB/s16GB/s
x82GB/s4GB/s8GB/s16GB/s32GB/s
x164GB/s8GB/s16GB/s32GB/s64GB/s

*ここで示される値は理論上の最大値のため実際の転送速度は表より数%少ないです。

PCI Expressは第一世代であるGen 1.0では最大で4GB/sとなっていましたが、2.0では2倍の8GB/sなど規格が最新化される度に転送速度は2倍に増えて行っています。そして、最新規格であるPCIe 5.0ではx1で4GB/s、x4で16GB/s、x8で32GB/s、x16で64GB/sの転送速度を発揮する事が出来るようになっています。

ちなみに、DDR4-2666の転送速度は理論上21.3GB/sとなっています。そのため、PCIe 5.0 x8であれば転送速度だけ見ればメインメモリーより速い事になります。(と言ってもレイテンシーがあるので代替は無理そうです。)

レーンについて

PCI Expressにはレーンと言う概念があり、1レーンであれば「x1」、4レーンであれば「x4」と示しています。このレーンは複数束ねる事が可能で、x1を4つ束ねたのが「x4」、16つ束ねたのが「x16」となります。
基本的には転送速度はx1に、束ねるレーン数を乗じれば束ねた際の転送速度が求められます。(例 PCIe 5.0 x1=4GB/s x 16レーン=64GB/s)

また、必要なレーン数によって差し込むスロットの大きさが異なります。x16対応スロットが最も長く、他にx8やx4、x1対応スロットがあり数字が小さくなるほどスロットは小さくなります。なお対応スロットより低いレーンでの動作は可能ですので、x16対応スロットにx1対応製品を差し込む事は可能です。

ちなみに、このレーンは無限には増やす事は出来ず、各マザーボードやCPUによって運用できる最大レーン数が決められています。

例えばIntelのZ590マザーボードとCore i9-11900Kではマザーボード側に24レーン、CPU側に20レーンまで対応していますので、接続する機器のレーン数を調べ、マザーボードとCPUの対応レーン数以内のであれば最大性能での動作が可能となります。

製品毎に必要なレーン数の代表例

  • x1対応製品
    • サウンドカード、地上デジタルチューナー、ビデオキャプチャーカード、ネットワークカード(1Gbps)
  • x4対応製品
    • 4K対応ビデオキャプチャーボード、NVMe SSD、ネットワークカード(10Gbps以上)
  • x16対応製品
    • グラフィックカード、NVMe SSD拡張カード(4枚接続)

PCI Express 5.0で起きる変化

PCIe 5.0では既存のPCIe 4.0に比べて転送速度が2倍に向上しています。そのため、最大レーン数がx4に縛られるM.2接続の機器などでは非常に大きな恩恵を受ける事が出来ると考えられます。

特にM.2接続のNVMe SSDでは現在最新のPCIe 4.0ではx4接続では理論上は最大8GB/sの転送速度が実現可能となっていますが、既にPCIe 4.0対応のNVMe SSDでは最大リード速度が7GB/sに達している製品が多く、既にPCIe 4.0の規格上限値に限りなく近いです。

これが、PCIe 5.0対応となると最大16GB/sまで理論的には対応可能になるため、現行の約2倍高速なNVMe SSDが登場する事となります。

また、少ないレーン数で動作しても転送速度が高速なため、PCIe 5.0対応 NVMe SSDをx2動作で動かす事でPCIe 4.0のx4動作と同等の性能を発揮しつつ、レーン数を温存する事が可能となります。このようにレーン数を温存できるメリットとしては、PCI Express対応機器を多くつなげるデータセンターやワークステーションではCPUやマザーボード・チップセットが持つ最大レーン数に対して余裕が生まれるため、より高い拡張性が期待できます。

対応製品や利用用途など

PCIe 5.0については、2021年11月に発売が開始される予定のIntel 第12世代 Alder Lake CPUから対応が行われると見られています。ただし、PCIe 5.0に対応するのはグラフィックカードなど周辺機器については2021年時点では発売はされない見込みです。

ギャズログ | Gaz:Log

Intelが2021年11月4日に発売が予定されている第12世代Core CPUのデスクトップ向けである『Alder L…

もしかしたら、2022年に登場するNVIDIA GeForce RTX 4000シリーズ(Ada Lovelace)またはAMD Radeon RX 7000シリーズ(RDNA3)にて対応するかもしれません。しかし、PCIe 4.0対応のGeForce RTX 3090などをPCIe 3.0で動作させても性能的にほとんど大きな差が無いというベンチマーク結果が出ており、PCIe 4.0から2倍高速なPCIe 5.0はしばらくの間はオーバースペックな規格となりそうです。

PCIe 4.0 vs. PCIe 3.0 GPU Benchmark | TechSpot

NVMe SSDについては読み込み速度などが倍近く向上すると見られており、動画編集やオープンワールドのゲームなどでは恩恵を受けれそうです。

サムスン電子ではPCIe 5.0対応SSDをまずはデータセンターなどのエンタープライズ向けに2022年第二四半期にリリースすると発表しています。また同じくKioxiaはPCIe 5.0対応 NVMe SSDを2021年第四四半期から出荷を開始すると発表しています。このKioxiaのNVMe SSDでは11~15GB/sの読み込み速度を発揮するとの事です。ただし、PCIe 5.0に対応するAlder Lake-Sですが、M.2スロットはPCIe Gen4.0止まりとなっているため、NVMe SSDなどPCIe 5.0による速度の向上などの恩恵を受けられる製品は2023年に登場が予定されているIntel Raptor Lake-S CPUやAMD Zen4 CPUからになると見られています。

そのため、一般的なユーザーに関しては早くても2023年ぐらいまではPCIe 5.0の恩恵を受ける事は難しそうと言えそうです。

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