PCIe 5.0とPCIe 4.0：どちらを選ぶべきか？

こばやし2024年9月3日読了時間約1分

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）は、グラフィックスカード、SSD、ネットワークアダプタなどのさまざまなコンポーネントに必要な高速接続を提供する、現代のコンピュータシステムの中核となる技術です。PCIeはその発足以来、いくつかのバージョンアップを経ており、各バージョンはデータ転送速度の向上、レイテンシの削減、電力効率の改善を提供してきました。PCIe 3.0は長らく標準となっていましたが、業界は前進し、現在はPCIe 4.0および最新のPCIe 5.0が主流となっています。これらのバージョンの違いを理解することは、速度と効率を最適化しようとするプロフェッショナルにとって重要です。

PCIeの進化

PCを自作したことがある方なら、マザーボード上を横に走るPCIeスロットに馴染みがあるでしょう。

マザーボードにはさまざまな構成のPCIeレーン（x1、x2、x4、x8、x16）があり、スロットに多くのレーンがあるほど、提供できる帯域幅が大きく、スロットも長くなります。一般的に、GPUは最大の帯域幅を提供するx16スロットにインストールされます。これが通常、CPUへの最も直接的な接続となります。最新のPCIe m.2 SSDは通常x4レーンを利用しています。

PCIeの各新世代は、前世代の速度を倍増させます。例えば、PCIe 3.0は8GT/s（ギガトランスファー毎秒）のデータ転送速度を提供し、PCIe 4.0はこれを16GT/sに倍増させ、PCIe 5.0はさらに倍増し32GT/sとなります。データ転送速度は、エンコード前の理論的な最大速度を示すため、実際の速度は異なる場合があります。

一見したところ、最新のPCIe 4.0スロットはPCIe 3.0スロットと見た目が同じですが、これらは後方互換性と前方互換性の両方を備えています。つまり、PCIe 3.0のSSDをPCIe 4.0のスロットに差し込んだり、PCIe 4.0のSSDをPCIe 3.0のスロットに差し込んだりすることができます。

以下の表では、異なるバージョンのPCIeの帯域幅を示します。

PCIe世代	帯域幅	ギガ転送	周波数
PCIe 1.0 x32	8GB/s	2.5GT/s	2.5GHz
PCIe 2.0 x32	16GB/s	5GT/s	5GHz
PCIe 3.0 x32	32GB/s	8GT/s	8GHz
PCIe 4.0 x32	64GB/s	16GT/s	16GHz
PCIe 5.0 x32	128GB/s	32GT/s	32GHz

PCIe 5.0とは？

PCIe 5.0（Gen 5）は、実質的にPCIe 4.0（Gen 4）のアップデート版であり、データ転送速度が倍増しています。PCIe 5.0は1レーンあたり32GT/s（ギガトランスファー毎秒）を提供し、16レーン構成で帯域幅は64GB/sに倍増します。この改善により、SSDをはじめとするほぼすべてのPCIe周辺機器のパフォーマンスが大幅に向上します。

ハードウェア面では、多くのPCIe 5.0対応SSDが2023年中旬から市場に登場し始めました。PCIe 5.0を最大限に活用するには、マザーボードと接続するデバイスの両方がこの規格に対応している必要があります。もしマザーボードにPCIe 5.0スロットがあっても、PCIe 4.0のSSDを使っている場合、SSDはPCIe 4.0の速度で動作します。

なぜPCIe 5.0にアップグレードするべきか？

前述のように、PCIeの各世代はスループットを倍増させます。しかし、PCIe 5.0の真の利点は、その完全な後方互換性と将来に向けた準備が整っている点にあります。これにより、新しいハードウェアがシステム内でボトルネックに悩まされることはありません。

PCIe Gen 4は現在の標準であり、ほとんどのプロセッサやマザーボードがサポートしています。PCIe 4.0が登場した当初は革新的でしたが、現在ではパフォーマンスのボトルネックが見え始めています。例えば、ほとんどのSSDはM.2 NVMeフォーマットで提供され、4レーンに制限されています。PCIe 4.0の速度では、最大8GB/sの連続データ転送が可能で、現在の最速SSDでもその8GB/sの制限に近づいています。それに対して、PCIe 5.0 SSDは倍の帯域幅を持ち、16GB/sの転送速度を提供します。PCIe 5.0のデバイスは、32レーンで128GB/sの帯域幅を提供し、旧世代のPCIeでは考えられないような速度を実現します。

PCIe 5.0にアップグレードする際の最も重要な要素は、対応するマザーボードが必要だという点です。PCIe 5.0デバイスを利用するには、マザーボード、CPU、場合によってはメモリのアップグレードが必要となるため、これらにかかるコストは注意が必要です。さらに、PCIe 5.0スロットを多く備えたマザーボードは高価です。

PCIe 5.0とPCIe 4.0の主な違い

データ転送速度：PCIe 5.0はPCIe 4.0のデータ転送速度を倍増させ、1レーンあたり32GT/sを提供します。一方、PCIe 4.0は16GT/sです。

帯域幅：PCIe 5.0は1レーンあたり4GB/sの帯域幅を提供し、PCIe 4.0の2GB/sを倍増させます。16レーン接続では、PCIe 5.0は64GB/s、PCIe 4.0は32GB/sの帯域幅を提供します。

信号の整合性：PCIe 5.0は信号の整合性を強化しており、安定性を損なうことなく高い転送速度を実現しています。

電力効率：PCIe 5.0はパフォーマンスが向上しているにもかかわらず、電力効率を維持しており、速度向上が電力消費の大幅な増加につながることはありません。

将来の互換性：PCIe 5.0は将来のスケーラビリティを考慮して設計されており、次のPCIe規格（PCIe 6.0など）への移行がスムーズに行えます。これにより、ユーザーと製造業者は既存の投資を守りながら、新しい技術や規格を段階的に採用できます。

FSが提供するPCIe 5.0ネットワークアダプタ

FSは、PCIe 5.0のネットワークアダプタを多数提供しており、高パフォーマンスな環境に対応しています。これらのアダプタは、PCIe 5.0の完全なポテンシャルを活用し、データセンターやエンタープライズネットワーク、その他の要求の厳しいアプリケーションで無比の速度と信頼性を提供します。詳細については、以下の表をご覧ください。

ブランド	FS P/N	ポート	ホストインターフェース	技術
Nvidia	MCX75510AAS-NEAT	400GシングルポートOSFP	PCIe 5.0 x16	InfiniBand
Nvidia	MCX75310AAS-NEAT	400GシングルポートOSFP	PCIe 5.0 x16	InfiniBand & イーサネット
Nvidia	MCX715105AS-WEAT	400GシングルポートQSFP112	PCIe 5.0 x16	InfiniBand & イーサネット
Nvidia	MCX755106AS-HEAT	200GデュアルポートQSFP112	PCIe 5.0 x16	InfiniBand & イーサネット
Broadcom	BCM957608-P1400GDF00	400GシングルポートQSFP112-DD	PCIe 5.0 x16	イーサネット
Broadcom	BCM957608-P2200GQF00	200GデュアルポートQSFP112	PCIe 5.0 x16	イーサネット

PCIe 6.0の展望

現在PCIe 5.0が標準となっていますが、PCIe 6.0はさらに大きな改善を約束しています。PCIe 6.0は、再びデータ転送速度を倍増させ、1レーンあたり64GT/sに達することを目指しています。PCIe 6.0は現在開発中であり、普及が期待されており、高速データ転送技術の進化は続いていきます。

よくある質問（FAQs）

Q1：PCIe 5.0デバイスはPCIe 4.0スロットで動作しますか？

A1：はい、PCIe 5.0はPCIe 4.0スロットと後方互換性がありますが、デバイスはPCIe 4.0の速度で動作します。

Q2：PCIe 5.0を利用するには新しいマザーボードが必要ですか？

A2：はい、PCIe 5.0の速度を完全に活用するには、PCIe 5.0をサポートするマザーボードが必要です。

Q3：PCIe 5.0に最も恩恵を受けるデバイスは何ですか？

A3：高性能なデバイス、例えばGPU、NVMe SSD、ネットワークカードが最も恩恵を受けます。

Q4：ゲーミングにおいてPCIe 4.0とPCIe 5.0のパフォーマンス差は大きいですか？

A4：現在のゲームではPCIe 4.0で十分ですが、PCIe 5.0は将来の高性能アプリケーションやゲームのための将来性を提供します。

Q5：PCIe 6.0はいつ利用可能になりますか？

A5：PCIe 6.0は開発中であり、数年内に利用可能になる予定です。さらに高い帯域幅とパフォーマンスの改善が期待されています。

Q6：PCIe 5.0には追加の電力要件がありますか？