PCIe 4.0 とは何ですか? アップグレードする価値はありますか?

主なポイント

• PCIe 4.0は、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）、中央処理装置（CPU）、NVMe SSDなどのコンポーネントを接続するために、現代のコンピューターで広く使用されています。高いデータ転送速度と、以前のPCIeバージョンとの下位互換性を備えています。
• PCIe 4.0は、高帯域幅、拡張性、そして将来性を備えています。レーンあたり16ギガビット/秒（GT/s）の転送速度を実現し、スロットはx1、x4、x8、x16などの構成をサポートします。PCIe 5.0や6.0などの将来バージョンでは、さらに高速化が期待されています。
• PCIe 4.0 SSDは、4レーン構成で最大8GB/秒の速度を実現できます。GPUの場合、PCIe 4.0と3.0の差は通常わずかです。複数のNVMe SSDを使用すると、チップセットの帯域幅が飽和し、システムパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

2011年後半、 PCI-SIGはPCIe 4.0規格の初期仕様を発表しました。この規格は、16パス構成で1秒あたり16ギガビット（GT/s）または32ギガビット（GB/s）の速度を提供するとされていました。正式な発表までには6年近くかかり、2017年6月にPCI-SIGはPCIe 4.0の最終仕様を正式に発表しました。

AMDは、 2019年にZen2とフラッグシップチップであるX570Eを皮切りに、PCIe 4.0をサポートするCPUを発売した最初のコンシューマー向けチップメーカーでした。Intelはこの分野でやや遅れを取り、翌年にTiger LakeでPCIe 4.0を導入しました。

PCIe 4.0は、128ビットデータを130ビットに変換するために128b/130bエンコーディング技術を使用しています。これにより、約98.46%という高い効率が実現され、以前のバージョンよりも大幅に効率が向上しています。

↪ SSDとグラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）への影響

実際のパフォーマンスに関して言えば、4レーンのPCIe 4.0 SSD接続は最大で約8GB/秒の速度に達します。これは、Samsung 990 PROやWD Black SN850Xなど、ほとんどの高性能コンシューマー向けPCIe 4.0 SSDが提供する速度と同等です。

ほとんどのグラフィックス処理ユニット（GPU）はx8またはx16バスインターフェースを備えており、これは古いPCIeバージョンでも十分です。しかし、Radeon RX 6500 XTは例外で、x4インターフェースに制限されています。お使いのコンピューターが最初のx16スロットにPCIe 3.0を使用している場合、RX 6500 XTでは帯域幅がわずか4 GB/sに制限されます。このため、PCIe 4.0とPCIe 3.0では、一部のゲームで最大70%近いパフォーマンスの差が生じます。

さらに、 x8/x16カードではフレームレートが低下する可能性があります。PC をかなり前に組み立てていない限り、IntelのRocket Lake-S (第 11世代)とAMD のZen2 (Ryzen 3000) で導入された PCIe 4.0 が搭載されているはずですが、最低でもB550またはX570マザーボードが必要です。

恐怖、不確実性、そして疑念

わずか数年で、市場はPCIe 4.0からPCIe 5.0搭載システムへと急激に移行しました。CPUメーカーは、新しいチップセットでPCIe 5.0スロットを徐々に増やしています。さらに、 8GB/sを超えるSSDは、技術的にはPCIe 4.0規格によって制限されています。さて、そろそろアップグレードする時期でしょうか？

一般的に、最新のグラフィック処理ユニットはすべて、PCIe Gen 4.0より上位の規格をサポートしていません。PCIe 4.0とPCIe 3.0の間には大きなパフォーマンス差があると思われるかもしれませんが、実際はそうではありません。

Gamer's Nexusが行ったテストによると、帯域幅が2倍になったにもかかわらず、フレームレート（FPS）は第3世代と第4世代の間でわずか2～3%しか向上しなかった。言うまでもなく、PCIe Gen 5.0ではさらに改善幅が小さくなるだろう。

ソリッドステートドライブ（SSD）の項目では、まずPCIe 5.0対応SSDは高価であるという点が挙げられます。同じ容量の場合、第5世代SSDは第4世代SSDの約2倍の価格です。次に、PCIe 5.0技術はまだその潜在能力を最大限に発揮していないため、速度向上はわずかです。1.5 ～1.6倍速い（最大12000MB/秒）速度のために、2倍の価格を支払うことになるのです。

最後に、PCIe 5.0 SSDは非常に高温で動作します。最高のパフォーマンスを維持するには、ほぼ必ずヒートシンク、あるいはアクティブ冷却が必要になります。ワークロードがこのレベルの帯域幅を最大限に活用できない限り、投資に見合う価値はありません。

↪ アップグレードの潜在的なメリット

しかし、PCIe 5.0の大きな利点は、今後登場するIntel Z890マザーボードの一部に、GPU用のx8 PCIe 5.0スロット（ 32GB/sのx16 PCIe 4.0に相当）が搭載されると噂されている点です。これにより、CPUに直接接続された3つのx4 PCIe 5.0スロットと、もう1つのx4 PCIe 4.0スロットがSSD用に確保されます。つまり、両方の利点を享受しながら、GPUに十分すぎるほどの帯域幅を提供できるのです。

これはあくまで噂であり、すべての高性能Z890マザーボードがこの構成をサポートするわけではないことに注意が必要です。

結論として、最新のシステムには少なくとも1つのx16 PCIe 4.0スロットがあり、さらにマザーボードのモデルに応じてPCIe 4.0またはPCIe 3.0をサポートするx4スロットが1つ必要です。これらの事実を踏まえると、システムのアップグレードはPCIeの世代ではなく、 CPU、GPU、その他のコンポーネントに基づいて行うべきであると言えるでしょう。

PCIe 3.0をサポートする古いGPUを搭載したコンピューターは、PCIe 4.0にアップグレードしても、パフォーマンスが大幅に向上しない可能性があります。これは現行のGPUにも当てはまりますが、興味深いことに、現時点でPCIe 5.0をサポートするGPUは存在しません。予算が限られている場合は、PCIe 4.0 / 3.0で十分でしょう。

しかし、より高度なシステムが必要な場合は、今後登場するチップセットにより、複数のストレージオプション（3つのx4 PCIe 5.0 + 1つのx4 PCIe 4.0 ）と十分なGPU帯域幅を効果的に提供できますが、PCIe 5.0（ x8 ）をサポートするGPUが必要になります。これは、RTX 4090がPCIe 4.0のみをサポートしているため、PCIe 4.0 x8の速度（16 GB/s、PCIe 3.0 x16に相当）で動作するためです。