اگر به سرعت کامپیوترتان اهمیت می‌دهید، باید با PCIe Gen ۴ آشنا شوید. این فناوری جدید انتقال داده‌ها بین قطعات کامپیوتر (مثل کارت گرافیک و حافظه) را تا دو برابر سریع‌تر از قبل کرده که نتیجه آن اجرای روان‌تر بازی‌ها، ذخیره‌سازی سریع‌تر فایل‌ها و بهتر کردن عملکرد کلی سیستم است. در ادامه می‌خواهیم به‌زبان ساده و بدون اصطلاحات فنی پیچیده، توضیح دهیم PCIe نسل 4 چطور این معجزه را ممکن می‌کند و چرا برای کاربران عادی و حرفه‌ای جذاب است. پس اگر به دنیای تکنولوژی علاقه دارید، تا انتها همراه ما باشید.
PCIe نسل چهار در یک نگاه
PCIe Gen 4 با دوبرابر کردن سرعت انتقال داده نسبت به نسل‌های قبلی، تحولی چشمگیر در عملکرد سیستم‌های کامپیوتری ایجاد می‌کند. این فناوری با افزایش پهنای باند تا ۳۲ گیگابایت بر ثانیه، اجرای روان بازی‌های سنگین، کاهش زمان بارگذاری نرم‌افزارها و سرعت بالاتر در انتقال فایل‌های حجیم را ممکن می‌سازد. سازگاری با سخت‌افزارهای قدیمی‌تر هم از مزایای کلیدی آن است، بنابراین می‌توانید بدون نیاز به تعویض تمام قطعات کامپیوتر از سرعت بالای آن بهره‌مند می‌شوید. اگر به‌دنبال بهبود سرعت سیستم خود با کمترین دردسر هستید، PCIe Gen 4 انتخابی ایدئال است. جزئیات بیشتر را در ادامه بخوانید.
PCIe Gen 4 چیست؟
PCIe نسل چهارم (Gen 4) نسخه پیشرفته‌تر از استانداردی است که برای ارتباط قطعات پرسرعت کامپیوتر (مثل کارت گرافیک و حافظه‌های SSD) به کار می‌رود. این فناوری توسط گروهی از متخصصان طراحی شده تا سرعت انتقال اطلاعات را نسبت به نسل‌های قبل تا 2 برابر بیشتر کند.
حالا احتمالاً می‌پرسید چطور؟ در عمل هر لاین ارتباطی PCIe Gen 4 می‌تواند در ثانیه حدود ۱۶ میلیارد سیگنال را جابه‌جا کند. این یعنی اگر یک اسلات دارای ۱۶ خط داشته باشید، اطلاعات با سرعت شگفت‌انگیز ۳۲ گیگابایت در ثانیه منتقل می‌شوند.
خبر خوب این است که این فناوری با نسخه‌های قدیمی‌تر هم سازگار است. یعنی حتی اگر مادربرد یا پردازنده شما جدید باشد، می‌توانید بدون هیچ مشکلی از کارت‌های گرافیک یا حافظه‌های Gen 4 استفاده کنید. نتیجه؟ اجرای روان‌تر بازی‌های سنگین، کاهش زمان بارگذاری نرم‌افزارها و سرعت بالاتر در کارهایی مثل ویرایش ویدیو!
در بخش‌های بعد، به‌طور دقیق بررسی می‌کنیم چرا این نسل از PCIe یک جهش بزرگ محسوب می‌شود و چگونه در عمل به بهبود سرعت کامپیوتر شما کمک می‌کند.
پیشینه و تکامل PCIe Gen 4
داستان PCIe Gen 4 از اوایل دهه ۲۰۰۰ آغاز شد؛ وقتی گروه فنی AWG متشکل از مهندسان اینتل و شرکای صنعتی، استاندارد جدیدی را برای جایگزینی رابط‌های موازی قدیمی پیشنهاد کردند. استانداردی که ابتدا با نام HSI شناخته می‌شد. سپس بازنگری اتفاق افتاد و نام آن به 3GIO تغییر کرد؛ ولی در نهایت این پروژه به «PCI Express» یا همان PCIe رسید. بعد از این واگذاری مدیریت و ارتقای فناوری برعهده کنسرسیوم PCI-SIG قرار گرفت که پیش‌از آن تجربه‌های موفقی در توسعه باس‌های موازی داشت.
در سال ۲۰۰۳، کنسرسیوم اولین نسخه از استاندارد PCIe را منتشر کرد که نرخ انتقال 2.5 گیگاترانسفر در ثانیه را برای هر لاین ارائه می‌داد. به‌مرور با معرفی نسخه‌های بعدی، این نرخ به 8 گیگاترانسفر در ثانیه رسید.
در سال ۲۰۱۱ پیش‌نویس اولیه نسل چهارم یا همان PCIe Gen 4، با سرعت 16 گیگاترانسفر در ثانیه معرفی شد؛ ولی در آن زمان اجرایی نشد. پس‌از چند سال آزمایش صنعتی، در ۸ ژوئن ۲۰۱۷ نسخه نهایی PCIe نسل 4 رسماً منتشر شد. این تاریخ نقطه عطفی در تاریخ PCIe بود؛ زیرا فناوری جدید سرعتی دوبرابر نسخه‌های پیشین داشت و درعین‌حال کاملاً با آن‌ها سازگار بود.
پس‌از انتشار رسمی، بسیاری از تولیدکنندگان سخت‌افزار در سال‌های بعد پشتیبانی از PCIe Gen 4 را آغاز کردند. اولین حافظه‌های NVMe بر پایه PCIe Gen4 در ژوئیه ۲۰۱۸ معرفی شدند. در ژانویه ۲۰۱۹ کمپانی AMD مادربردهای سری X570 را عرضه کرد که برای نخستین بار پشتیبانی از PCIe نسل 4 را به دسکتاپ‌های خانگی آورد. این تحولات باعث شد تا استفاده از پهنای باند بالاتر و کاهش تاخیر در پردازش داده‌ها، به‌سرعت در میان کاربران حرفه‌ای و گیمرها رواج پیدا کند.
PCIe Gen 4 چطور کار می‌کند؟
PCIe Gen 4 مثل یک مترجم حرفه‌ای است که بین قطعات مختلف کامپیوتر ارتباط برقرار می‌کند تا داده‌ها با بالاترین سرعت و کمترین اختلال جابه‌جا شوند. برای آشنایی با این فناوری باید گام‌به‌گام پیش بروید.
اول از همه باید بدانید که هر قطعه یک یا چند «خط ارتباطی اختصاصی» (لاین) به مادربرد دارد. هر خط در این نسل می‌تواند در هر ثانیه ۱۶ میلیارد سیگنال را انتقال دهد؛ یعنی تقریباً ۲ گیگابایت اطلاعات. اگر ۱۶ خط کنار هم قرار بگیرند، این عدد به ۳۲ گیگابایت در ثانیه می‌رسد؛ یعنی سرعتی معادل دو برابر نسل‌های قبلی!
البته‌که سرعت بالا فقط بخشی از ماجراست. PCIe نسل 4 برای جلوگیری از نویز و اختلال، داده‌ها را با روش «ارسال دوگانه» منتقل می‌کند: یعنی اطلاعات به‌طور همزمان از دو سیم موازی (یکی با سیگنال اصلی و دیگری با سیگنال معکوس) فرستاده می‌شوند. این‌طور فرایند حذف نویز در مقصد راحت‌تر خواهد بود.
از طرفی، این فناوری از یک «رمزگذاری هوشمند» استفاده می‌کند که بخش بزرگی از ظرفیت انتقال را به داده‌های مفید اختصاص می‌دهد و فضایی برای اطلاعات بی‌ارزش باقی نمی‌گذارد.
قبل‌از شروع انتقال، قطعات با هم مچ می‌شوند تا بهترین سرعت و تنظیمات انتخاب شود. برای مثال کارت گرافیک و مادربرد ابتدا با سرعت پایین‌تری ارتباط برقرار می‌کنند، سپس به‌تدریج سرعت را تا ۱۶ میلیارد سیگنال در ثانیه افزایش می‌دهند. این فرایند مثل افزایش سرعت اتومبیل است که باید به‌صورت تدریجی و با تغییر دنده انجام شود.
حتی اگر خطایی در انتقال داده‌ها پیش بیاید، فناوری PCIe Gen 4 با یک «سیستم امنیتی» هوشمند، خطاها را تشخیص می‌دهد و داده‌ها را دوباره ارسال می‌کند. علاوه‌بر‌این، یک «سیستم کنترل ترافیک» پیشرفته هم وجود دارد که اجازه نمی‌دهد داده‌ها همزمان به مقصد برسند و باعث ایجاد ترافیک شوند؛ بنابراین هر قطعه فقط وقتی اجازه ارسال دارد که مقصد آماده دریافت باشد.
کاربردهای اصلی PCIe Gen4
PCIe نسل چهارم سوپراستار دنیای فناوری است و کاربردهای متنوعی دارد که سرعت و کارایی کامپیوترها را در موقعیت‌های مختلف بالا می‌برد. بیایید نگاهی به مهم‌ترین این کاربردها بیندازیم:
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای این فناوری در حافظه‌های SSD نسل چهارم است. این حافظه‌ها با استفاده از PCIe Gen 4 می‌توانند داده‌ها را با سرعتی نزدیک به ۲ گیگابایت در ثانیه منتقل کنند. در نتیجه سیستم‌عامل‌هایی که از این حافظه استفاده می‌کنند در چند ثانیه بالا می‌آیند، بازی‌های سنگین بدون معطلی لود می‌شوند و انتقال فایل‌های حجیم با سرعت بسیار بالا انجام می‌گیرد.
البته کاربردهای این فناوری به همین‌جا ختم نمی‌شود. کارت‌های گرافیک پیشرفته با PCIe 4.0 به پهنای باندی در حدود ۲۵۲ گیگابایت در ثانیه دسترسی دارند. این یعنی رندر کردن تصاویر پیچیده یا پردازش محاسبات علمی به‌صورت روان و بدون تاخیر انجام می‌شود. حتی گیمرها هم تفاوت را حس می‌کنند: بازی‌ها سریع‌تر لود می‌شوند و تصاویر با جزئیات خیره‌کننده‌ای نمایش داده خواهند شد.
PCIe Gen 4 در دنیای شبکه هم تحول بزرگی ایجاد کرده است. کارت‌های شبکه پرسرعت که از این فناوری استفاده می‌کنند، تاخیر را به حداقل رسانده‌اند. برای گیمرهای آنلاین، این یعنی پیروزی در رقابت‌ها به‌خاطر واکنش سریع‌تر. برای کسب‌وکارها و مراکز ابری هم یعنی انتقال داده با سرعتی باورنکردنی.
مراکز داده و ابررایانه‌ها نیز از این فناوری عقب نمانده‌اند. PCIe نسل چهارم به آن‌ها اجازه داده است منابع سخت‌افزاری را به‌صورت پویا بین سرورهای مختلف تقسیم کنند. مثلاً اگر یک سرور برای پردازش داده‌های بزرگ به قدرت بیشتری نیاز داشته باشد، می‌تواند از منابع سرورهای دیگر استفاده کند.
و اما هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، جایی که PCIe Gen 4 واقعاً خوش درخشیده است! آموزش مدل‌های هوش مصنوعی نیازمند انتقال حجم عظیمی از داده بین پردازنده‌ها و حافظه‌هاست. با PCIe Gen 4، این انتقال‌ها آن‌قدر سریع اتفاق می‌افتند که مدل‌ها زودتر آموزش می‌بینند، پروژه‌ها سریع‌تر پیش می‌روند و حتی پیش‌بینی‌هایی مثل تشخیص بیماری‌ها یا پیش‌بینی آب‌وهوا دقیق‌تر انجام می‌شوند.
مقایسه PCIe Gen 4 با نسل‌های قبل و بعد
در نسل سوم فناوری PCIe اطلاعات با سرعت ۸ میلیارد ترانسفر در ثانیه حرکت می‌کردند؛ ولی حالا این عدد به ۱۶ میلیارد انتقال در ثانیه رسیده است. این یعنی اگر یک حافظه SSD نسل چهارم داشته باشید، سیستم‌عامل و برنامه‌های سنگینی تا دو برابر سریع‌تر اجرا می‌شوند و تاخیر دسترسی به داده‌ها نیز کاهش می‌یابد. جالب اینجاست که حتی می‌توانید این حافظه‌ها را روی مادربردهای قدیمی‌تر (نسل سوم) هم نصب کنید؛ اما سرعت‌شان به سطح نسل سوم محدود می‌شود. مثل اینکه داخل یک ماشین پرسرعت از موتوری قدیمی استفاده کنید.
بااین‌حال، هر پیشرفتی چالش‌های خودش را دارد. حافظه‌ها و قطعات نسل چهارم، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند و گرمای بیشتری تولید می‌کنند. اگر سیستم خنک‌کننده مناسبی نداشته باشید، ممکن است با کاهش پایداری مواجه شوید.
از سوی دیگر، PCIe نسل پنجم (Gen 5) باز هم سرعت را دو برابر خواهد کرد: یعنی ۳۲ میلیارد انتقال در ثانیه و پهنای باند ۴ گیگابایت بر ثانیه برای هر خط که به نوبه خود منحصربه‌فرد هستند؛ اما در عمل، تفاوت سرعت بین نسل چهارم و پنجم در بسیاری از کاربردهای عادی چندان به چشم نمی‌آید. از طرفی، قطعات نسل پنجم هنوز گران هستند، به خنک‌کننده‌های قوی‌تری نیاز دارند و تعداد محصولات موجود در بازار هم کم است.
بنابراین PCIe Gen 4 برای بیشتر کاربران تعادل مناسبی بین سرعت، قیمت و سازگاری ایجاد می‌کند. استفاده از این نسخه مثل این است که به‌جای خرید آخرین مدل گوشی هوشمند با قیمت گزاف، مدل یک‌سال قبل‌تر را بخرید که هم ارزان‌تر است و هم نیازهایتان را به‌خوبی برآورده می‌کند!
چشم‌انداز آینده PCIe Gen 4
PCIe نسل چهارم فقط یک قدم از مسیر طولانی پیشرفت فناوری است؛ اما همچنان نقشی کلیدی در دنیای سخت‌افزار ایفا می‌کند. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد تا سال ۲۰۳۵، بازار جهانی این فناوری چهار برابر بزرگ‌تر از امروز می‌شود! اما دلیل این رشد چیست؟
نیاز روزافزون به سرعت بالا در مراکز داده، هوش مصنوعی و سرویس‌های ابری. مثلاً آموزش مدل‌های هوش مصنوعی که امروز ساعت‌ها طول می‌کشد، در آینده با کمک PCIe نسل چهارم و حافظه‌های پرسرعت NVMe در کسری از این زمان انجام خواهد شد.
البته این پایان ماجرا نیست. همزمان با تکامل نسخه چهارم، فناوری‌های جدیدی مثل اتصالات مبتنی بر فیبر نوری و استانداردهای نوین، امکان انتقال داده‌ها با سرعت‌های نجومی‌تر را فراهم می‌کنند. نسل‌های پنجم و ششم PCIe نیز در راه هستند که سرعت را تا چهار برابر افزایش خواهند؛ اما جای نسل چهارم را به‌طور کامل نمی‌گیرند. این نسل‌های پیشرفته، مانند خودروهای سوپراسپرت، تنها در کاربردهای خاص و بسیار تخصصی استفاده خواهند شد.
سخن پایانی
در این مقاله دیدید که PCIe Gen 4 چگونه با افزایش سرعت انتقال داده، تجربه کاربری را در بازی، ویرایش ویدیو و حتی هوش مصنوعی بهینه‌تر می‌کند. از تاریخچه جذاب آن تا مکانیسم هوشمند کاهش نویز و سیستم کنترل ترافیک داده‌ها، سعی کردیم جنبه‌های مختلف این فناوری را بررسی کنیم. حالا نظر شما چیست؟ آیا تجربه استفاده از سخت‌افزارهای مبتنی بر PCIe نسل چهارم را داشته‌اید یا قصد ارتقای سیستم خود را دارید؟ نظرات و پرسش‌هایتان را با ما به اشتراک بگذارید!
منابع:
نظرات کاربران