【徹底比較】PCIe 4.0と5.0

PCIe 4.0と5.0の違いが気になっていませんか？どちらを選ぶべきか迷っている方に向けて、PCIe 4.0とPCIe 5.0の特徴を詳しく解説し、最適な選択をサポートします。

はじめに

パソコンを自作したことがある方なら、マザーボードにある「PCIeスロット」を見たことがあるかもしれません。PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）は、CPUとグラフィックカード、サウンドカード、ネットワークアダプタ、PCIe NVMe SSDといった周辺機器をつなぐための高速インターフェース規格です。最近では、最新のPCIe 5.0規格の登場でさらに注目が集まっています

マザーボードには、x1、x4、x8、x16といったさまざまなサイズのPCIeスロットが用意されていますが、特にx1とx16がよく使われています。また、近年はM.2スロットも増えてきました。スロットの「x」に続く数字は、データのやりとりを行う通路「レーン」の数を示しており、数字が大きいほど転送できるデータ量が増えます。例えば、暗号通貨マイニング用のマザーボードには、見た目がx16サイズでも、実際にはx1として機能するスロットが見られることもあります。

PCIeは世代が進むごとに速度が2倍になり、古い世代との互換性も保たれています。そのため、最新のPCIe 5.0は、PCIe 4.0や3.0といった旧規格のデバイスとも互換性がありますが、パフォーマンスには制限が生じることもあります。

PCIeレーンについて

ここで、「PCIeレーン」について理解しておきましょう。PCIeレーンには、CPUと直接つながる「CPUレーン」と、チップセット経由でCPUに接続される「チップセットレーン」の2種類があります。チップセットレーンはデータ転送の帯域が限られているため、複数のデバイスを同時に使うと速度低下を招く場合があります。一方、CPUレーンは、NVMe SSDなどの高速なストレージを使う際に、優れた速度と低レイテンシを発揮します。

以前は、ストレージにCPUレーンを使用するとGPUの帯域が制限される問題がありましたが、PCIe 4.0以降の新しい規格によりこの問題は改善され、PCIe 5.0の登場でほぼ解消されています。

PCIe 5.0とは

PCIe 5.0は、2019年に登場した第5世代のPCIeインターフェースで、最大帯域幅32 GT/sを誇ります。実効転送速度は、1レーンあたり約64GB/sで、PAM-4エンコーディングを採用すると128GB/sに達します。

一方、Gen 3の16レーンスロットでは最大約16GB/s、Gen 4では約31.5GB/sの速度を実現します。PCIe 5.0は、CPUの処理性能をも凌ぐ32 GT/sのデータ転送速度を持ち、圧倒的なパフォーマンスを提供しています。

PCIe 4.0とは

PCIe 4.0（Peripheral Component Interconnect Express 4.0）は、CPUと周辺機器の間でより高速なデータ転送を実現するためのコンピュータバス規格です。PCIe 4.0は前世代であるPCIe 3.0と比べ、大幅に速度が向上しています。

この規格は、IntelやAMD、IBM、Microsoftなど900以上の企業が加盟するPCI-SIG（Peripheral Component Interconnect Special Interest Group）によって策定されました。最初にその存在が発表されたのは2011年ですが、市場に投入されたのは2017年になってからでした。

PCIe 4.0の最大の特徴は、転送速度の向上にあります。最大16GT/s（Giga transfers per second）のデータ転送速度を実現しており、これはPCIe 3.0の2倍に相当します。この高速化は、バス内のデータ経路である「レーン」の数を増やすことで実現されており、PCIe 3.0が1スロットあたり8レーンだったのに対し、PCIe 4.0では16レーンが割り当てられています。

また、PCIe 4.0は従来のPCIe規格との下位互換性を備えています。そのため、PCIe 4.0対応のデバイスをPCIe 3.0やPCIe 2.0のスロットに装着することも可能ですが、その場合は接続先の規格に応じた最大速度に制限されます。

PCIe 4.0対応ミニPCのおすすめ

GEEKOMでは、AMD Ryzenプロセッサを搭載した最新モデル「A8」や「Geekom A6」など、高性能なミニPCも取り揃えています。これらのミニPCは、日常の多様なニーズに応える設計が施されています。

PCIe 4.0と5.0：どちらを選ぶべき？

RTX 4090にPCIe 5.0が現時点で必須かと言えば、答えは「必要ありません！」ですが、今後2〜3年で必要になる可能性はあります。

RTX 4090のフルスペック稼働時でも、PCIe Gen 4の帯域幅の50〜65％程度しか使用していないため、現在はPCIe 5.0の帯域幅がなくても、ゲームの読み込み速度が大幅に変わることはありません。

ただし、SSDについては状況が異なります。たとえばCrucial T700やFirecuda 540シリーズ、Aorus Gen5 10000などのSSDは、PCIe Gen 5.0スロット用に設計され、理論上の最大速度は15.75 GB/sで、PCIe Gen 4.0の7.88 GB/sを大きく上回ります。

ただし、インターフェース自体がその速度に達することができても、SSDの実際の性能には、SSDコントローラーやNANDフラッシュの構造など、さまざまな要因が影響します。また、コントローラーをフル活用すると、安定性に問題が発生する可能性や、熱問題なども考慮する必要があります。SSDはインターフェースの速度だけでなく、SSDコントローラやNANDフラッシュの構造もパフォーマンスに影響します。コントローラのフル活用には熱管理や安定性への配慮も必要です。

簡単に言うと、現在のドライブの高速化効果は、日常使用においてはあまり実感できないことが多いです。理由は、ドライブの連続読み書き速度がほとんどの作業には十分すぎるほど速いためです。一方、日常使用でより重要なのはランダム読み書き速度ですが、これに関してはPCIe Gen 4のドライブと比べて劇的な違いはありません。

しかし、PCIe Gen 5の帯域幅が増えたことで、将来的にはより多くのPCIeレーンが利用可能になり、PCに接続できるデバイスの数が増えるでしょう。これにより、複数のデバイスを同時に接続しても性能を損なうことなく使用でき、たとえば、消費者向けプラットフォームで4台や8台のPCIe Gen 4 SSDを接続することも可能です。現在のエンタープライズ向けソリューションのように、数千ドルもの投資が必要ではなくなります。

PCIe Gen 5のもう一つの利点は、MicrosoftのAPI「DirectStorage」との相性が良い点です。DirectStorageは、ゲームの読み込み時間を短縮し、全体的なパフォーマンスを向上させることを目的としています。これにより、NVMe SSDの速度を最大限に活用し、従来のストレージボトルネックを解消。ゲームデータとグラフィックスカードのメモリ（VRAM）との間に直接的なデータパスを確保し、ゲームアセットの解凍処理をCPUからGPUへ移行することで、CPUの負荷を減らし、他のタスクにリソースを割くことが可能になります。これにより、多くのゲームタイトルで快適なプレイ体験が期待できるでしょう。

結論

PCIe 4.0も5.0も、それぞれ高い柔軟性と周辺機器の選択肢を提供しますが、PCIe 5.0を選ぶことで、今後数年間に登場する最新のSSDやGPUと完全な互換性を持てる安心感があります。また、20レーンのCPUを使用することで、GPUとSSDが直接接続され、レイテンシがさらに低減されます。

PCIe 4.0 vs. 5.0 よくある質問