PCI Express 3.0 vs. 4.0: Erhöht sich die Performance beim Gaming?

Die PCI Express 3.0-Schnittstelle hat sich in den letzten 10 Jahren als Standard etabliert und ist auf fast jedem Motherboard zu finden. Daran wird sich wohl auch in diesem Jahr noch nicht rütteln lassen, obwohl sich seit Beginn des Jahres der Nachfolger PCI Express 4.0 auf dem Markt tummelt. Dabei steht die Frage im Raum: Lohnt sich das Umrüsten überhaupt? Kann ich mit einer besseren Performance beim Daddeln rechnen? Wir sind dem Ganzen mal auf den Grund gegangen.

Allgemeines zu PCIe: Was du als Verbraucher wissen solltest

Wir möchten dein Wissen nicht anzweifeln, aber vielleicht ist es für den ein oder anderen hilfreich, erst einmal zu wissen, was PCI-Express (Peripheral Component Interconnect Express) überhaupt ist. Im Endeffekt handelt es sich dabei erstmal ganz allgemein um eine Standard-Schnittstelle für Steckkarten, mit denen du dein System erweitern bzw. verbessern kannst. Diese befinden sich in aller Regel auf dem Mainboard deines Computers, Servers oder Notebooks in Form eines Steckplatzes. Das bedeutet, dass du Peripheriegeräte wie Grafikkarten oder aber auch manche SSD-Festplatten direkt mit dem System verbinden kannst und diese ohne Umwege mit Prozessor und Chipsatz kommunizieren.

Die erste Version der PCIe-Schnittstelle wurde bereits in den frühen 2000er Jahren eingeführt und löste als Nachfolger den konventionellen PCI-Steckplatz, PCI-X und auch die damals weitverbreitete Grafikkartenschnittstelle AGP ab. Durch PCIe wurden wesentlich höhere Datenübertragungsraten pro Pin möglich. Außerdem wechselte die Datenübertragung von parallel zu seriell, wodurch die Leistung der Steckplätze um ein Vielfaches erhöht wurde.

Was bedeutet eine höhere Datenübertragungsrate eigentlich?

Natürlich ist dir als Gamer vor allem wichtig, dass dein System tadellos läuft. Ab und zu hier und da ein paar Verbesserungen können nun wirklich nicht schaden. Was sorgt unter anderem dafür, dass dem so ist? Eine hohe Datenübertragungsrate. Hier ist aber nicht nur die Rede von deiner Internetanbindung, denn auch im System selbst kann es zu Performance-Einbrüchen kommen, wenn die einzelnen Komponenten nicht perfekt aufeinander abgestimmt sind. Im Bereich Gaming spielt unter anderem gerade die Grafikkarte eine beträchtliche Rolle. Soll heißen: Je höher die Datenübertragungsrate der PCI-Express-Anbindung, desto höher die maximal mögliche Leistung der Grafikkarte und damit die Spielperformance. So sollte der Grundsatz auf alle Fälle heißen, denn Grafikkarten werden immer schneller und benötigen zum Übertragen der Daten eine immer höhere Bandbreite. Würde dem entgegen, die Schnittstelle nicht weiterentwickelt, würde bei der Datenübertragung ein Flaschenhals entstehen und das eigentliche Potenzial neuer leistungsstärkerer Grafikkarten bereits in nicht allzu ferner Zukunft brach liegen.

PCIe 4.0 und der Markt

Um PCIe 4.0 nutzen zu können, benötigst du Boards mit bestimmten Chipsätzen. Doch damit bist du noch nicht auf der sicheren Seite. Zwar werden manche noch dieses Jahr erscheinende Z490-Mainboards den neuen Standard unterstützen, jedoch bei weitem nicht alle. Prozessoren der Ryzen-3000-Reihe aus dem Hause AMD arbeiten bereits mit PCIe 4.0, allerdings nur in Verbindung mit einem X570-Chipsatz und einer Grafikkarte auf Navi-Basis. Intel will diese Bandbreitenverdopplung jedoch erst mit der neuen Prozessorgeneration und nicht bereits bei Comet Lage-S einführen, obwohl manche Boards bereits jetzt dazu fähig wären. Hinter vorgehaltener Hand wird sogar gemunkelt, dass Intel gleich auf den 5.0-Standard setzt. Das führt nicht nur zu Verwirrung beim Endkunden, sondern auch bei den Herstellern selbst. Die fehlenden Garantien seitens Intel sind mit ein Grund dafür, dass Boardhersteller mit ihrer (wenn auch fallweise kompatiblen) PCIe-4.0-Unterstützung noch nicht hausieren gehen.

Unterschiede zwischen 3.0 und 4.0

Der Sprung von PCIe 3.0 auf 4.0 bringt nicht nur – wie erwartet – eine höhere Bandbreite mit sich. Zwar eröffnen die nun maximalen 2 GB/s pro Lane viele neue Möglichkeiten in Verbindung mit mehreren Grafikkarten oder NVMe-SSDs. Letztere arbeiten, dank neuer Controller, bereits oftmals am PCIe-Limit und könnten mit einem System-Upgrade noch höhere Datenraten liefern. Jedoch bringt der neue Standard auch andere Features mit sich. Die höhere Bandbreite kann beispielsweise dazu genutzt werden, bei knapp werdendem Grafikspeicher (4K-Gamer können ein Lied davon singen) den vorhandenen Systemspeicher (RAM) zur Auslagerung zu nutzen. Zwar klappte das bereits bei 3.0, jedoch mit erheblichen Geschwindigkeitseinbußen und Framedrops.

Doch ist doppelte Bandbreite = doppelte Performance?

In der Theorie sollte die doppelte Bandbreite also auch die doppelte Performance erbringen. Benchmarks haben ergeben, dass sich zumindest derzeit die Performance der aktuellen Grafikkarten nur geringfügig erhöht. Das bedeutet, dass sie sich im einstelligen Prozentbereich befinden, wenn überhaupt. Die Datenübertragungsrate von PCIe 4.0 ist im Vergleich zu PCIe 3.0 zwar verdoppelt worden, allerdings lasten bereits jetzt die wenigsten Grafikkarten diese verfügbare Bandbreite überhaupt aus. So schön es auch klingt: Du kannst aus einer Grafikkarte nicht mehr Leistung herausholen als das, wofür sie ausgelegt ist – vom Übertaktungspotential einmal abgesehen. Außerdem gibt es derzeit nur wenige PCI-Express-4.0-fähige Komponenten auf dem Markt, die wiederum spezifisch aufeinander abgestimmt werden müssen. Selbst wenn das Upgrade auf 4.0 erfolgt, könnten dennoch Einbußen und Abstriche entstehen, die schließlich nicht das ergeben könnten, was für ein Gaming-System relevant ist.

Zusammenspiel zwischen Grafikkarte, PCIe-Lanes und Speicher

Dennoch gibt es einige wenige Szenarien, in welchen sich ein PCIe-4.0-Upgrade lohnen würde. Solltest du tatsächlich eine Grafikkarte haben, die im Zusammenspiel mit anderen Karten und Chipsätzen die maximale Bandbreite deines PCIe-3.0-Slots übertrifft, könnte eine 4.0-Verbesserung Abhilfe schaffen. Vor allem in Verbindung mit NVMe-SSDs, welche in der Regel auf vier PCIe-Lanes beschränkt sind. Dadurch ließe sich zum Beispiel die maximal mögliche Transferrate von 4 GB/s verdoppeln, wodurch verringerte Ladezeiten bei Spielen erzielt würden. Ebenfalls könnten extrem schnelle Netzwerkadapter davon profitieren. Ein anderer Vorteil entsteht, wenn du eine der vielen Einsteiger-Grafikkarten mit lediglich einer PCIe-x8-Anbindung nutzt. Diese erfährt bei der doppelt möglichen Bandbreite einen merkbaren Geschwindigkeitsschub. Da jedes System nur eine bestimmte Zahl an PCIe-Lanes zur Verfügung stellt und diese, je nach Prozessor und Chipsatz schnell knapp werden kann, wird oft nicht bedacht. Aus diesem Grund ist es möglich, dass Systeme mit zwei Grafikkarten oder einem 10 Gigabit LAN-Adapter bereits am Limit des maximal möglichen betrieben werden und ein riesiger, bremsender Flaschenhals entsteht.

Fazit

Ein Upgrade auf den neuen PCIe-4.0-Standard würde in manch synthetischen Benchmarks und speziellen Anwendungsfällen wie Video Editing, CAD oder 3D-Rendering durchaus gerechtfertigt sein. Für eingefleischte Gamer bringt die Neuerung jedoch noch zu wenige Vorteile, um einen (vor allem zurzeit noch sehr kostspieligen) Umstieg zu rechtfertigen. Aktuelle Spiele bringen die wenigsten Grafikkarten an die Bandbreitengrenze, sodass noch ein wenig Zeit bleibt, um auf die neue Technologie zu setzen. Bereits in naher Zukunft könnte 4.0 vorübergehend zum neuen Standard werden und eine Reihe neuer Grafikkarten hervorbringen, welche von der erhöhten Bandbreite Gebrauch machen und davon profitieren. Doch bereits 2021 soll PCIe 5.0 in den Startlöchern und Roadmaps vieler Hersteller stehen und für noch mehr Bandbreite sorgen.