PCIe 4.0 : explication simple d’un standard clé de votre PC

Le PCIe 4.0 marque une étape importante dans l’évolution des ordinateurs modernes en doublant la vitesse de transfert de son prédécesseur, le PCIe 3.0. Ce standard permet aux composants clés comme les SSD NVMe et les cartes graphiques de s’exprimer pleinement, en réduisant les temps de chargement et en optimisant la réactivité du système. Tout en restant compatible avec les générations précédentes, il prépare aussi les PC actuels aux usages de demain, qu’il s’agisse de jeux vidéo exigeants, de création professionnelle ou d’applications exploitant de lourds volumes de données.

Qu’est-ce que le PCIe 4.0 ?

Le PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) est un bus d’extension à haute vitesse qui permet de connecter les composants majeurs de votre PC (carte graphique, SSD NVMe, cartes d’extension, etc.) à la carte mère. Le PCIe 4.0 en est la quatrième génération. Annoncé en 2017 et apparu sur les premiers PC grand public vers 2019, ce standard a immédiatement suscité un vif intérêt pour les périphériques hautes performances (SSD, GPU, etc.) qui pouvaient en tirer parti. En effet, le PCIe 4.0 double la bande passante par rapport à la génération précédente (PCIe 3.0) tout en conservant le même format de connecteur. C’est aujourd’hui un standard clé des PC modernes, car de nombreux composants critiques l’utilisent pour communiquer rapidement avec le système.

PCIe 4.0 vs PCIe 3.0 : quelles différences ?

Le principal apport de la norme PCIe 4.0 est sa vitesse de transfert deux fois plus élevée que celle du PCIe 3.0. En passant de 8 GT/s à 16 GT/s par ligne, le débit maximal double (on passe d’environ 1 Go/s à 2 Go/s par ligne). Concrètement, cela signifie qu’un périphérique pouvant exploiter une liaison x16 dispose d’une bande passante théorique d’environ 32 Go/s en PCIe 4.0, contre 16 Go/s en PCIe 3.0, comme le résume le tableau ci-dessous :

GT/s = gigatransferts par seconde, soit le nombre d’opérations de transfert de données par seconde sur une ligne PCIe.

Le PCIe 5.0 double encore les débits du 4.0, mais reste réservé aux plateformes récentes, alors que le PCIe 4.0 demeure le standard dominant. Outre sa bande passante accrue, il améliore l’efficacité énergétique et thermique grâce à une meilleure gestion des transferts. Enfin, il conserve les mêmes connecteurs que le PCIe 3.0, garantissant une compatibilité physique totale entre générations.

Compatibilité et rétrocompatibilité

Une caractéristique importante de PCI-Express est sa rétrocompatibilité totale entre générations. Toutes les générations de PCIe sont compatibles les unes avec les autres : on peut brancher un périphérique PCIe 4.0 dans un slot PCIe 3.0 ou inversement, et l’appareil fonctionnera parfaitement. La seule contrainte est que les performances seront limitées par la génération la plus lente. En d’autres termes, un périphérique Gen4 fonctionnera à la vitesse Gen3 s’il est connecté à un système PCIe 3.0 (et vice-versa).

Concrètement, cela signifie par exemple que si vous achetez aujourd’hui un SSD NVMe PCIe 4.0, vous pouvez tout à fait l’utiliser immédiatement sur votre configuration actuelle en PCIe 3.0 : il fonctionnera alors aux débits d’un SSD Gen3. Puis, si vous mettez à jour votre plateforme plus tard vers du PCIe 4.0, ce même SSD délivrera alors toute sa performance Gen4 sans aucune limitation. De même, une carte graphique PCIe 4.0 installée sur une carte mère PCIe 3.0 fonctionnera normalement (aux performances d’une carte graphique en PCIe 3.0). Il n’y a donc aucun souci de compatibilité à craindre – le standard a été conçu pour être ascendant et descendant afin de faciliter les évolutions sans problème de connectique.

À retenir : vous n’avez pas à changer tous vos composants en même temps. Un composant plus récent en PCIe 4.0 s’adaptera à votre ancienne carte mère (ou vice-versa) en attendant une mise à niveau globale.

Plateformes et composants compatibles PCIe 4.0

Pour profiter pleinement des débits PCIe 4.0, il faut bien sûr que tous les éléments de la chaîne – le périphérique, la carte mère et le processeur – prennent en charge cette norme. Voici un rappel des plateformes qui ont introduit la compatibilité PCIe 4.0 dans l’univers PC :

• AMD : processeurs Ryzen séries 3000 et 5000 (architectures Zen 2 et Zen 3), accompagnés de cartes mères à chipset AMD X570 ou B550 (sur socket AM4). Les plateformes haut de gamme Threadripper (série 3000, chipset TRX40) supportent également le PCIe 4.0. (À noter : les générations AMD plus récentes, comme Ryzen 7000 sur AM5, supportent le PCIe 5.0 tout en restant compatibles avec les périphériques 4.0.)
• Intel : processeurs Core de 11ᵉ génération (Rocket Lake, 2021) et de 12ᵉ génération (Alder Lake, fin 2021) introduisant la prise en charge du PCIe 4.0. Côté carte mère, il faut un chipset de série 500 minimum (par ex. Z590) – certaines cartes mères Z490 haut de gamme ont également été rendues compatibles PCIe 4.0 via mise à jour BIOS avec un CPU 11ᵉ gen, mais la prise en charge s’est réellement généralisée avec les chipsets Z590 et suivants. Les cartes mères de 12ᵉ gen (Z690, B660, etc.) supportent quant à elles nativement le PCIe 4.0 et même 5.0 sur certains slots. (À noter : les processeurs Intel plus récents de 13ᵉ/14ᵉ gen continuent bien sûr de supporter ces normes.)

SSD NVMe en PCIe 4.0

Les SSD au format M.2 NVMe font partie des composants qui bénéficient le plus du passage à PCIe 4.0. Sur quatre lignes PCIe (interface typique d’un SSD M.2), la bande passante doublée permet aux SSD NVMe Gen4 d’atteindre des débits séquentiels avoisinant les 7 000 Mo/s (7 Go/s), alors que les meilleurs SSD Gen3 culminaient autour de 3 000 à 3 500 Mo/s. Autrement dit, le goulot d’étranglement que constituait le bus PCIe 3.0 pour les SSD ultra-rapides a été éliminé en Gen4. De nombreux modèles de SSD NVMe 4.0 affichent ainsi des vitesses de l’ordre de 7 000 Mo/s en lecture/écriture, illustrant ce bond en performances.

Les avantages concrets des SSD PCIe 4.0 sont notamment :

• Débits quasi doublés : les transferts de données se font beaucoup plus rapidement qu’avec un SSD PCIe 3.0. Par exemple, des modèles NVMe Gen4 atteignent jusqu’à ~7,3 Go/s en lecture (contre ~3,5 Go/s pour un SSD Gen3 équivalent). Ces vitesses dépassent de loin les limites des SSD SATA (<600 Mo/s) et accélèrent toutes les opérations d’accès disque.
• Temps de chargement réduits : grâce à ces débits, les applications lourdes et jeux se chargent plus vite, et les copies de fichiers volumineux sont expédiées en un éclair. Le gain se ressent également lors du démarrage du PC ou de l’ouverture de logiciels gourmands, puisque le SSD 4.0 lève les anciens goulets d’étranglement de stockage.
• Préparation aux technologies futures : un SSD PCIe 4.0 prépare votre système aux nouvelles innovations comme la technologie DirectStorage, qui vise à exploiter la haute vitesse des SSD NVMe pour charger directement les données dans la carte graphique et ainsi accélérer les temps de chargement dans les jeux de nouvelle génération. En adoptant dès maintenant un SSD Gen4, vous anticipez ces évolutions logicielles axées sur le streaming de ressources depuis le stockage.

Enfin, rappelons que si vous installez un SSD PCIe 4.0 sur une carte mère ne supportant que le PCIe 3.0, il fonctionnera sans problème (grâce à la rétrocompatibilité) mais sera limité aux ~3 Go/s de l’ancienne génération. Pour profiter de ses performances maximales, il faudra le brancher sur une interface Gen4. À l’inverse, un SSD NVMe Gen3 installé sur un slot M.2 Gen4 fonctionnera simplement à son débit normal (Gen3), sans bénéfice particulier mais sans incompatibilité.

Cartes graphiques et PCIe 4.0

Les cartes graphiques récentes ont elles aussi adopté le standard PCIe 4.0. Depuis 2019, AMD a introduit le PCIe 4.0 sur ses GPU (avec les Radeon RX 5000, puis les RX 6000/7000), et NVIDIA l’a suivi en 2020 avec les GeForce RTX 3000 (Ampere) puis RTX 4000 (Ada Lovelace) – toutes ces cartes fonctionnent en PCIe 4.0 ×16. Néanmoins, il est important de souligner que la bande passante du PCIe 3.0 ×16 était déjà suffisante pour la grande majorité des utilisations graphiques actuelles. En pratique, le gain de performance d’un GPU en passant de PCIe 3.0 à 4.0 est très limité dans les applications grand public.

• Aucun bridage notable en PCIe 3.0 : même les GPU haut de gamme d’aujourd’hui n’épuisent pas la bande passante offerte par un slot PCIe 3.0 ×16. Des tests montrent qu’à résolution 4K par exemple, les différences de framerate entre une carte graphique fonctionnant en PCIe 3.0 ×16 et la même en PCIe 4.0 ×16 sont minimes, de l’ordre de quelques pourcents tout au plus, et donc imperceptibles en jeu. En usage courant, le PCIe 3.0 ne constitue donc pas un goulot d’étranglement pour une seule carte graphique moderne.
• Évolutivité et usages spécifiques : la situation pourrait changer avec de futures générations de GPU encore plus puissants ou dans des scénarios très spécifiques. Par exemple, des applications professionnelles exploitant intensivement la bande passante (calcul GPU sur de larges ensembles de données, IA, rendu 3D, etc.), ou des configurations multi-GPU, pourraient commencer à tirer parti du surcroît de débit qu’apporte le PCIe 4.0 et au-delà. Pour le joueur moyen cependant, le passage du GPU au PCIe 4.0 n’apporte actuellement pas de révolution en soi – c’est surtout sur d’autres composants (comme le stockage) que les bénéfices se font sentir.

Bien entendu, la compatibilité entre générations s’applique aussi aux cartes graphiques. Une carte graphique PCIe 4.0 fonctionnera sans souci sur un slot 3.0 (avec des performances équivalentes à PCIe 3.0 ×16), et inversement une carte PCIe 3.0 peut tout à fait être utilisée sur un port 4.0. Cela permet aux gamers d’upgrader leur GPU indépendamment de la carte mère : par exemple, installer un nouveau GPU RTX 4000 (Gen4) sur une carte mère plus ancienne se fait sans contrainte, hormis le fait de ne pas bénéficier des éventuels gains mineurs liés à la Gen4.

Alimentation et connecteurs d’alimentation PCIe

Le standard PCIe 4.0 en lui-même ne change rien en ce qui concerne l’alimentation électrique de votre PC. Il n’existe pas à proprement parler de « bloc d’alimentation PCIe 4.0 » – les alimentations ATX classiques continuent de fonctionner avec les configurations Gen4 sans modification. Les connecteurs d’alimentation PCI-Express (les prises 6 broches, 8 broches, etc. que l’on branche sur les cartes graphiques) restent inchangés et indépendants de la version du bus PCIe. En d’autres termes, une carte graphique PCIe 4.0 utilisera les mêmes connecteurs d’alim que si elle était PCIe 3.0.

La seule évolution récente en la matière est l’apparition d’un nouveau connecteur 12 broches (12VHPWR) sur les cartes graphiques les plus gourmandes (comme certaines NVIDIA GeForce RTX 3000/4000). Ce connecteur, souvent mis en avant avec les alimentations ATX 3.0 / PCIe 5.0, permet de délivrer plus de puissance électrique sur un seul câble. Mais cela est sans lien avec la norme de bus PCIe 4.0 : c’est une spécification d’alimentation distincte.

En pratique, si votre nouvelle carte graphique requiert ce connecteur 12 broches, assurez-vous que votre alimentation dispose de la prise adéquate (ou d’un adaptateur fourni). Hormis cela, aucune mise à jour d’alimentation n’est nécessaire pour le support de PCIe 4.0 – une bonne alimentation ATX suffisamment puissante et dotée des bons câbles fera parfaitement l’affaire, comme pour les générations précédentes.

Conclusion : un standard incontournable et sans inconvénient

Le PCIe 4.0 s’impose comme la norme actuelle des PC gamer et PC pro modernes, offrant un gain de performances notable, en particulier pour les SSD NVMe, tout en garantissant une rétrocompatibilité totale avec les générations précédentes. Sans aucun inconvénient de connectique ni de compatibilité, il représente un choix pérenne pour toute nouvelle configuration. Déjà exploité par de nombreux GPU et SSD, il est devenu un critère essentiel lors de l’achat de matériel. Même si le PCIe 5.0 commence à apparaître sur les plateformes haut de gamme, le PCIe 4.0 restera dominant et pertinent encore plusieurs années, incarnant l’équilibre idéal entre performance et compatibilité.