Was ist PCIe?

Peripheral Component Interconnect Express(PCIe) ist eine standardisierte Schnittstelle für Komponenten und Peripheriegeräte in modernen Computern. Sie ermöglicht den Anschluss von Komponenten wie SSDs, Grafikkarten und Zusatzkarten an jedes moderne Motherboard, ohne dass proprietäre Schnittstellen oder nicht standardisierte Protokolle erforderlich sind, die zu Fehlfunktionen oder einer verwirrenden Installation führen können.

PCI Express wurde als Industriestandard für die Verbindung von Komponenten und Peripheriegeräten entwickelt, um die separaten Schnittstellen auf den Motherboards früherer PCs, nämlich AGP und PCI, zu ersetzen. Damals verwendeten wir AGP für Grafikkarten und PCI-Anschlüsse für Soundkarten, Netzwerkkarten, RAID-Controller usw. PCI Express ersetzte alle diese Schnittstellen, als es 2003 eingeführt wurde, und wurde mit viel Spielraum für zukünftige Fortschritte bei Bandbreite und Leistung entwickelt, sodass eine sehr lange Lebensdauer zu erwarten ist. Auch heute noch ist es seiner Zeit voraus, aber dazu später mehr.

PCI Express ist eine Punkt-zu-Punkt-Seriellschnittstelle zwischen Geräten, bei der das PCIe-Gerät und die CPU und der Chipsatz über physische „Lanes“ kommunizieren, die in beide Enden der Verbindung integriert sind. PCIe-Lanes verwenden zwei Paare von Kupferkabeln pro Lane, um Daten gleichzeitig in beide Richtungen zu senden. Das Geniale an diesem Design ist, dass die Bandbreite relativ einfach durch Hinzufügen (oder Verwenden) weiterer Lanes erhöht werden kann. Außerdem ist es abwärtskompatibel, sodass ein PCIe 3.0-Gerät problemlos auf einem PCIe 4.0-System funktioniert, was es zu einer einzigartigen Schnittstelle mit einem sehr flexiblen Design macht.

Die PCI Express-Technologie ist derzeit sowohl in CPUs als auch in CPU-Chipsätzen von AMD und Intel enthalten. Wenn Sie sich also ein Datenblatt ansehen, finden Sie die PCI Express-Unterstützung für beide Technologien unter „Anzahl der PCIe-Lanes“ aufgeführt. Die Anzahl der verfügbaren Lanes variiert je nach CPU und CPU-Chipsatz, wobei Flaggschiff-Produkte mehr Lanes und Mainstream-Produkte weniger Lanes bieten.

Beachten Sie, dass es PCIe-Lanes sowohl für die CPU als auch für den Chipsatz gibt, diese Lanes jedoch nicht gleich sind, obwohl sie letztendlich alle mit der CPU verbunden sind. Die Lanes, die vom Chipsatz kommen, müssen über eine DMI-Verbindung (Direct Media Interface) mit der CPU verbunden sein, während die Lanes, die direkt mit der CPU verbunden sind, diesen Zwischenverbinder umgehen. Das bedeutet, dass Sie darauf achten sollten, Ihre GPU und mindestens die primäre SSD in Steckplätze zu stecken, die diese Zwischenverbindung nicht verwenden.

Alle PCIe-Geräte verwenden eine bestimmte Anzahl von Lanes, die mit einem kleinen „x“ und einer Zahl angegeben wird, die angibt, wie viele Lanes verwendet werden. Beispielsweise ist eine moderne GPU wie die RTX 5090 ein PCIe 5.0 x16-Gerät, was bedeutet, dass sie die fünfte Version des PCI Express-Standards (PCIe 5.0 oder Gen 5) verwendet und 16 Lanes für die Datenübertragung nutzt, was derzeit das Maximum ist. Es gibt auch Geräte, die 8 Lanes (x8), 4 Lanes (x4), zwei Lanes (x2) und 1 Lane (x1) verwenden.

Die Nutzung weiterer Lanes hat natürlich Nachteile, wie beispielsweise eine höhere Wärmeentwicklung und einen höheren Strombedarf, denn im Bereich der Datenverarbeitung gibt es nichts umsonst. Die Möglichkeit, eine unterschiedliche Anzahl von Lanes für die Datenübertragung zu nutzen, bietet Hardwareherstellern jedoch mehr Optionen bei der Entwicklung ihrer Produkte.

Es kann auch in die andere Richtung funktionieren, wobei ein Gerät von x16 auf x8 heruntergeschaltet wird, um Strom zu sparen und weniger Wärme zu erzeugen, vorausgesetzt, dass die Leistung nicht stark beeinträchtigt wird oder dass die Verringerung der Leistung ein lohnender Kompromiss ist.

Seit seiner Einführung konnte PCI Express die Bandbreite der Schnittstelle mit jeder neuen Generation verdoppeln, was eine erstaunliche Leistung ist. Diese Verdopplung der Bandbreite wird voraussichtlich auch in absehbarer Zukunft anhalten, was uns PC-Nutzern die Vorfreude auf eine PCIe 7.0-GPU mit vierfacher Bandbreite gegenüber unseren aktuellen GPUs beschert. Ob die GPUs diese Bandbreite tatsächlich nutzen können, ist jedoch eine andere Frage.

Wie bereits erwähnt, ist es den Entwicklern der PCI Express-Schnittstelle bei PCI-SIG gelungen, die Bandbreite jeder neuen PCIe Express-Generation zu verdoppeln. Dieser Trend dürfte sich auch in Zukunft fortsetzen. Hier ein Überblick über die bisherigen Entwicklungen:

Besonders auffällig in der obigen Grafik ist die lange Lebensdauer der einzelnen PCIe-Generationen. PCIe 5.0 wurde zwar bereits 2019 eingeführt, aber auch 2025 ist es noch nicht vollständig dominant, da die meisten Geräte weiterhin PCIe 3.0 und 4.0 verwenden. Tatsächlich handelt es sich bei den neuen RTX-50-Serien von Nvidia um PCIe-5.0-GPUs, aber das ist eine Premiere für das Unternehmen, da die vorherigen Ada-Lovelace-40-Serien von 2022 noch PCIe 4.0 waren. Die GPUs der vorherigen Generation 7000 von AMD waren ebenfalls PCIe 4.0, aber die neuesten GPUs beider Unternehmen sind endlich PCIe 5.0.

Gleichzeitig wird in der Grafik darauf hingewiesen, dass PCIe 6.0 zwar 2021 angekündigt wurde, es jedoch noch Jahre dauern wird, bis es auf den Markt kommt, und weitere Jahre, bis es sich flächendeckend durchgesetzt hat, was etwa 2030 der Fall sein könnte. Damit würde PCIe 7.0 etwa 2035 auf den Markt kommen, sodass diese Standards eine sehr lange Lebensdauer haben und weit vor ihrem tatsächlichen Bedarf auf dem Markt eingeführt werden.

Im Jahr 2025 ist ein PCIe Express-Gerät alles, was in die Steckplätze auf Ihrer Hauptplatine unterhalb der CPU gesteckt wird, also GPUs und alle Zusatzkarten, die in die PCIe-Steckplätze passen. Dazu gehören USB-Erweiterungskarten, Netzwerkkarten, RAID-Controller, Soundkarten und so weiter. Hinweis: M.2-SSDs sind ebenfalls PCI-Express-Geräte und verfügen über eigene Anschlüsse auf den heutigen Motherboards, die sich von Erweiterungssteckplätzen unterscheiden, aber denselben Zweck erfüllen, da sie für die Datenübertragung zum Host-System mit der CPU und dem Chipsatz verbunden sind.

Nur weil PCI Express seine Bandbreite mit jeder neuen Generation verdoppelt, bedeutet das nicht, dass sich auch die Leistung verdoppelt. Ein gutes Beispiel für dieses Phänomen sind die aktuellen M.2-SSDs. PCIe 4.0-SSDs sind bereits seit vielen Jahren auf dem Markt und weit verbreitet. Sie erreichen eine maximale Bandbreite von ~7 GB/s. PCIe 5.0-Laufwerke sind hingegen neuer und bieten eine Bandbreite von bis zu ~12–14 GB/s, was auf den ersten Blick wie ein klares Upgrade erscheint. In der Praxis kann der tatsächliche Leistungsvorteil zwischen diesen beiden Laufwerksfamilien jedoch je nach Anwendung enorm oder sehr gering sein.

Wenn Sie das Laufwerk tatsächlich zum wiederholten Lesen und Schreiben großer Dateien verwenden, kann dies eine enorme Verbesserung darstellen, wie wir in unserem Artikel hier festgestellt haben. Wenn Sie eine SSD jedoch in erster Linie für Spiele verwenden, wird der Unterschied bei den Ladezeiten der Spiele wahrscheinlich minimal sein.

Das andere Problem, mit dem PCIe 5.0-SSDs derzeit konfrontiert sind, ist, dass sie teurer sind als PCIe 4.0-Laufwerke und dass Motherboards mit PCIe 5.0 SSD M.2-Anschlüssen noch nicht allgegenwärtig sind. Dies wird sich jedoch in den nächsten 5 Jahren ändern.

Da dieser Artikel Mitte 2025 geschrieben wird, warten wir alle darauf, dass PCIe 5.0 zum neuen Standard wird, aber das könnte noch einige Jahre dauern. Die neuesten CPU-Chipsätze von AMD und Intel unterstützen PCIe 5.0, und auch die GPUs von AMD und Nvidia sind PCIe 5.0-kompatibel. Daher ist derzeit davon auszugehen, dass alle neuen Hardwarekomponenten die neueste Schnittstelle unterstützen werden, was dazu beitragen wird, dass PCIe 5.0 zum neuen Standard wird. Mehr Menschen werden von PCIe 4.0 auf PCIe 5.0 umsteigen, wenn diese Geräte die einzigen verfügbaren Optionen sind. Wenn Sie beispielsweise im Jahr 2027 eine neue M.2-SSD kaufen möchten, werden Sie wahrscheinlich ein PCIe 5.0-Gerät kaufen müssen, ähnlich wie es derzeit schwierig ist, DDR4-Speicher zu kaufen, da sich der Markt auf DDR5 umgestellt hat.

Daher könnten in einigen Jahren erste PCIe 6.0-Geräte auf den Markt kommen, aber wir gehen davon aus, dass neue Hardware erst 2028 oder so erhältlich sein wird. Angesichts der Zeit, die PCIe 5.0 benötigt, um sich auf dem Markt zu etablieren – mehr als 6 Jahre –, werden diese Geräte möglicherweise erst gegen Ende des Jahrzehnts in Mode kommen.

PCI-SIG arbeitet übrigens bereits intensiv an dem PCIe 7.0-Standard. Wie oben erwähnt, handelt es sich hierbei um eine sehr zukunftsorientierte Organisation, die dem Markt immer mehrere Schritte voraus ist, was für die PC-Branche insgesamt eine gute Nachricht ist.