Разное

Pci express для чего используется: Что такое PCI Express

Содержание

Зачем нужен SSD с интерфейсом PCI Express 4.0? Объясняем на примере Seagate FireCuda 520

Сегодня мы хотим рассказать об одном из наших новых продуктов – SSD-накопителе Seagate FireCuda 520. Но не спешите листать ленту дальше с мыслями «ну вот, очередной хвалебный обзор гаджета от бренда» – материал мы постарались сделать полезным и интересным. Под катом мы прежде всего сфокусируемся не на самом устройстве, а на интерфейсе PCIe 4.0, который в нём используется. И расскажем, что от него ожидать, чем он хорош и кому может быть потенциально полезен.


Будем честны: стандарт PCI Express 4.0 – это не такая уж новинка. На потребительском рынке первые устройства с его поддержкой появились ещё летом прошлого года. Спасибо за это следует сказать компании AMD: именно она создала первые платформы, которые способны принимать устройства с PCI Express 4.0, а также сделала такие устройства сама – это графические карты на базе GPU с архитектурой RDNA.

Увеличение пропускной способности всегда рождает большие надежды, но, как оказалось, видеокарты почти не получают выигрыша от перехода на более скоростной интерфейс. По крайней мере, если говорить про игровые нагрузки. Как показали многочисленные независимые тесты, даже самые быстрые карты с поддержкой PCI Express 4.0, в первую очередь, Radeon RX 5700 XT, работают одинаково как при использовании нового и быстрого интерфейса, так и будучи подключенными к классической шине PCI Express 3.0.

Но вот с твердотельными накопителями – совсем другое дело. Скорость работы производительных NVMe SSD, работающих через PCI Express 3.0 (например, Seagate FireCuda 510), при линейных нагрузках явно упирается в пропускную способность интерфейса. Поэтому расширение рамок полосы пропускания просто обязано положительно сказываться на возможностях дисковых подсистем нового поколения.

Хорошей иллюстрацией того, что пропускной способности мало не бывает, выступает тот факт, что пока мы говорим о первых устройствах с поддержкой PCI Express 4. 0, комитет PCI Special Interest Group (PCI-SIG) уже утвердил спецификацию PCI Express 5.0, которая делает ещё один шаг в сторону увеличения скоростей интерфейсов, по которым современные процессоры связываются со внешними устройствами. Но про это как-нибудь в другой раз, сегодня на повестке дня стоит именно PCI Express 4.0.

Что хорошего в PCI Express 4.0?

Спецификация PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) стандартизирует то, как карты расширения, такие как графические ускорители, звуковые контроллеры, сетевые адаптеры и, наконец, NVMe SSD, связываются с базовыми компонентами, составляющими платформу ПК. Чем выше версия спецификации PCIe, тем более высокую пропускную способность она обеспечивает. Кроме того, когда речь заходит о слотах PCIe, помимо версии спецификации говорят также о числе линий, что обозначается как x1, x2, x4, x8 или x16. Большее число линий тоже даёт кратно более высокую пропускную способность за счёт расширения шины и представляет собой ещё один, экстенсивный путь улучшения скоростных характеристик интерфейса. Но если говорить о NVMe SSD, то в них такой подход применять сложно. Выпускаемые в компактном форм-факторе M.2 твердотельные накопители для ПК могут использовать две или максимум четыре линии, в то время как поддержкой до 16 линий можно наделить лишь полноразмерные карты для слотов PCIe. Именно по этой причине внедрение новых версий стандарта PCIe считается ключевым событием для рынка производительных SSD.

Все версии спецификации PCIe обладают обратной совместимостью. Накопители, ориентированные на PCIe 4.0, могут работать и в тех платформах, где поддерживается лишь PCIe 3.0, а в материнские платы со слотами PCIe 4.0 можно беспрепятственно установить компоненты, которые работают в соответствии со стандартом PCIe 3.0. Однако как в том, так и в другом случае система будет работать со скоростями PCIe 3.0 – младшего варианта стандарта, который поддерживается на обеих сторонах.

Главным нововведением, заложенным в PCIe 4. 0, выступает увеличенная вдвое пропускная способность одной линии. Существуют разные варианты численных оценок произошедших изменений, но если говорить про теоретические и пиковые значения, то спецификация PCIe 4.0 предполагает максимальную скорость передачи 1,97 Гбайт/с по одной линии в каждом направлении, в то время как в PCIe 3.0 предельная скорость была ограничена величиной 0,98 Гбайт/с. В некоторых источниках вы можете встретить вдвое более высокие показатели, но это связано с тем, что в них указывается суммарная скорость передачи данных в обоих направлениях.

Как мы говорили выше, такой прирост скорости интерфейса на практике не слишком полезен (а точнее, почти полностью бесполезен) для графических карт. В то же время NVMe-накопители, работающие через четыре линии PCIe, получают возможность прокачивать по шине из четырёх линий до 7,88 Гбайт/с (в идеальном случае), что открывает перед ними широкий простор для улучшения характеристик.

Помимо увеличения пропускной способности стандарт PCIe 4.0 предполагает и другие нововведения. Например, в нём заложены новые возможности для снижения энергопотребления, а также более разветвлённые функции для виртуализации устройств. Но основное направление, в котором двигались разработчики – это всё-таки рост скоростей, и почти всё было сделано в первую очередь ради него. Например, целый ряд усовершенствований в новой версии интерфейса направлен на улучшение целостности сигналов и надёжности их передачи. Иными словами, для большинства потребителей PCIe 4.0 подразумевает более высокую пропускную способность и ничего более.

Что с платформами с поддержкой PCI Express 4.0?

К сожалению, несмотря на то что сама по себе спецификация PCI Express 4.0 была утверждена ещё в 2017 году, реальных платформ с её поддержкой на рынке до сих пор не так много. А это значит, что если вы захотите воспользоваться высокопроизводительным твердотельным накопителем нового поколения, вам придётся озаботиться не только поиском самого такого накопителя, но и заняться подбором платформы, которая сможет в полной мере раскрыть его потенциал.

Дело в том, что новый интерфейс PCIe 4.0 пока поддержала только компания AMD, да и то лишь фрагментарно. Он реализован в части её процессоров, построенных на архитектуре Zen 2, а конкретнее, в настольных Ryzen серии 3000 и в высокопроизводительных Threadripper серии 3000, но, например, не в мобильных Ryzen серии 4000. При этом если поддержка PCIe 4.0 есть в любой Socket sTR4-материнской плате для Threadripper третьего поколения, процессоры Ryzen 3000 смогут взаимодействовать с PCIe 4.0-периферией в полноскоростном режиме только в материнских платах, построенных на базе набора логики X570, где сигнальные линии спроектированы с учётом возросших требований к экранированию и минимизации электрических помех.

Хорошая новость здесь заключается в том, что потенциальные владельцы Ryzen 3000 вскоре смогут получить в своё распоряжение ещё один класс более доступных материнских плат с поддержкой PCIe 4.0-видеокарт и накопителей. Они будут построены на новом наборе системной логики B550, который должен выйти в течение ближайшей пары месяцев.

Что же касается платформ компании Intel, то в них поддержки PCIe 4.0 пока нет вообще. Более того, выходящие в ближайшее время настольные процессоры Comet Lake-S, которые приведут с собой и новый процессорный разъём LGA 1200, и новые наборы системной логики четырёхсотой серии, PCIe 4.0 тоже не получат. Если говорить о массовых десктопных системах Intel, то поддержка этого интерфейса может появиться лишь с выходом процессоров Rocket Lake, но это случится примерно в начале следующего года. Зато в мобильные системы данный интерфейс может попасть раньше: в планах поддержка PCIe 4.0 декларируется для процессоров Tiger Lake, формальный анонс которых может состояться этим летом. Кроме того, нельзя исключать, что высокопроизводительные десктопы класса HEDT перейдут на PCIe 4.0 тоже в этом году: это станет возможным, если Intel решит предложить в этом сегменте Ice Lake-X – аналоги серверных Ice Lake-SP.

В итоге, несмотря на то, что PCIe 4. 0 в среднесрочной перспективе получит широкое распространение, прямо сейчас у сторонников быстрых NVMe SSD вариантов для выбора платформы не так много. Самый очевидный из них – Socket AM4-система на базе процессора Ryzen 3000 и материнской платы на чипсете X570.

Как обстоят дела с накопителями под PCI Express 4.0?

Если посмотреть на ассортимент NVMe SSD с поддержкой PCIe 4.0, который представлен на прилавках магазинов, то может сложиться ощущение, что рынок переполнен различными вариантами скоростных решений нового поколения. Однако на самом деле это впечатление обманчиво. Несмотря на то, что спецификация PCIe 4.0 существует несколько лет, разработчики аппаратных платформ пока не успели довести до стадии массового производства достаточное количество альтернатив.

Единственный контроллер, который сейчас производители SSD могут использовать для своей продукции, это – Phison PS5016-E16. Причём, в действительности этот контроллер нельзя назвать полноценной разработкой нового поколения. Это скорее переходное решение, основанное на другом, более раннем чипе PS5012-E12, в котором попросту заменили функциональный блок, отвечающий за внешнюю шину.

Для конечного пользователя это значит две вещи. Во-первых, все представленные на рынке NVMe-накопители с поддержкой PCIe 4.0 отличаются друг от друга не слишком сильно, по крайней мере, если говорить о производительности. И если вы видите, что для какого-то продукта вдруг заявлены более высокие паспортные скорости, связано это скорее всего с хитростью маркетологов, а не с какими-то реальными преимуществами, ведь в конечном итоге в обоих изделиях используется один и тот же контроллер. Во-вторых, сегодняшние PCIe 4.0-накопители пока не могут похвастать задействованием полной пропускной способности новой шины – максимальные скорости, которые обещает чип Phison PS5016-E16, находятся на уровне 5 Гбайт/с при линейном чтении и 4,4 Гбайт/с – при записи.

Из сказанного вытекает важное следствие: в будущем NVMe SSD могут совершить ещё один рывок в производительности даже без перехода на следующую версию спецификации PCI Express. Требуется лишь дождаться появления более новых контроллеров с переделанным ядром, адаптированным под возможности PCIe 4.0. И такие решения уже разрабатываются. Появление подобного продукта как минимум ожидается от Samsung, кроме того над более совершенными контроллерами работают и независимые инженерные команды: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) и даже не слишком известная компания Innogrit (IG5236).

Беда только в том, что всё это великолепие может появиться очень нескоро. Разработка контроллеров – это длительный процесс, и серьёзные задержки зачастую случаются на финальных этапах – при подготовке микропрограммы или во время валидации. К тому же сейчас на всю индустрию огромное влияние оказала пандемия коронавируса, из-за чего релизы новых продуктов отодвинулись на более поздний срок.

Иными словами, ждать чего-то лучшего можно долго, а если более высокая производительность дисковой подсистемы нужна уже сейчас, то имеет смысл остановиться на том, что уже есть – накопителях на контроллере Phison PS5016-E16. Пусть они и не выбирают полную пропускную способность четырёх линий PCIe 4.0, зато могут похвастать довольно неплохим быстродействием при мелкоблочных операциях, которое, согласно информации разработчиков, достигает 750 тысяч IOPS. Обеспечивается это как дизайном контроллера, в основе которого лежит двухъядерный 32-битный процессор ARM Cortex R5, так и набором фирменных хитростей: динамическим SLC-кешированием и технологией CoXProcessor 2.0 – аппаратным ускорением типовых цепочек операций.

Почему Seagate FireCuda 520?

Выше было сказано, что все существующие потребительские NVMe-накопители с поддержкой PCIe 4.0 построены на одном и том же фундаменте – контроллере Phison PS5016-E16. Однако это не значит, что взять в магазине первый попавшийся SSD для шины PCIe 4.0 будет хорошей идеей. Здесь мы бы порекомендовали обратить внимание на Seagate FireCuda 520, но вовсе не потому, что вы читаете эту статью в корпоративном блоге Seagate.

Дьявол кроется в деталях и, если начать разбираться, Seagate FireCuda 520 может оказаться привлекательнее многих альтернатив на том же самом чипе Phison PS5016-E16. Причин тому несколько, но все они сводятся к одному – к установленной в FireCuda 520 флеш-памяти.

Формально все накопители с контроллером Phison PS5016-E16 используют одинаковую флеш-память: 96-слойную BiCS4 (TLC 3D NAND) производства Kioxia (бывшей Toshiba Memory). Однако фактически эта память может различаться. В зависимости от того, какие приоритеты для себя выбрал тот или иной производитель, память может относиться к совершенно различным градациям качества. Например, в продукции фирм третьего эшелона нередко встречается флеш-память «медиа»-предназначения, которая, вообще говоря, предназначена для флешек и карт памяти, но никак не для SSD.

С накопителями Seagate такое совершенно исключено. Компания покупает флеш-память не на открытом рынке, а имеет долгосрочный прямой договор c Kioxia, который был заключен ещё в ту пору, когда Toshiba избавлялась от производства памяти. Благодаря этому мы получаем микросхемы NAND, что называется, из первых рук и имеем доступ к лучшему по качеству кремнию.

Это неминуемо отражается в параметрах надёжности. Представители серии Seagate FireCuda 520 снабжаются пятилетней гарантией, а установленный ресурс позволяет перезаписывать полную ёмкость накопителя 1800 раз, то есть в среднем раз в день. Это очень высокие показатели выносливости, по которым предложение Seagate, например, втрое превосходит популярнейший Samsung 970 EVO Plus.

И тут пришло время показать, как выглядит Seagate FireCuda 520 снаружи. Это M.2-плата традиционного форм-фактора 2280 с микросхемами, размещёнными на обеих её сторонах.

Здесь не предусмотрено никаких особых средств охлаждения, которые любят громоздить на свои накопители другие производители, из-за того, что почти сто процентов материнских плат с поддержкой PCIe 4.0 имеют собственные системы охлаждения для M. 2-слотов.

В остальном накопитель похож на другие продукты на базе контроллера Phison PS5016-E16, но с заметным отличием – на микросхеме контроллера нанесена маркировка Seagate. Это связано с тем, что контроллеры для FireCuda 520 тоже закуплены не на открытом рынке, а сделаны по спецзаказу. Впрочем, для конечного пользователя это значит не так много, а вот что действительно важно, так это использование видоизменённой микропрограммы, в которой заложены определённые оптимизации, отличающие накопитель Seagate от других SSD с аналогичной аппаратной начинкой.

Понятно, что микропрограммой вряд ли можно как-то существенно изменить скоростные характеристики контроллера, тем не менее кое-что она позволяет. Например, FireCuda 520 может похвастать реализацией динамического SLC-кеширования, в то время как накопители на контроллерах Phison, выпускавшиеся ранее, пользовались статическим SLC-кешем довольно ограниченного объёма. Новый подход позволяет записывать на FireCuda 520 с высокой скоростью гораздо большие объёмы информации.

Работает это очень просто: любые поступающие на накопитель данные записываются в TLC-флеш-память в очень быстром однобитовом SLC-режиме. Перевод использованных таким образом ячеек в TLC-состояние выполняется либо потом, когда пользователь уже не обращается к накопителю, либо по мере необходимости, если в процессе записи пул чистых ячеек исчерпывается. Иными словами, треть свободного на FireCuda 520 места можно непрерывно заполнить с максимальной скоростью, потом же производительность снизится. Но стоит немного подождать, как треть от оставшегося свободного места вновь можно будет использовать в скоростном режиме.

Вот, например, как выглядит график линейной записи на чистый на FireCuda 520 ёмкостью 2 Тбайт.

На первые 667 Гбайт запись осуществляется со скоростью 4,1 Гбайт/с, затем скорость радикально снижается до 0,53 Гбайт/с, но стоит понимать, что при обычном использовании накопителя с таким его поведением вы не столкнётесь – для этого нужно долго и непрерывно записывать огромные массивы информации.

Помимо микропрограммы FireCuda 520 интересен ещё и комплектным ПО. Фирменная утилита SeaTools SSD куда удобнее для мониторинга состояния SSD, чем сторонние программы. Кроме того, она позволяет обновлять прошивку, тестировать работоспособность и выполнять некоторые дополнительные операции вроде расширенной диагностики или Secure Erase.

Также стоит упомянуть, что владельцы FireCuda 520 могут скачать с сайта Seagate программу DiscWizard для гладкой миграции с прошлых дисковых накопителей с переносом всех данных и операционной системы.

И что, это правда быстро?

Остаётся подкрепить всё сказанное о преимуществах интерфейса PCI Express 4.0 и накопителя с его поддержкой какими-то практическими результатами. И с этим нет особой сложности, потому что FireCuda 520 действительно обладает заметно более высокой производительностью, которая накопителям прошлого поколения недоступна. Несмотря на то, что к контроллеру Phison PS5016-E16 есть вполне обоснованные претензии, связанные с тем, что в полной мере пропускную способность PCIe 4.0 он всё-таки не утилизирует, скоростные показатели Seagate FireCuda 520 заведомо выше, чем у накопителей для PCIe 3.0.

В следующей таблице характеристики Seagate FireCuda 520 сопоставляются с характеристиками FireCuda 510 – прошлой флагманской модели NVMe SSD Seagate, которая рассчитана на интерфейс PCIe 3.0 x4. Для примера сравнение ограничено самыми вместительными и скоростными вариантами SSD ёмкостью по 2 Тбайт, но, если сравнивать между собой модификации других ёмкостей, картина получится примерно такой же.

Впрочем, паспортные характеристики – дело одно, а реальная жизнь – другое. Поэтому мы просто взяли два эти накопителя – FireCuda 520 2 Тбайт и FireCuda 510 2 Тбайт – и сравнили в тестах.

FireCuda 520 2 Тбайт

FireCuda 510 2 Тбайт

Результаты CrystalDiskMark требуют некоторых комментариев. Новый PCIe 4.0 SSD оказался заметно быстрее предшественника по линейным скоростям: преимущество доходит почти до полуторакратного размера и прослеживается как при глубоких, так и при минимальных очередях запросов. Превосходит FireCuda 520 прошлую версию NVMe SSD Seagate и при мелокоблочных операциях, хотя здесь такого же впечатляющего прорыва не наблюдается: всё упирается в то, что логика контроллера осталось старой. Таким образом, FireCuda 520 будет блистать прежде всего при последовательных нагрузках. Что же касается операций с произвольными блоками небольшого размера, то интерфейс PCI Express 4.0, естественно, из накопителя на базе флеш-памяти что-то похожее на Optane сделать не может.

Но тот факт, что высокоскоростные линейные операции – очень мощный козырь FireCuda 520, отрицать невозможно. Подробнее это видно в результатах ATTO Disk Benchmark: как только блоки, которыми происходит обмен данными, приобретают объём 128 Кбайт и более, угнаться за FireCuda 520 становится невозможно даже в теории (на это не способен даже Optane), поскольку скорости обмена данными выходят за предел, установленный пропускной способностью интерфейса PCIe 3.0 x4.

FireCuda 520 2 Тбайт

FireCuda 510 2 Тбайт

В синтетических тестах всё получается более чем убедительно, но что в реальной жизни? Ответить на этот вопрос может PCMark 10 – в нём есть сценарии, которые воспроизводят типичную нагрузку на накопители при повседневной работе пользователя.

И в этом случае FireCuda 520 оказывается быстрее своего предшественника на величину до 30 %. Причём это преимущество выражается не только в росте скоростей дисковых операций, но и в заметном снижении времени реакции дисковой подсистемы. Такая закономерность прослеживается при использовании SSD в качестве единственного и универсального накопителя (см. Full System Drive Benchmark). И в том случае, когда SSD играет роль исключительно системного диска, на котором установлена ОС и ПО (см. Quick System Drive Benchmark). И даже тогда, когда SSD отдан под «файлопомойку» (см. Data Drive Benchmark), хотя такое, честно говоря, бывает очень нечасто.

Преимущества в скорости FireCuda 520 легко проследить при обычном копировании файлов. На диаграмме ниже приводятся результаты теста DiskBench при копировании внутри накопителя рабочей директории с разными файлами общим объёмом порядка 20 Гбайт. Конечно, такого прироста, как в синтетических тестах, здесь не наблюдается, но свои дополнительные 25-30 % к производительности переход на PCIe 4.0 даёт без вопросов.

Для разнообразия можно посмотреть и на то, насколько быстрее PCIe 4.0-накопитель позволяет загружать игровые приложения. Для примера ниже приведено время загрузки уровня в Final Fantasy XIV StormBlood (выбор именно этой игры обусловлен встроенными в неё удобными средствами мониторинга). Здесь выигрыш, который обеспечивает FireCuda 520 на фоне FireCuda 510, составляет секунду с небольшим, что не столь значительно, но всё равно ощутимо.

Зато при нагрузках, свойственных рабочим станциям, PCI Express 4.0, что называется, must have. Дело в том, что компьютеры, нацеленные на профессиональное создание контента, оснащаются очень мощными многоядерными процессорами и быстрой памятью. И в этом случае узкие места в системе легко могут возникать в дисковой подсистеме. Например, раньше многие профессионалы, работающие с видео, предпочитали собирать RAID-массивы из SSD-накопителей, а теперь они могут удовлетворить свои потребности, выбрав FireCuda 520, который принимает данные со скоростями свыше 4 Гбайт/с в одиночку.

Все эти рассуждения нетрудно подкрепить результатами теста SPECworkstation 3, который очень явно показывает значимость накопителя с современным интерфейсом: FireCuda 520 справляется с тяжёлыми профессиональными сценариями дисковой нагрузки в среднем на 22 % быстрее по сравнению с FireCuda 510.

Но особое внимание стоит обратить на показатели General Operation (обычная скорость работы с файлами при архивации и копировании, а также при разработке ПО) и Product Development (показывает скорости работы в CAD/CAM системах и при решении задач вычислительной гидродинамики). Здесь заложенный в FireCuda 520 потенциал раскрывается особенно убедительно.

Резюме

Приведённых примеров достаточно, чтобы сомнений в том, что PCIe 4.0-накопители действительно позволяют получить более высокую производительность и лучшую отзывчивость при решении ресурсоёмких задач, не оставалось. Поэтому, строя высокопроизводительную систему на многоядерных процессорах AMD Ryzen 3000 или Threadripper 3000, пренебрегать использованием наиболее современных NVMe SSD явно не следует. Seagate FireCuda 520 может здесь стать подходящим выбором: ничего быстрее в магазинах совершенно точно на данный момент нет.

Естественно, PCIe 4.0-накопитель обойдётся немного подороже, чем тот же FireCuda 510, но причины этого хорошо понятны. А самое главное, что цена на FireCuda 520 вполне рыночная, ведь этот SSD стоит почти одинаково с альтернативными PCIe 4.0-накопителями авторства производителей третьего эшелона.

Пара слов о тестовой платформе: Тестирование производительности выполнялось в системе на базе процессора Ryzen 9 3900X, основанной на материнской плате ASRock X570 Creator и оснащённой 16 Гбайт DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Операционная система Windows 10 Professional 1909 со стандартным NVMe-драйвером Standard NVM Express Controller 10.0.18362.1.

Действительно ли PCI Express 4.0 – важное преимущество Ryzen 3000? Проверяем на NVMe SSD

Одним из ключевых направлений в маркетинговой стратегии AMD по продвижению процессоров Ryzen 3000 стал акцент на появившейся в них поддержке скоростного интерфейса PCI Express 4.0. Действительно, новые Ryzen, построенные на микроархитектуре Zen 2, стали первыми процессорами потребительского уровня, которые получили этот скоростной интерфейс, и, более того, ни одна из актуальных платформ Intel пункта PCI Express 4.0 в списке характеристик на сегодняшний день не имеет. Не использовать такой повод для выпячивания прогрессивности своей продукции AMD, естественно, не могла, и поэтому как в момент анонса Ryzen 3000, так и после него представители компании не упустили ни единого случая козырнуть соответствующей возможностью.

Доводы AMD в пользу новой шины, которая позволяет выделять для устройств интерфейс с вдвое большей, чем раньше, пропускной способностью, сводились к двум тезисам: «это хорошо для графических карт» и «это хорошо для твердотельных накопителей». Однако, честно говоря, их аргументация безупречностью не отличалась.

Говоря о пользе перехода на шину PCI Express 4.0 для графических карт, представители AMD ссылаются на синтетический тест пропускной способности 3DMark, который действительно показывает 69-процентное улучшение производительности при использовании более скоростной версии шины.

Однако к этому нужно приложить два больших но, о которых AMD умалчивает. Во-первых, поддерживают PCI Express 4.0 лишь избранные видеокарты, относящиеся к сериям Radeon RX 5700 и RX 5500, в то время как представители семейства GeForce вполне успешно обходятся традиционным интерфейсом PCI Express 3.0. Во-вторых, если говорить о реальной игровой нагрузке, то она заведомо не создаёт таких объёмов данных, которым не хватало бы пропускной способности общеупотребительной графической шины PCI Express 3.0 x16, достигающей 16 Гбайт/с. Более того, даже использование интерфейса PCI Express 2.0 снижает частоту кадров в популярных играх в разрешении 4K на единицы процентов, а разница в быстродействии GPU при соединении с процессором при использовании третьей и четвёртой версии шины в самом неблагоприятном случае составляет десятые доли процента.

Перевод твердотельных накопителей на работу через PCI Express 4.0 кажется куда более осмысленным шагом, ведь современные NVMe SSD и впрямь подобрались к пределу пропускной способности шины PCI Express 3.0 x4. Увеличение скорости интерфейса за счёт добавления линий PCI Express при этом было бы не слишком удобным выходом, поскольку потребительские SSD прочно вжились в форм-фактор M.2, позволяющий подвести к накопителю не более четырёх линий. Зато переключение на PCI Express 4.0 можно без проблем провести в рамках сложившейся экосистемы, и это действие кажется вполне осмысленным, ведь оно позволяет поднять планку пиковых скоростей с 3,9 до 7,9 Гбайт/с. Именно на это и указывают маркетинговые материалы AMD, в которых компания заявляет о почти полуторакратном росте производительности дисковой подсистемы в системах на базе процессоров Ryzen 3000.

Но и тут не всё так просто. В первую очередь нужно понимать, что речь идёт исключительно о росте линейных скоростей, в то время как в отзывчивости твердотельные накопители за счёт перевода на более скоростной интерфейс определённо не выиграют, потому что здесь всё определяется не внешней шиной, а их внутренней архитектурой и возможностями флеш-памяти. То есть в распространённых среднестатистических сценариях такого впечатляющего прироста, который изображён на маркетинговом слайде AMD, конечно же, не будет.

К тому же стоит учесть и ещё один немаловажный момент: ведущие производители SSD пока не поддерживают PCI Express 4.0 в своих продуктах. Поэтому, если вы захотите установить в свою Ryzen 3000-систему NVMe-накопитель с новым скоростным интерфейсом, выбирать придётся среди предложений фирм второго-третьего эшелона. И более того, все SSD с поддержкой шины PCI Express 4.0 x4 однотипны и полагаются на один и тот же контроллер PS5016-E16 независимого тайваньского разработчика Phison, инженеры которого пока не смогли отметиться какими-либо заметными достижениями на поприще создания высокопроизводительных платформ для потребительских SSD. Иными словами, особого оптимизма такие SSD не вызывают.

Тем не менее мы не привыкли полагаться на какие-то оценочные суждения и всё стараемся проверять на практике. Тем более что вопрос о том, какой SSD стоит рекомендовать обладателю современной системы на базе Ryzen 3000, стремящемуся выжать из неё максимум возможного, отнюдь не праздный. Накопители на базе контроллера Phison PS5016-E16 с поддержкой PCI Express 4.0 x4 наконец-то добрались до отечественных магазинов. А значит, многие покупатели, решившие остановить свой выбор на актуальной и многообещающей платформе AMD, встают перед выбором: то ли установить в систему проверенный временем производительный SSD с интерфейсом PCI Express 3. 0; то ли поддаться на агитацию AMD и Phison и попробовать получить более высокую производительность, связавшись с новинками с поддержкой PCI Express 4.0. В этом материале мы постараемся выяснить, что лучше, протестировав оба варианта в реальных условиях.

⇡#Почему мы вообще заговорили про PCI Express 4.0

Спецификация PCI Express 3.0 была утверждена в ноябре 2010 года, и нет ничего удивительного, что к настоящему времени эта шина прочно закрепилась в роли базового интерфейса для сопряжения компьютерных устройств. Особенно помогло этому два фактора: затянувшаяся разработка следующей версии стандарта, с одной стороны, и отсутствие запроса на скорости выше возможностей PCI Express 3.0 — с другой. Тем не менее постепенно индустрия всё же пришла к осознанию необходимости дальнейшего прогресса, в чём особенно посодействовали твердотельные накопители. Бурный рост в этой отрасли привёл к тому, что SSD смогли быстро упереться в скоростные ограничения имеющегося интерфейса, и вывод на массовый рынок PCI Express 4.0 действительно обрёл смысл.

Стандарт PCI Express 4.0 был принят в июне 2017 года. В нём улучшилась гибкость и масштабируемость — например, учтена возможность физической реализации не только в виде слотов и дорожек на плате, но и в виде внешних разъёмов и кабелей; добавлены дополнительные управляющие команды для целей энергосбережения; ну и самое главное — удвоена скорость передачи данных. Что не менее важно, все эти улучшения не повлекли за собой никаких принципиальных изменений в протоколе. Двукратное увеличение пропускной способности достигнуто простым ростом частоты передачи данных с сохранением старой схемы кодирования сигнала. В результате между новым и старым стандартами сохраняется как прямая, так и обратная совместимость, а значит, хосты и оконечные устройства с поддержкой разных версий PCI Express могут без каких-либо проблем работать друг с другом.

Обмен данными по шине PCI Express 3.0 происходит с частотой 8 млрд пересылок в секунду, а в стандарте PCI Express 4. 0 эта частота достигает уже 16 млрд пересылок в секунду. Таким образом, в то время как пропускная способность одной линии PCI Express 3.0 составляла 985 Мбайт/с (с учётом 128b/130b-кодирования), в стандарте PCI Express 4.0 она выросла вдвое – до 1969 Мбайт/с. Далее естественным образом расширились полосы пропускания всех стандартных для массовых ПК шин. Скорость PCI Express 4.0 x4 увеличилась до 7,9 Гбайт/с, а шина PCI Express 4.0 x16 оказалась способна пересылать данные с максимальной пропускной способностью 31,5 Гбайт/с (в каждую сторону).

  Пропускная способность, Гбайт/с
×1 ×2 ×4 ×8 ×16
PCI Express 1.0 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0
PCI Express 2.0 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0
PCI Express 3.0 0,98 1,97 3,94 7,88 15,75
PCI Express 4.0 1,97 3,94 7,88 15,75 31,51

Новая версия платформы Socket AM4, использующая набор системной логики X570, оказалась первой и пока единственной точкой присутствия PCI Express 4.0 в массовых системах. Благодаря ей пользователи могут построить систему с новой высокоскоростной шиной уже сегодня, но, чтобы проверить эту скоростную шину в деле, нужны сразу три компонента. Во-первых, процессор семейства Ryzen 3000, PCI Express-контроллер в котором поддерживает четвёртую версию соответствующего протокола. Во-вторых, материнская плата с чипсетом AMD X570, которая обладает оптимизированной разводкой сигнальных линий, способной гарантировать целостность информации при передаче по высокочастотной шине. И в-третьих, оконечное устройство с поддержкой PCI Express 4.0, которым может быть либо графическая карта, либо, как в нашем случае, твердотельный накопитель. В отсутствие одного из этих компонентов система всё равно будет работать благодаря двухсторонней совместимости версий PCI Express, но уже в более медленном, чем 4.0, режиме.

Таким образом, воспользоваться высокоскоростной шиной на практике пока получится лишь в очень небольшом числе настольных систем. Однако постепенно парк платформ с поддержкой PCI Express 4.0 будет расширяться. Так, в течение ближайших месяцев AMD планирует добавить этот интерфейс ещё в одном своём наборе логики – B550. Это позволит снизить входной ценовой порог для систем с поддержкой скоростных шин, но процессор семейства Ryzen 3000 будет всё равно необходим.

Что же касается продукции Intel, то в ней с поддержкой PCI Express 4.0 всё очень непросто. Микропроцессорный гигант почему-то пропустил момент, когда новая спецификация была готова, и теперь сильно отстал от AMD по срокам её внедрения. Отчётливо говорит за себя тот факт, что даже в серверном сегменте поддержка PCI Express 4.0 у Intel может появиться не ранее середины следующего года. Что же касается обычных персональных компьютеров на платформе Intel, то им скоростная шина «светит» совсем нескоро, поскольку в запланированных на 2020 год процессорах Comet Lake и в чипсетах 400-й серии предусмотрена лишь привычная PCI Express 3.0, а дальше планы компании выглядят очень неопределённо.

Иными словами, Intel в ближайшее время будет играть роль своеобразного тормоза прогресса, и можно сказать практически наверняка, что из-за этого внедрение PCI Express 4.0 будет происходить не такими быстрыми темпами, как того можно было бы ожидать. Например, если говорить о SSD, то на данный момент поддерживает эту скоростную шину лишь единственный контроллер разработки Phison, и появление каких-то альтернатив в обозримом будущем не предвидится. Особенно скептически к идее выпуска NVMe SSD под интерфейс PCI Express 4.0 в ближайшее время относятся ведущие производители масштаба Western Digital и Samsung. Судя по всему, они намерены дожидаться того момента, когда PCI Express 4. 0 появится в платформах Intel, и массовые решения с его поддержкой предложат лишь в преддверии этого события.

Именно поэтому сегодня нам придётся говорить о полезности PCI Express 4.0 для потребительских NVMe SSD, используя в качестве иллюстрации лишь один пример – построенный на контроллере Phison PS5016-E16 накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD.

⇡#Главный герой – Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD

Хотя мы и вынесли в подзаголовок этого раздела название накопителя компании Gigabyte, который побывал у нас в лаборатории, всё сказанное ниже равным образом справедливо и для любого другого NVMe SSD на контроллере Phison PS5016-E16, и даже для любого другого доступного сейчас массового накопителя под PCI Express 4.0, покуда на рынке не появятся альтернативные чипы с поддержкой этого перспективного интерфейса. Сделать данное обобщение нам позволяет производственная стратегия Phison, не претерпевшая на протяжении последних лет никаких изменений. Дело в том, что этот разработчик контроллеров поставляет своим партнёрам не микросхемы, а уже готовые SSD с ними. Поэтому всё многообразие моделей накопителей на базе Phison PS5016-E16 – кажущееся. На самом деле все такие продукты сделаны по одним лекалам на одном и том же заводе и различаются лишь названиями, обвесом и аксессуарами, например системами охлаждения.

Это значит, что любой доступный в настоящее время накопитель с поддержкой PCI Express 4.0 имеет совершенно предсказуемую аппаратную конфигурацию: в его основе будет лежать контроллер PS5016-E16, который управляет TLC 3D NAND-памятью, относящейся к классу BiCS4. Такая память имеет 96-слойный дизайн и уже достаточно давно поставляется компанией Toshiba. Её, кстати, можно встретить не только в составе накопителей с интерфейсом PCI Express 4.0, но и в некоторых других моделях NVMe SSD с традиционным интерфейсом, например, в Kingston KC2000. Но для накопителя, который претендует на существенное улучшение скоростных характеристик, применение трёхбитовой BiCS4-памяти – момент принципиальный. Такая флеш-память работает быстрее предыдущих модификаций и способна лучше раскрыть потенциал внешней шины с удвоенной полосой пропускания.

Безусловно, для увеличения линейных скоростей, обеспечиваемых массивом флеш-памяти, всегда существует экстенсивный путь – наращивание в нём числа каналов. Однако платформа Phison PS5016-E16 продолжает опираться на традиционную восьмиканальную схему. И это вполне логично: добавление каналов сильно бы усложнило и схемотехнику накопителя, и дизайн самого контроллера. Инженеры же Phison при разработке своего первого PCI Express 4.0-контроллера отнеслись к нему как к переходному решению и потому особенно не напрягались. Архитектурно чип PS5016-E16 сильно похож на PCI Express 3.0-контроллер PS5012-E12 — с некоторыми улучшениями в микропрограмме и единственным аппаратно модернизированным блоком, отвечающим за реализацию внешнего интерфейса.

В остальном Phison PS5016-E16 почти не отличается от предшественника, с которым мы подробно знакомились на примере Silicon Power P34A80 и

Линии PCI-E — конфигурации платформ AMD AM4 и sTRX4, Intel LGA1200 и LGA2066 | Материнские платы | Блог

Линии PCI-E и не только

Линии — это дорожки, использующие две сигнальные пары для отправки и приема данных,  по которым материнская плата обменивается информацией со слотами PCI-Express, процессором, контроллерами SATA, USB. PCI-E — самый быстрый слот. Кроме видеокарты, к линиям PCI-E могут подключаться твердотельные накопители, модули Bluetooth, Wi-Fi, различные адаптеры. 

Каждая линия, как дорога, может пропустить только ограниченное количество трафика в секунду. Для нормального функционирования видеокарты под интерфейс PCI-E 3 и 4 поколения необходимо от 8 до 16 линий. Скоростные линии обмена данных используют и твердотельные накопители. Если установить 2 видеокарты в слоты PCI-E х16 или одну видеокарту и файловый накопитель NVMe M.2, каждое устройство будет использовать по 8 линий. 

Сколько бывает линий

Материнская плата может поддерживать 64 линии PCI-E, но не все они используются для работы видеокарт. Например, процессоры AMD серии Ryzen поддерживают 24 линии и только 16 для слотов PCI-E х16, соответственно 8 линий отводится под другие устройства. Чем выше класс материнской платы, тем больше линий она поддерживает, тоже можно сказать и о процессорах. Не все линии доступны для пользователей, до 10 низкоскоростных линий 2.0 обычно используются для связи процессора с чипсетом материнской платы.  

При одновременной работе нескольких накопителей часто не хватает пропускной способности линий, особенно когда они объединены в Raid. При подключении 6 SATA устройств, рекомендуется использовать адаптер для слота PCI-E. Если установлена память NVMe M.2 и заняты все SATA-порты, также желательно использовать 8 дополнительных линий, подключившись к слоту PCI-E х16. 

Основные потребители линий PCI-E​

PCI-E x16 — слот используется для подключения видеокарт, PCI-Express SSD, M.2.

PCI-E x4 и х8 — предназначены для скоростной передачи данных объемом 4–8 ГБ/с. В эти слоты подключают твердотельные накопители через RAID-контроллеры или карту расширения USB.

PCI-E x1 — используют в основном для подключения Wi-Fi и звуковых карт. Скорости слота третьего поколения — почти 1 ГБ/с, хватает для передачи качественного сигнала. 

Сколько линий нужно современной видеокарте

Пропускная способность PCI-E первого поколения линии — 250 МБ\с, второго — 500 МБ\с, третьего — 984,6 МБ\с, четвертого — 1969 МБ\с. В последнее время второй слот PCI-E х16 все чаще используют для подключения накопителей данных M.2. Пропускная способность 8 линий третьего поколения равна 7 872 МБ\с, чего вполне достаточно для большинства современных игр и графических редакторов. 

AMD AM4

Процессор

APU Bristol Ridge

Ryzen

PCIe 3. 0

8 линий

16/8+8 линий

PCIe 3.0

2 линии 

2/4 линии 

SATA600

2 порта

2/0 порта

USB 3.0

4 порта

4 порта

Это новая единая платформа для бюджетных и высокопроизводительных гибридных процессоров. APU — микропроцессорная архитектура от AMD, объединяющая центральный и графический процессор в одном кристалле. Socket AM4 с микроархитектурой Zen появился в 2016 году. Платформа поддерживает память DDR4, до 24 линий PCI-E за счет материнской платы и до 64 за счет процессоров. Сокет работает с 9 наборами логики: Z2, b550, x570, x470, X370, B550, B450, B350, А320.

Чипсет

Линии PCI-E за счет процессора

Линии PCI-E за счет материнской платы

Версия PCI-E 

TRX40

64

24

4.0

X339

64

10

3.0

X570

24

16

4.0

X470

24

8

4.0

X370

24

8

3. 0

B450

24

6

4.0

B350

24

6

3.0

A320

24

4

3.0

X300

24

4

3.0

A300

24

4

3.0

TRX40 и X399 поддерживают наибольшее число линий — по 64, но X399 работает только с 10 линиями PCI-E, идущими с материнской платы, у TRX40 таких 24, к тому же он работает с 4 версией PCI-Express. У остальных наборов логик 24 линии от процессора и 4–16 за счет материнской платы.  

AM4 кардинально отличается от архитектуры своей предшественницы AM3 Plus и больше напоминает материнские платы FMX или LGA 1150. Поддержка чипсетов PCI-E 3.0 осуществляется только за счет линий, идущих непосредственно от процессора. Минимальное количество линий с любым APU — 16.  Видеокарта может использовать 16 или 8 + 8 линий в разных слотах PCI-E. На этой материнской плате можно установить высокоскоростной твердотельный накопитель без использования PCI-E-линий. Для M.2 есть 2 высокоскоростные линии, ведущие от чипсета к процессору. 

Дополнительные линии: 4 для порта SATA и 4 для USB 3.0. Если отказаться от SATA, освободится 4 линии ввода-вывода для установки дополнительного NWME M.2. 

sTRX4

Ryzen Threadripper 4, вышедший в ноябре 2019 года, обеспечивает работу 8–32 ядерных APU третьего поколения, созданных по 7-нанометровому техпроцессу. 

Socket TR4 — первый чипсет AMD, созданный в формате LGA для домашнего использования. До этого LGA-разъемы применялись только в серверных форматах.   

На новой платформе увеличено количество доступных линий контроллера PCI-E 4.0 до 64. Из них 8 используются для связи материнской платы и процессора, 48 линий могут быть задействованы под слоты PCI-E, оставшиеся 8 линий отвечают за подключение SATA, M.2 и 4 портов USB 3.2. Интерфейс DDR-памяти модернизирован до версии 4.0, Максимальным объемом 2 Тб поддерживается UDIMM, RDIMM и LRDIMM, ECC.

Работу системной логики на материнской плате обеспечивает чипсет AMD TRX40, позволяющий подключить дополнительные 16 линий PCIe 4.0 с процессорами Ryzen Threadripper. Эти линии могут быть использованы для работы портов USB, NVMe и SATA3. Таким образом, sTRX4 максимум поддерживает 72 линии. 

Intel LGA1200

В Intel LGA1200, выпущенном в 2020 году, максимум можно задействовать 40 линий PCI Express 3.0. При использовании процессоров серии Coffee Lake-S Refresh и Comet Lake-S поддерживается 16 линий PCI Express, Rocket Lake-S — 20 линий. От чипсета идет 24 линии, от CPU только 16. Возможные конфигурации PCI-Express: ×16, ×8+8, ×8 + ×4х2. На SATA 3.0 + 14 USB портов приходится от 4 до 8 линий в зависимости от набора логики, 2 линии отводится на оперативную память, DMI 3.0 — 4 линии. 

В основу платформы легли новые наборы логики 400-й серии: B460, h570, Q470, Z490, W480.

Наименьшее количество линий получил набор логики Intel h510. Общее число (HSIO) — 30, линий PCIe 3.0 — 22, для SATA 3.0 только 4 линии.  

Intel LGA2066

LGA2066 — платформа 2017 года, поддерживающая процессоры без интегрированного графического ядра, поколения Skylake-X и Kaby Lake-X. Для работы используется набор системной логики X299. Линий PCIe 3.0 от 16 до 48. 

7640X и 7740 — 16 линий.
7800X и 7820 — 28 линий.
7920X–7980 — 44 линии.
9800X–9980 — 44 линии.
10900X–10980X — 48 линий.

Младшие модели процессоров поддерживают 16 линий PCI-E. Максимальный объем памяти DDR4 — 64 Гб. С процессорами Intel Core 7800X и 7820 на PCI-E выделяется 28 линий и поддерживается до 128 Гб DDR4. С остальными процессорами чипсет позволяет активировать 44 и 48 линий, из которых 28 отводится под слот PCI Express 16, остальные на 8 портов SATA, 10 USB 3.0 или 14 USB 2.0 и интегрированный сетевой адаптер. 

Pci e описание. Зачем нужен переходник pci-e pci — подробное руководство

WiFi модули и другие подобные устройства. Разработку данной шины начала компания Intel в 2002 году. Сейчас разработку новых версий данной шины занимается некоммерческая организация PCI Special Interest Group.

На данный момент шина PCI Express полностью заменила такие устаревшие шины как AGP, PCI и PCI-X. Шина PCI Express размещается в нижней части материнской платы в горизонтальном положении.

PCI Express это шина, которая была разработана на основе шины PCI. Основные отличия между PCI Express и PCI лежат на физическом уровне. В то время как PCI использует общую шину, в PCI Express используется топология типа звезда. Каждое устройство подключается к общему коммутатору отдельным соединением.

Программная модель PCI Express во многом повторяет модель PCI. Поэтому большинство существующих PCI контроллеров могут быть легко доработаны для использования шины PCI Express.

Слоты PCI Express и PCI на материнской плате

Кроме этого, шина PCI Express поддерживает такие новые возможности как:

  • Горячее подключение устройств;
  • Гарантированная скорость обмена данными;
  • Управление потреблением энергии;
  • Контроль целостности передаваемой информации;

Как работает шина PCI Express

Для подключения устройств шина PCI Express использует двунаправленное последовательное соединение. При этом такое соединение может иметь одну (x1) или несколько (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) отдельных линий. Чем больше таких линий используется, тем большую скорость передачи данных может обеспечить шина PCI Express. В зависимости от количества поддерживаемых линий размер сорта на материнской плате будет отличаться. Существуют слоты с одной (x1), четырьмя (x4) и шестнадцатью (x16) линиями.

Наглядная демонстрация размеров слота PCI Express

При этом любое PCI Express устройство может работать в любом слоте, если слот имеет такое же или большее количество линий. Это позволяет установить PCI Express карту с разъемом x1 в слот x16 на материнской плате.

Пропускная способность PCI Express зависит от количества линий и версии шины.

В одну/обе стороны в Гбит/с

Количество линий

PCIe 1.0 2/4 4/8 8/16 16/32 24/48 32/64 64/128
PCIe 2.0 4/8 8/16 16/32 32/64 48/96 64/128 128/256
PCIe 3.0 8/16 16/32 32/64 64/128 96/192 128/256 256/512
PCIe 4.0 16/32 32/64 64/128 128/256 192/384 256/512 512/1024

Примеры PCI Express устройств

В первую очередь PCI Express используется для подключения дискретных видеокарт. С момента появления данной шины абсолютно все видеокарты используют именно ее.

Видеокарта GIGABYTE GeForce GTX 770

Однако это далеко не все что умеет шина PCI Express. Ее используют производители других комплектующих.

Звуковая карта SUS Xonar DX

SSD накопитель OCZ Z-Drive R4 Enterprise

В течение последних месяцев в модельном ряду разных производителей начали появляться материнские платы, в которых задекларирована поддержка интерфейса PCI Express 3. 0. Первыми такие решения анонсировали компании ASRock , MSI и GIGABYTE . Однако на данный момент, на рынке абсолютно отсутствуют чипсеты, графические и центральные процессоры, которые бы поддерживали интерфейс PCI Express 3.0.

Напомним, что стандарт PCI Express 3.0 был утвержден в прошлом году. Он обладает многочисленными преимуществами над своими предшественниками, поэтому не удивительно что производители видеокарт и материнских плат хотят как можно скорее реализовать его в своих решениях. Однако, существующие на сегодня чипсеты от компаний Intel и AMD ограничены поддержкой стандарта PCI Express 2.0. Единственная надежда воспользоваться преимуществами интерфейса PCI Express 3.0 в ближайшей перспективе связана с новыми процессорами Intel Ivy Bridge, анонс которых запланирован лишь на март-апрель следующего года. В этих процессорах интегрирован контроллер шины PCI Express 3.0, но им смогут воспользоваться только графические чипы, поскольку другие компоненты используют контроллер чипсета.

Отметим, что лишь заменой процессора дело не ограничивается. Необходимо дополнительно обновить настройки BIOS и прошивку чипсета. Кроме этого, на материнских платах с несколькими слотами PCI Express x16 появляется проблема с «переключателями» − маленькими микросхемами, которые располагаются возле каждого слота и отвечают за оперативное реконфигурование количества выделенных линий. Данные «переключатели» также должны быть совместимы с интерфейсом PCI Express 3.0. При этом следует отметить, что мостовые микросхемы nForce 200 или Lucid поддерживают лишь стандарт PCI Express 2.0 и они не могут работать со спецификацией PCI Express 3.0.

Последним аргументом является то, что на данный момент у производителей материнских плат отсутствуют инженерные образцы новых процессоров линейки Intel Ivy Bridge или новых графических чипов, в которых на аппаратном уровне реализована поддержка спецификации PCI Express 3.0. Тому анонсированная совместимость с этим высокоскоростным интерфейсом является теоретической и не может, на данный момент, быть практически подтверждена.

Таким образом, поддержка спецификации PCI Express 3.0 современными материнскими платами является сугубо маркетинговым ходом, преимущества от которого пользователь сможет получить лишь через несколько месяцев путем замены процессора и обновления программным компонентов.

При смене одной только видеокарты обязательно нужно учитывать, что новые модели могут просто не подходить к вашей материнской плате, так как существует не просто несколько разных типов слотов расширения, но и несколько разных их версий (применительно и к AGP, и к PCI Express). Если вы не уверены в своих знаниях по этой теме, внимательно ознакомьтесь с разделом.

Как мы уже отметили выше, видеокарта вставляется в специальный разъем расширения на системной плате компьютера, через этот слот видеочип обменивается информацией с центральным процессором системы. На системных платах чаще всего есть слоты расширения одного-двух разных типов, отличающихся пропускной способностью, параметрами электропитания и другими характеристиками, и не все из них подходят для установки видеокарт. Важно знать имеющиеся в системе разъемы и покупать только ту видеокарту, которая им соответствует. Разные разъемы расширения несовместимы физически и логически, и видеокарта, предназначенная для одного типа, в другой не вставится и работать не будет.

К счастью, за прошедшее время успели кануть в лету не только слоты расширения ISA и VESA Local Bus (которые интересны лишь будущим археологам) и соответствующие им видеокарты, но практически исчезли и видеокарты для слотов PCI, а все AGP-модели безнадежно устарели. И все современные графические процессоры используют только один тип интерфейса — PCI Express. Ранее был широко распространён стандарт AGP, эти интерфейсы значительно отличаются друг от друга, в том числе пропускной способностью, предоставляемыми возможностями для питания видеокарты, а также другими менее важными характеристиками.

Лишь очень малая часть современных системных плат не имеет слотов PCI Express, и если ваша система настолько древняя, что использует AGP видеокарту, то заняться её апгрейдом не получится — нужно менять всю систему. Рассмотрим эти интерфейсы подробнее, именно эти слоты вам нужно искать на своих системных платах. Смотрите фотографии и сравнивайте.

AGP (Accelerated Graphics Port или Advanced Graphics Port) — это высокоскоростной интерфейс, основанный на спецификации PCI, но созданный специально для соединения видеокарт и системных плат. Шина AGP хотя и лучше подходит для видеоадаптеров по сравнению с PCI (не Express!), предоставляет прямую связь между центральным процессором и видеочипом, а также некоторые другие возможности, увеличивающие производительность в некоторых случаях, например, GART — возможность чтения текстур напрямую из оперативной памяти, без их копирования в видеопамять; более высокую тактовую частоту, упрощенные протоколы передачи данных и др., но этот тип слотов безнадёжно устарел и новых изделий с ним давно не выпускают.

Но всё же, для порядка упомянем и об этом типе. Спецификации AGP появились в 1997 году, тогда Intel выпустил первую версию описания, включающую две скорости: 1x и 2x. Во второй версии (2.0) появился AGP 4x, а в 3.0 — 8x. Рассмотрим все варианты подробнее:
AGP 1x — это 32-битный канал, работающий на частоте 66 МГц, с пропускной способностью 266 Мбайт/с, что в два раза выше полосы PCI (133 Мбайт/с, 33 МГц и 32 бит).
AGP 2x — 32-битный канал, работающий с удвоенной пропускной способностью 533 Мбайт/с на той же частоте 66 МГц за счет передачи данных по двум фронтам, аналогично DDR памяти (только для направления
«к видеокарте»).
AGP 4x — такой же 32-битный канал, работающий на 66 МГц, но в результате дальнейших ухищрений была достигнута учетверенная
«эффективная» частота 266 МГц, с максимальной пропускной способностью более 1 ГБ/с.
AGP 8x — дополнительные изменения в этой модификации позволили получить пропускную способность уже до 2,1 ГБ/с.

Видеокарты с интерфейсом AGP и соответствующие слоты на системных платах совместимы в определенных пределах. Видеокарты, рассчитанные на 1,5 В, не работают в слотах 3,3 В, и наоборот. Впрочем, существуют и универсальные разъемы, которые поддерживают оба типа плат. Видеокарты, рассчитанные на морально и физически устаревший слот AGP, давно не рассматриваются, поэтому чтобы узнать о старых AGP-системах, лучше будет ознакомиться со статьей:

PCI Express (PCIe или PCI-E, не путать с PCI-X), ранее известная как Arapahoe или 3GIO, отличается от PCI и AGP тем, что это последовательный, а не параллельный интерфейс, что позволило уменьшить число контактов и увеличить пропускную способность. PCIe — это лишь один из примеров перехода от параллельных шин к последовательным, вот другие примеры этого движения: HyperTransport, Serial ATA, USB и FireWire. Важное преимущество PCI Express в том, что он позволяет складывать несколько одиночных линий в один канал для увеличения пропускной способности. Многоканальность последовательного дизайна увеличивает гибкость, медленным устройствам можно выделять меньшее количество линий с малым числом контактов, а быстрым — большее.

Интерфейс PCIe 1.0 пропускает данные на скорости 250 Мбайт/с на одну линию, что почти вдвое превышает возможности обычных слотов PCI. Максимально поддерживаемое слотами PCI Express 1.0 количество линий — 32, что дает пропускную способность до 8 ГБ/с. А слот PCIe с восемью рабочими линиями примерно сопоставим по этому параметру с быстрейшей из версий AGP — 8x. Что еще больше впечатляет при учете возможности одновременной передачи в обоих направлениях на высокой скорости. Наиболее распространенные слоты PCI Express x1 дают пропускную способность одной линии (250 Мбайт/с) в каждом направлении, а PCI Express x16, который применяется для видеокарт и в котором сочетается 16 линий, обеспечивает пропускную способность до 4 ГБ/с в каждом направлении.

Несмотря на то, что соединение между двумя PCIe-устройствами иногда собирается из нескольких линий, все устройства поддерживают одиночную линию, как минимум, но опционально могут работать с большим их количеством. Физически, карты расширения PCIe входят и работают нормально в любых слотах с равным или большим количеством линий, так, карта PCI Express x1 будет спокойно работать в разъемах x4 и x16. Также, слот физически большего размера может работать с логически меньшим количеством линий (например, на вид обычный разъем x16, но разведены лишь 8 линий). В любом из приведенных вариантов PCIe сам выберет максимально возможный режим, и будет нормально работать.

Чаще всего для видеоадаптеров используются разъемы x16, но есть платы и с разъемами x1. А большая часть системных плат с двумя слотами PCI Express x16 работает в режиме x8 для создания SLI- и CrossFire-систем. Физически другие варианты слотов, такие как x4, для видеокарт не используются. Напоминаю, что всё это относится только к физическому уровню, попадаются и системные платы с физическими разъемами PCI-E x16, но в реальности с разведенными 8, 4 или даже 1 каналами. И любые видеокарты, рассчитанные на 16 каналов, работать в таких слотах будут, но с меньшей производительностью. Кстати, на фотографии выше показаны слоты x16, x4 и x1, а для сравнения оставлен и PCI (снизу).

Хотя разница в играх получается не такой уж и большой. Вот, например, обзор двух системных плат на нашем сайте, в котором исследуется разница в скорости трехмерных игр на двух системных платах, пара тестовых видеокарт в которых работает в режимах 8 каналов и 1 канала соответственно:

Интересующее нас сравнение — в конце статьи, обратите внимание на две последние таблицы. Как видите, разница при средних настройках весьма небольшая, но в тяжелых режимах начинает увеличиваться, причем, большая разница отмечена в случае менее мощной видеоплаты. Примите это к сведению.

PCI Express отличается не только пропускной способностью, но и новыми возможностями по энергопотреблению. Эта необходимость возникла потому, что по слоту AGP 8x (версия 3.0) можно передать лишь не более 40 с небольшим ватт суммарно, чего уже не хватало видеокартам тогдашних поколений, рассчитанных для AGP, на которых устанавливали по одному или двум стандартным четырехконтактным разъемам питания. По разъему PCI Express можно передавать до 75 Вт, а дополнительные 75 Вт получают по стандартному шестиконтактному разъему питания (см. последний раздел этой части). В последнее время появились видеокарты с двумя такими разъемами, что в сумме даёт до 225 Вт.

В дальнейшем группа PCI-SIG, которая занимается разработкой соответствующих стандартов, представила основные спецификации PCI Express 2.0. Вторая версия PCIe вдвое увеличила стандартную пропускную способность, с 2,5 Гбит/с до 5 Гбит/с, так что разъем x16 позволяет передавать данные на скорости до 8 ГБ/с в каждом направлении. При этом PCIe 2.0 совместим с PCIe 1.1, старые карты расширения обычно нормально работают в новых системных платах.

Спецификация PCIe 2.0 поддерживает скорости передачи как 2,5 Гбит/с, так и 5 Гбит/с, это сделано для обеспечения обратной совместимости с существующими решениями PCIe 1.0 и 1.1. Обратная совместимость PCI Express 2.0 позволяет использовать устаревшие решения с 2,5 Гбит/с в слотах 5,0 Гбит/с, которые просто будут в таком случае работать на меньшей скорости. А устройства, разработанные по спецификациям версии 2.0, могут поддерживать скорости 2,5 Гбит/с и/или 5 Гбит/с.

Хотя основное нововведение в PCI Express 2.0 — это удвоенная до 5 Гбит/с скорость, но это не единственное изменение, есть и другие модификации для увеличения гибкости, новые механизмы для программного управления скоростью соединений и т. п. Нас больше всего интересуют изменения, связанные с электропитанием устройств, так как требования видеокарт к питанию неуклонно растут. В PCI-SIG разработали новую спецификацию для обеспечения увеличивающегося энергопотребления графических карт, она расширяет текущие возможности энергоснабжения до 225/300 Вт на видеокарту. Для поддержки этой спецификации используется новый 2×4-штырьковый разъем питания, предназначенный для обеспечения питанием топовых моделей видеокарт.

Видеокарты и системные платы с поддержкой PCI Express 2.0 появились в широкой продаже уже в 2007 году, а теперь на рынке других и не встретить. Оба основных производителя видеочипов, AMD и NVIDIA, выпустили новые линейки GPU и видеокарт на их основе, поддерживающие увеличенную пропускную способность второй версии PCI Express и пользующиеся новыми возможностями по электрическому питанию для карт расширения. Все они обратно совместимы с системными платами, имеющими на борту слоты PCI Express 1.x, хотя в некоторых редких случаях наблюдается несовместимость, так что нужно быть осторожным.

Собственно, появление третьей версии PCIe было очевидным событием. В ноябре 2010 года спецификации третьей версии PCI Express окончательно утвердили. Хотя этот интерфейс обладает скоростью передачи 8 гигатранзакций/с вместо 5 Гт/с у версии 2.0, его пропускная способность снова возросла ровно вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Для этого применили иную схему кодирования пересылаемых по шине данных, но совместимость с предыдущими версиями PCI Express при этом сохранилась. Первые продукты версии PCI Express 3.0 были представлены летом 2011-го, а реальные устройства только-только начали появляться на рынке.

Среди производителей системных плат разгорелась целая война за право первым представить продукт с поддержкой PCI Express 3.0 (в основном, на базе чипсета Intel Z68), и соответствующие пресс-релизы представили сразу несколько компаний. Хотя на момент обновления путеводителя видеокарт с такой поддержкой просто нет, так что это просто неинтересно. К тому времени, когда поддержка PCIe 3.0 будет нужна, появятся совершенно иные платы. Скорее всего, это произойдёт не ранее 2012 года.

К слову, можно предполагать, что PCI Express 4.0 будет представлена в течение ещё нескольких следующих лет, и новая версия также будет иметь ещё раз удвоенную пропускную способность, востребованную к тому времени. Но это произойдёт совсем нескоро, и нам пока неинтересно.

External PCI Express

В 2007 году группа PCI-SIG, занимающаяся официальной стандартизацией решений PCI Express, объявила о принятии спецификации PCI Express External Cabling 1.0, описывающей стандарт передачи данных по внешнему интерфейсу PCI Express 1.1. Эта версия позволяет передавать данные со скоростью 2,5 Гбит/с, а следующая должна увеличить пропускную способность до 5 Гбит/с. В рамках стандарта представлены четыре внешних разъема: PCI Express x1, x4, x8 и x16. Старшие разъемы оснащены специальным язычком, облегчающим подключение.

Внешний вариант интерфейса PCI Express может использоваться не только для подключения внешних видеокарт, но и для внешних накопителей и других плат расширения. Максимальная рекомендованная длина кабеля при этом равна 10 метров, но её можно увеличить при помощи соединения кабелей через повторитель.

Теоретически, это могло облегчить жизнь любителей ноутбуков, когда при работе от батарей используется маломощное встроенное видеоядро, а при подключении к настольному монитору — мощная внешняя видеокарта. Значительно облегчается апгрейд подобных видеокарт, не нужно вскрывать корпус ПК. Производители могут делать совершенно новые системы охлаждения, не ограниченные особенностями карт расширения, да и с питанием должно быть меньше проблем — скорее всего, будут использоваться внешние блоки питания, рассчитанные специально на определенную видеокарту, их можно встроить в один внешний корпус с видеокартой, используя одну систему охлаждения. Может облегчиться сборка систем на нескольких видеокартах (SLI/CrossFire), да и с учётом постоянного роста популярности мобильных решений такие внешние PCI Express должны были завоевать определенную популярность.

Должны были, но не завоевали. По состоянию на осень 2011 года внешних вариантов видеокарт на рынке практически нет. Их круг ограничен устаревшими моделями видеочипов и узким выбором совместимых ноутбуков. К сожалению, дело внешних видеокарт дальше не пошло, и потихоньку заглохло. Не слышно уже даже победных рекламных заявлений от производителей ноутбуков… Возможно, мощностей современных мобильных видеокарт просто стало хватать даже для требовательных 3D-приложений, в т. ч. и многих игр.

Остаётся надежда на развитие внешних решений в перспективном интерфейсе для подключения периферийных устройств Thunderbolt, ранее известном как Light Peak. Его разработала корпорация Intel на базе технологии DisplayPort, и первые решения уже выпущены компанией Apple.
Thunderbolt объединяет возможности DisplayPort и PCI Express и позволяет подключать внешние устройства. Впрочем, пока таковых просто не существует, хотя кабели уже есть:

В статье мы не трогаем устаревшие интерфейсы, абсолютное большинство современных видеоплат рассчитано на интерфейс PCI Express 2.0, поэтому при выборе видеокарты мы предлагаем рассматривать только его, все данные о AGP приведены лишь для справки. Новые платы используют интерфейс PCI Express 2.0, объединяющий скорость 16 линий PCI Express, что дает пропускную способность до 8 ГБ/с в каждом направлении, это в несколько раз больше по сравнению с той же характеристикой лучшего из AGP. Кроме того, PCI Express работает с такой скоростью в каждом из направлений, в отличие от AGP.

С другой стороны, продукты с поддержкой PCI-E 3.0 ещё толком не вышли, поэтому рассматривать их тоже не имеет особого смысла. Если речь идёт об апгрейде старой или покупке новой платы или одновременной смене системной и видеоплаты, то просто нужно приобретать платы с интерфейсом PCI Express 2.0, который будет вполне достаточен и наиболее распространен еще несколько лет, тем более что продукты разных версий PCI Express совместимы между собой.

В этой статье мы расскажем о причинах успеха шины PCI и дадим описание высокопроизводительной технологии, которая приходит ей на смену – шины PCI Express. Также мы рассмотрим историю развития, аппаратные и программные уровни шины PCI Express, особенности её реализации и перечислим ее преимущества.

Когда в начале 1990-x гг. она появилась, то по своим техническим характеристикам значительно превосходила все существовавшие до того момента шины, такие, как ISA, EISA, MCA и VL-bus. В то время шина PCI(Peripheral Component Interconnect — взаимодействие периферийных компонентов), работавшая на частоте 33 Мгц, хорошо подходила для большинства периферийных устройств. Но сегодня ситуация во многом изменилась. Прежде всего, значительно возросли тактовые частоты процессора и памяти. Например, тактовая частота процессоров увеличились с 33 МГц до нескольких ГГц, в то время как рабочая частота PCI увеличилась всего до 66 МГц. Появление таких технологий, как Gigabit Ethernet и IEEE 1394B грозило тем, что вся пропускная способность шины PCI может уйти на обслуживание одного-единственного устройства на основе данных технологий.

При этом архитектура PCI имеет ряд преимуществ по сравнению с предшественниками, поэтому полностью пересматривать было нерационально. Прежде всего, она не зависит от типа процессора, поддерживает буферную изоляцию, технологию bus mastering (захват шины) и технологию PnP в полном объеме. Буферная изоляция означает, что шина PCI действует независимо от внутренней шины процессора, что дает возможность шине процессора функционировать независимо от скорости и загруженности системной шины. Благодаря технологии захвата шины периферийные устройства получили возможность непосредственно управлять процессом передачи данных по шине, вместо того, чтобы ожидать помощи от центрального процессора, что отразилось бы на производительности системы. Наконец, поддержка Plug and Play позволяет осуществлять автоматическую настройку и конфигурирование пользующихся ею устройств и избежать возни с джамперами и переключателями, которая изрядно портила жизнь владельцам ISA-устройств.

Несмотря на несомненный успех PCI, в нынешнее время она сталкивается с серьезными проблемами. Среди них – ограниченная пропускная способность, недостаток функций передачи данных в реальном времени и отсутствие поддержки сетевых технологий нового поколения.

Сравнительные характеристики различных стандартов PCI

Следует учесть, что реальная пропускная способность может быть меньше теоретической из-за принципа работы протокола и особенностей топологии шины. К тому же общая пропускная способность распределяется между всеми подключенными к ней устройствами, поэтому, чем больше устройств сидит на шине, тем меньшая пропускная способность достается каждому из них.

Такие усовершенствования стандарта, как PCI-X и AGP были призваны устранить ее главный недостаток – низкую тактовую частоту. Однако увеличение тактовой частоты в этих реализациях повлекло за собой уменьшение эффективной длины шины и количества разъемов.

Новое поколение шины — PCI Express (или сокращенно PCI-E), было впервые представлено в 2004 году и было призвано решить все те проблемы, с которыми столкнулась её предшественница. Сегодня большая часть новых компьютеров снабжается шиной PCI Express. Хотя стандартные слоты PCI в них тоже присутствуют, однако не за горами то время, когда шина станет достоянием истории.

Архитектура PCI Express

Архитектура шины имеет многоуровневую структуру, как показано на рисунке.

Шина поддерживает модель адресации PCI, что позволяет работать с ней всем существующим на данный момент драйверам и приложениям. Кроме того, шина PCI Express использует стандартный механизм PnP, предусмотренный предыдущим стандартом.

Рассмотрим предназначение различных уровней организации PCI-E. На программном уровне шины формируются запросы чтения/записи, которые передаются на транспортном уровне при помощи специального пакетного протокола. Уровень данных отвечает за помехоустойчивое кодирование и обеспечивает целостность данных. Базовый аппаратный уровень состоит из двойного симплексного канала, состоящего из передающей и принимающей пары, которые вместе называются линией. Общая скорость шины в 2,5 Гб/с означает, что пропускная способность для каждой линии PCI Express составляет 250 Мб/c в каждую сторону. Если принять во внимание потери на накладные расходы протокола, то для каждого устройства доступно около 200 Мб/c. Эта пропускная способность в 2-4 раза выше, чем та, которая была доступна для устройств PCI. И, в отличие от PCI, в том случае, если пропускная способность распределяется между всеми устройствами, то она в полном объеме достается каждому устройству.

На сегодняшний день существует несколько версий стандарта PCI Express, различающихся своей пропускной способностью.

Пропускная способность шины PCI Express x16 для разных версий PCI-E, Гб/c:

Форматы шины PCI-E

На данный момент доступны различные варианты форматов PCI Express, в зависимости от предназначения платформы – настольный компьютер, ноутбук или сервер. Серверы, требующие большую пропускную способность, имеют больше слотов PCI-E, и эти слоты имеют большее число соединительных линий. В противоположность этому ноутбуки могут иметь лишь одну линию для среднескоростных устройств.

Видеокарта с интерфейсом PCI Express x16.

Платы расширения PCI Express очень похожи на платы PCI, однако разъемы PCI-E отличаются повышенным сцеплением, что позволяет быть уверенным в том, что плата не выскользнет из слота из-за вибрации или при транспортировке. Существует несколько форм-факторов слотов PCI Express, размер которых зависит от количества используемых линий. Например, шина, имеющая 16 линий, обозначается как PCI Express x16. Хотя общее количество линий может достигать 32, на практике большинство материнских плат в настоящее время оснащены шиной PCI Express x16.

Карты меньших форм-факторов могут подключаться в разъемы для больших без ущерба для работоспособности. Например, карта PCI Express х1 может подключаться в разъем PCI Express x16. Как и в случае шины PCI, для подключения устройств при необходимости можно использовать РCI Express-удлинитель.

Внешний вид разъемов различных типов на материнской плате. Сверху вниз: слот PCI-X, слот PCI Express х8, слот PCI, слот PCI Express х16.

Express Card

Стандарт Express Card предлагает очень простой способ добавления оборудования в систему. Целевым рынком для модулей Express Card являются ноутбуки и небольшие ПК. В отличие от традиционных плат расширения настольных компьютеров, карта Express может подключаться к системе в любой момент во время работы компьютера.

Одной из популярных разновидностей Express Card является карта PCI Express Mini Card, разработанная в качестве замены карт форм-фактора Mini PCI. Карта, созданная в этом формате, поддерживает как PCI Express, так и USB 2.0. Размеры PCI Express Mini Card составляют 30×56 мм. Карта PCI Express Mini Card может подключаться к PCI Express х1.

Преимущества PCI-E

Технология PCI Express позволила получить преимущество по сравнению с PCI в следующих пяти областях:

  1. Более высокая производительность. При наличии всего одной линии пропускная способность PCI Express в два раза выше, чем у PCI. При этом пропускная способность увеличивается пропорционально количеству линий в шине, максимальное количество которых может достигать 32. Дополнительным преимуществом является то, что информация по шине может передаваться одновременно в обоих направлениях.
  2. Упрощение ввода-вывода. PCI Express использует преимущества таких шин, как AGP и PCI-X и обладает при этом менее сложной архитектурой, а также сравнительной простотой реализации.
  3. Многоуровневая архитектура. PCI Express предлагает архитектуру, которая может подстраиваться к новым технологиям и не требует значительного обновления ПО.
  4. Технологии ввода/вывода нового поколения. PCI Express дает новые возможности получения данных при помощи технологии одновременных передач данных, обеспечивающей своевременное получение информации.
  5. Простота использования. PCI-E значительно упрощает обновление и расширение системы пользователем. Дополнительные форматы плат Express, такие, как ExpressCard, значительно увеличивают возможности добавления высокоскоростных периферийных устройств в серверы и ноутбуки.

Заключение

PCI Express – это технология шины для подключения периферийных устройств, пришедшая на смену таким технологиям как ISA, AGP и PCI. Её применение значительно увеличивает производительность компьютера, а также возможности пользователя по расширению и обновлению системы.

Когда мы говорим о шине PCI Express(PCI-E), то, пожалуй, первое что выделяет ее среди других аналогичных решений – это эффективность. Благодаря этой современной шине, повышается производительность компьютера, улучшается качество графики.

На протяжении многих лет, для подключения видеокарты к материнской плате, использовалась шина PCI(Peripheral Component Interconnect), помимо этого она использовалась также и для подключения некоторых других устройств, например, сетевой и звуковой карты.

Вот как выглядят эти слоты:

PCI-Express фактически стало следующим поколением шины PCI, предложив улучшенную функциональность и производительность. Она, использует последовательное соединение, в котором имеется несколько линий, каждая из которых ведет к соответствующему устройству, т.е. каждое периферийное устройство получает свою собственную линию, благодаря чему возрастает общая производительность компьютера.

PCI-Express поддерживает «горячее» подключение, потребляет меньшее, чем ее предшественники количество энергии, контролирует целостность передаваемых данных. К тому же она совместима с драйверами PCI – шины. Еще одной замечательной особенностью данной шины, является ее масштабируемость, т.е. pci express card подключается и работает в любом слоте аналогичной или большей пропускной способности. По всей вероятности, эта функция будет обеспечивать ее использование в последующие годы.

Традиционный тип слота PCI был достаточно хорош для основных аудио/видео функций. С шиной AGP, схема работы с мультимедийными данными улучшилась, соответственно возросло и качество аудио/видео данных. Это было незадолго до того момента, когда достижения в области микроархитектуры процессоров стали еще нагляднее демонстрировать медлительность шины PCI, которая заставляла самые быстрые и новейшие на тот момент времени модели компьютеров буквально еле-еле тащиться.

Характеристики и пропускная способность шины PCI-E

Она может иметь от одной двунаправленной линии соединения x1, до x32 (32 линий). Линия функционирует по принципу точка к точке. Современные версии предоставляют гораздо большую пропускную способность, по сравнению со своими предшественниками. x16 можно использовать для подключения видеокарты, а x1 и x2 могут использоваться для подключения обычных карт.

Вот как выглядят слоты х1 и pci express x16 на :

PCI-E
Количество линий x1 x2 x4 x8 x16 x32
Ширина полосы 500 Мб /с 1000 МБ /с 2000 Мб /с 4000 МБ /с 8000 МБ / с 16000 Мб / с

Версии PCI-E и совместимость

Когда речь идет о компьютерах, то любое упоминание о версиях ассоциируется с проблемами совместимости. И, как любая другая современная технология, PCI-E постоянно развивается и модернизируется. Последний доступный вариант pci express 3.0, но уже ведется развитие шины PCI-E версии 4.0., которая должна появиться примерно в 2015 году(pci express 2.0 практически устарела).
Взгляните на следующую таблицу совместимости PCI-E.
Версии PCI-E 3,0 2,0 1,1
Общая пропускная способность
(X16) 32 Гб / с 16 Гб / с 8 Гб / с
Скорость передачи данных 8,0 ГТ / с 5,0 ГТ / с 2,5 ГТ / с

Версия PCI-E не имеет никакого влияния на функциональность карты. Наиболее отличительной чертой данного интерфейса является его прямая и обратная совместимость, что делает его безопасным и способным к синхронизации со многими вариантами карт, независимо от интерфейса версии. То есть вы можете в слот PCI-Express первой версии, вставить карту второй или третьей версии и она будет работать, хотя и с некоторой потерей производительности. Точно так же и в слот PCI-E третьей версии можно устанавливать карту первой версии PCI-Express. В настоящее время все современные модели видеокарт от NVIDIA и AMD совместимы с такой шиной.

А это на закуску:

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Facebook

Twitter

Мой мир

Вконтакте

Google+

17.04.2020

Интернет

Самое интересное:

pci-express — PCIe «дорожки» и расщепление их для видеокарт

Да, вы правильно понимаете доступное количество устройств PCIe. Однако это не обязательно означает, что у вас может быть столько же графических процессоров NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti.

Количество линий PCIe связано с процессором или чипсетом в материнской плате?

И то и другое. В современных компьютерах и CPU, и материнская плата (South Bridge, SB) могут иметь подключение PCIe.

Как вы представили Z370 МБ, я беру Intel Core i7-8700K в качестве примера. По данным Intel ARK, в него встроено 16 линий PCIe, которые, скорее всего, подключены к двум слотам PCIe 3.0 x 16 SafeSlots. Это означает, что вы можете иметь не более двух устройств PCIe, которые могут напрямую взаимодействовать с процессором. Другие 8 линий PCIe (1×4 + 4×1) принадлежат SB и предназначены для периферийных устройств, таких как твердотельные накопители NVMe или сетевые карты.

Однако это не означает, что вы не можете подключить графические процессоры RTX 2080 Ti к SB. Продолжайте читать эти ответы на другие вопросы.

Сколько линий PCIe нужно для видеокарты Nvidia 2080 Ti?

Это зависит Если вы используете эти карты для машинного обучения или майнинга криптовалюты, может быть достаточно одной линии PCIe. Но я не слышал, чтобы кто-то использовал новые флагманские карты для этих задач, поэтому я предполагаю, что вы используете их для игр.

Для игр лучше всего, если бы карта RTX 2080 Ti работала на полной скорости PCIe 3.0 x16, поскольку она максимально использует ее выдающуюся производительность. Использование такой карты с 8 линиями, вероятно, ограничивает ее возможности, поскольку скорость передачи данных станет узким местом при обработке высококачественных текстур или других задачах с интенсивным вводом / выводом. Если вы снизите некоторые ожидания, вы можете потерять его производительность только на скорости PCIe 3.0 x8.

Как эти полосы можно разделить? Как в приведенном выше примере платы

Если у вас нет дополнительных аппаратных компонентов, у вас есть только два варианта: 1×16 и 2×8 для линий ЦП и 1×4 для линий SB. Это связано с тем, что к ЦП подключены только два самых больших слота, поэтому вы можете разделить линии ЦП максимум на 2 устройства. Последний большой слот также может быть использован для третьей карты, если хотите.

Без дополнительного оборудования на этой плате может быть не более 3 карт, поскольку на плате всего 3 «больших слота» (также следует учитывать, что нет графического процессора RTX 2080 Ti с толщиной одного слота). Но с некоторыми сплиттерами вы сможете получить больше. Смотрите эту тему для получения дополнительной информации.

Установка плат PCIe в компьютер Mac Pro (2019 г.)

В этой статье представлены сведения о слотах PCIe в компьютере Mac Pro (2019 г.) и о том, как устанавливать дополнительные платы.

Емкость и размер плат

В компьютере Mac Pro есть восемь слотов PCIe размером x16*, в которые можно вставлять платы PCIe разных типов.

  • Слот 1: до x16 полос (двойной ширины)
  • Слот 2: до x8 полос (двойной ширины)
  • Слот 3: до x16 полос (двойной ширины)
  • Слот 4: до x16 полос (двойной ширины)
  • Слот 5: до x16 полос (одинарной ширины)
  • Слот 6: до x8 полос (одинарной ширины)
  • Слот 7: до x8 полос (одинарной ширины)
  • Слот 8: до x4 полос (половинной длины)

Слот 8 имеет размер x4.

Проверка доступных слотов

Чтобы узнать состояние каждого слота, перейдите в меню Apple () > «Об этом Mac» и перейдите на вкладку «Карты PCI».

По умолчанию компьютер Mac Pro автоматически балансирует пропускную способность между всеми платами в двух пулах PCIe. Распределить пропускную способность между пулами вручную можно с помощью утилиты слотов расширения.

Два модуля MPX Module для видеокарты Radeon Pro Vega II можно соединить между собой с помощью моста соединения Infinity Fabric. Узнайте, как это сделать.

Установка плат PCIe

Узнайте, как снять корпус или верхнюю крышку компьютера Mac Pro и установить карту PCIe.

Снятие корпуса или верхней крышки

Выполните следующие действия, чтобы снять корпус компьютера Mac Pro (2019 г.) или верхнюю крышку компьютера Mac Pro (стоечного, 2019 г.).

Mac Pro (2019 г.)
  1. Выключите компьютер Mac Pro.
  2. Подождите примерно 5–10 минут, чтобы компьютер остыл.
  3. Отсоедините от компьютера все кабели, кроме шнура питания.
  4. Прикоснитесь к металлическому корпусу Mac Pro с внешней стороны, чтобы снять статический заряд, затем отсоедините шнур питания.
    Всегда снимайте с рук статический заряд, перед тем как прикасаться к деталям и компонентам внутри компьютера Mac Pro. Чтобы избежать образования статического заряда, не ходите по помещению до окончания установки плат в компьютер и корпуса на место.
  5. Чтобы разблокировать корпус, поднимите верхнюю защелку и поверните ее влево.
  6. Потяните корпус Mac Pro вверх и снимите его с компьютера. Аккуратно отставьте его в сторону.
    Компьютер Mac Pro не включится со снятой крышкой.
Mac Pro (стоечный, 2019 г.)
  1. Выключите компьютер Mac Pro.
  2. Подождите примерно 5–10 минут, чтобы компьютер остыл.
  3. Отсоедините от компьютера все кабели, кроме шнура питания.
  4. Прикоснитесь к металлическому корпусу Mac Pro с внешней стороны, чтобы снять статический заряд, затем отсоедините шнур питания.
    Всегда снимайте с рук статический заряд, перед тем как прикасаться к деталям и компонентам внутри компьютера Mac Pro. Чтобы избежать образования статического заряда, не ходите по помещению до окончания установки плат и установки верхней крышки компьютера на место.
  5. Переведите защелки верхней крышки в незаблокированное положение, приподнимите верхнюю крышку и сдвиньте ее в направлении от передней панели, затем отставьте крышку в сторону.

Установка платы PCIe

Установка корпусаили верхней крышки на место

Выполните следующие действия, чтобы установить корпус компьютера Mac Pro (2019 г.) или верхнюю крышку компьютера Mac Pro (стоечного, 2019 г.) на место.

Mac Pro (2019 г.)
  1. Аккуратно опустите корпус на компьютер Mac Pro.
  2. Установив корпус на место полностью, поверните верхнюю защелку вправо и опустите ее, чтобы зафиксировать корпус.

    Верхняя часть: зафиксировано (точки совпадают)
    Нижняя часть: не зафиксировано (точки не совпадают)

  3. Подключите шнур питания, дисплей и другие периферийные устройства.
Mac Pro (стоечный, 2019 г.)
  1. Совместите край верхней крышки с прорезью на передней панели, затем с равномерным усилием нажимайте на крышку в области около защелок до их фиксации с характерным звуком.
  2. Подключите шнур питания, дисплей и другие периферийные устройства.

Включение сторонних драйверов

Для работы некоторых сторонних плат PCIe с macOS требуются драйверы. Установив драйвер для сторонней платы PCIe, перезагрузите компьютер Mac Pro и включите драйвер.

  1. Перейдите в меню Apple () > «Системные настройки», а затем щелкните значок «Защита и безопасность».
  2. Щелкните значок замка () и выполните аутентификацию с учетными данными администратора.
  3. Нажмите кнопку «Разрешить».
  4. Перезагрузите компьютер Mac.

Использование утилиты слотов расширения

При установке или удалении плат PCIe в компьютере Mac Pro интерфейс EFI выявляет платы в каждом слоте и распределяет пропускную способность между двумя пулами, чтобы сделать ее максимальной. Утилита слотов расширения позволяет просматривать и изменять схему распределения плат.

Использование автоматической конфигурации пропускной способности

По умолчанию компьютер Mac Pro использует автоматическую конфигурацию пропускной способности, чтобы автоматически управлять распределением плат в каждом из двух пулов.

Распределение плат между пулами вручную

Если необходимо распределить платы между пулами вручную, отключите автоматическую конфигурацию пропускной способности и выберите пул для каждой платы. Например, для одной платы можно полностью выделить пул A.

При любом изменении схемы распределения пулов утилита слотов расширения предлагает сохранить изменения и перезагрузить компьютер Mac, чтобы они вступили в силу.

Помощь с установкой плат PCIe

Узнайте, что делать, если появляется сообщение об ошибке, связанной с неправильной настройкой плат PCIe, или компьютер Mac Pro не включается после установки платы PCIe.

Устранение проблем, связанных с неправильной настройкой плат PCIe

Если платы PCIe можно устанавливать в разные слоты для лучшей производительности, после загрузки компьютера Mac Pro появится уведомление о неправильной настройке плат PCIe.

Нажмите кнопку «Подробнее», после чего в окне «Об этом Mac» откроется вкладка «Карты PCI». Чтобы просмотреть рекомендации в отношении повторной настройки плат, выберите утилиту слотов расширения.

Если компьютер Mac Pro не загружается

Если после установки платы PCIe компьютер Mac Pro не загружается, а индикатор состояния дважды мигает оранжевым, возможно, плата несовместима с компьютером Mac Pro или же установлено слишком много 32-разрядных плат PCIe. 

Если вы недавно установили одну или несколько плат PCIe, извлекайте их по одной, пытаясь после этого включить компьютер Mac Pro. 

Дополнительная информация

Информация о продуктах, произведенных не компанией Apple, или о независимых веб-сайтах, неподконтрольных и не тестируемых компанией Apple, не носит рекомендательного или одобрительного характера. Компания Apple не несет никакой ответственности за выбор, функциональность и использование веб-сайтов или продукции сторонних производителей. Компания Apple также не несет ответственности за точность или достоверность данных, размещенных на веб-сайтах сторонних производителей. Обратитесь к поставщику за дополнительной информацией.

Дата публикации: 

Стандарт PCI Express 5.0 готов — PCI-Express 6.0 появится уже в 2021 году

Из-за пандемии COVID-19 встреча консорциума PCI-SIG в этом году проходила в виртуальной форме. Эл Янс (Al Yanes), президент PCI-SIG, сообщил по видеосвязи о последних наработках в сфере интерфейса PCI Express.

Первые технические спецификации PCI Express 5.0 уже были утверждены весной. Скоро будут проведены тесты совместимости, которые позволят всем участникам проверить свое аппаратное и программное обеспечение на соответствие спецификациям PCI Express 5.0. Некоторые производители уже представили функциональное «железо» PCIe 5.0, которое теперь можно достраивать.

Переход на PCI Express 5.0 для большинства производителей будет довольно легким. В случае PCI Express 3.0 и 4.0 используется кодирование сигнала 128b/130b. Целостность сигнала является очень важным фактором для перехода с PCI Express 3.0 на 4.0, то же самое касается и стандарта PCI Express 5.0. Мы знакомы с данной проблемой по нынешним платформам PCIe 4.0 на потребительском рынке, все из которых пока что выпущены только AMD. Производителям материнских плат приходится использовать различные компоненты (re-driver, repeater, retimer) для обеспечения целостности сигнала от хоста (процессора) к устройству (NVMe SSD или видеокарте).

Некоторые материнские платы на чипсете Z490 под сокет LGA1200, то есть под нынешние процессоры Comet Lake-S, оснащены компонентами для будущей поддержки PCI Express 4.0, но не с современными CPU. Платформа будет поддерживать PCI Express 4.0 не раньше процессоров Rocket Lake-S, которые выйдут в следующем году.

В серверном сегменте и в среде HPC сегодня есть спрос на увеличение пропускной способности PCI Express. Но когда появятся первые компоненты с поддержкой стандарта PCIe 5.0, сказать сложно. Через одно поколение EPYC такую поддержку вполне можно ожидать, как и от процессоров Intel Xeon на Sapphire Rapids.

Стандарты интерконнекта CXL и CCIX будут передавать данные на основе технологии PCI Express 5.0.

PCI Express 6.0 — финальная версия в 2021 году

Новостей по поводу PCI Express 6.0 практически нет. Финальные спецификации стандарта 6.0 пока обсуждаются. Но с технической стороны вызовы будут намного более серьезными. Планируется использовать кодирование методом амплитудно-импульсной модуляции (PAM-4) и коррекцию ошибок (RS-FEC).

PCI Express 6.0 обеспечит скорость передачи данных 64 GT/s по 16 линиям. Что соответствует удвоению до 128 Гбайт/с в двух направлениях (без учета служебной информации). Коррекция ошибок несколько снизит данную пропускную способность.

Основной причиной разработки PCI Express 6.0 является увеличение пропускной способности по 16 линиям. Как указывает Эл Янс, для некоторых сфер использования новый стандарт позволит подключать меньшее число линий. То есть SSD можно подключать, например, всего по одной линии, но пропускной способности будет достаточно. Что позволит снизить затраты и сложность материнских плат — особенно в мобильном сегменте. Энергопотребление тоже остается важным вопросом, именно по этой причине AMD отказалась от поддержки PCI Express 4.0 с процессорами Renoir. Настольные версии для AM4 ожидаются в июне, они будут использовать тоже лишь PCI Express 3.0, хотя процессоры Ryzen 3000 оснащены поддержкой PCI Express 4.0.

Планов насчет разработки PCI Express 7.0 пока нет. Все же пройдет еще два-три года, прежде чем мы увидим полномасштабную реализацию PCI Express 6.0. А затем наверняка начнется разработка третьей версии PCI Express 7.0.

Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).

Мы рекомендуем ознакомиться с обзором материнских плат на чипсете Z490 от ASUS, ASRock, Gigabyte и MSI.

Что такое слоты PC Ie и как их использовать в моем ПК

Слоты

PCIe позволяют материнской плате подключаться к наиболее важным компонентам компьютера и обеспечивать ключевые функции. Они также предоставляют вам множество вариантов настройки и обновления, когда вы готовы выйти за рамки предварительно загруженных функций, таких как графика и хранилище.

Если вы хотите собрать или обновить свой компьютер или просто хотите узнать больше об основах аппаратного обеспечения ПК, разумно начать с PCIe. В этой статье мы объясним основы этой технологии и предложим краткое описание популярных вариантов обновления и компонентов, которые вы можете добавить в свою установку.

Что такое PCIe или PCI Express?

PCIe — это сокращение от «экспресс-соединение периферийных компонентов» и в основном используется как стандартизованный интерфейс для компонентов материнской платы, включая графику, память и хранилище.

PCIe получил в своем названии часть «соединение периферийных компонентов», потому что он разработан для обработки двухточечных соединений для неосновных компонентов. Производители добавили «экспресс», чтобы отличить новый стандарт от старых стандартов PCI, подчеркнув существенное улучшение производительности по сравнению с предыдущими версиями.

Слоты и карты PCIe

Слот PCIe или PCI Express — это точка соединения между «периферийными компонентами» вашего ПК и материнской платой. Термины «карта PCIe» и «карта расширения» просто относятся к оборудованию, такому как видеокарты, процессоры, твердотельные накопители (SSD) или жесткие диски, которые вы можете добавить к своему устройству через слоты PCIe, что делает оба термина универсальными для множество компонентов.

Какие стандартные размеры PCIe?

Хотя существуют разные размеры и конфигурации, большинство пользователей столкнутся только с четырьмя основными характеристиками размера.Размер представляет собой количество прямых подключений, обеспечиваемых слотом PCIe или картой.

  • PCIe x1
  • PCIe x4
  • PCIe x8
  • PCIe x16

Эти соединения обычно называют линиями, и в большинстве случаев, чем больше у вас их есть, тем лучше может работать ваше оборудование. Для максимальной эффективности высокопроизводительные устройства, как правило, почти полностью полагаются на PCIe x16. Это делает их особенно полезными для соревнующихся игроков или тех, кто работает с графикой.

Эти компоненты обычно не имеют большого количества скрытого багажа, хотя всегда важно проверять спецификации, если вы в чем-то не уверены. Не все порты PCIe имеют одинаковое количество доступных рейтингов, даже если они кажутся физически совпадающими.

Как поколение PCIe влияет на скорость

Исторически сложилось так, что обновления PCIe удваивали скорость передачи данных и использовали кратные 8, начиная с поколения 3.0. Новые поколения также предлагают вдвое большую пропускную способность по сравнению с предыдущими версиями, резко увеличивая объем данных, которые могут быть переданы в секунду.Ваша выгода максимальна при использовании портов и карт одного поколения.

С PCIe 4.0 пропускная способность составляет 64 гигабайта в секунду при скорости передачи 16 гигабайт в секунду (GT / s). Для пользователей устаревших устройств — тех, которые были произведены за несколько лет до последней версии — существует большой потенциал для улучшения с помощью более новых технологий.

PCIe за прошедшие годы претерпел существенные изменения, в том числе значительное повышение эффективности и добавление дополнительных функций. В 2020 году оборот новых обновлений выглядит быстрее, чем когда-либо.Для потребителя все это должно привести к повышению производительности оборудования по мере появления новых поколений.

Популярные варианты использования дополнительных слотов PCIe

Хотя варианты обновлений и надстроек зависят от материнской платы вашего ПК, большинство потребительских настольных устройств поставляются с дополнительными слотами PCIe. Они предоставляют множество различных возможностей для обновлений, некоторые из которых являются исключительно нишевыми, а другие применимы практически к каждому пользователю. Вот несколько популярных вариантов.

1. Добавьте или модернизируйте выделенные графические и звуковые карты.

Модернизация графического потенциала вашего ПК — отличный проект PCIe по многим причинам.Если ваш компьютер имеет встроенную графику, добавление дискретной видеокарты может значительно улучшить визуальный результат. Просто выберите предпочитаемую видеокарту от NVIDIA или AMD и установите ее в лучший доступный порт PCIe.

Обновление неисправной звуковой карты или звуковой карты более низкого качества — еще один простой способ улучшить качество мультимедиа с помощью PCIe. Если вы заменяете неисправный компонент, вы сразу заметите разницу. В большинстве случаев установка включает отключение существующего звука и добавление новой звуковой карты.

Стоит отметить, что установка новой звуковой карты не всегда так необходима, как новая видеокарта. На самом деле, вам могут понадобиться только подходящие аудио аксессуары, например новые динамики или наушники, чтобы получить высококачественный звук. Ознакомьтесь со своими характеристиками оборудования и проведите небольшое исследование, прежде чем выбрать обновление.

2. Платы ТВ-тюнера и карты видеозахвата

Платы ТВ-тюнера и карты видеозахвата — еще одно приложение, связанное с мультимедиа, хотя в наши дни большинство карт совмещают обе функции.Вы можете использовать карты тюнера, чтобы ваш компьютер мог принимать обычные телевизионные сигналы, хотя некоторые карты имеют приложения, выходящие за рамки видео, включая доступ к FM-радио.

Что касается карт видеозахвата, они обеспечивают более динамичную форму функциональности записи. В наши дни они становятся все более популярными, поскольку среди них преобладают стримеры и соревнующиеся игроки. С помощью функции захвата видео или специальной карты легко создавать высококачественное видео игрового процесса или любого другого развлечения, которое вы доставляете своей аудитории.

Все эти приложения для удобства часто объединяются в пакеты, часто в различных комбинациях. Если вы хотите отметить сразу несколько полей, убедитесь, что вы покупаете карту, которая поддерживает все три функции; Телевидение, радио и видеосъемка.

3. Добавление функций Wi-Fi и факса

Многие ПК и ноутбуки уже имеют возможность беспроводного подключения к Интернету, но отдельная карта Wi-Fi может быть особенно полезна в нескольких сценариях. Например, это отличный способ дополнить более слабый сигнал, когда у вас возникают проблемы с маршрутизатором или подключением.Вы даже можете использовать его, чтобы полностью обойти неисправную или несовместимую встроенную систему, если хотите. Вы также можете добавить модемную карту в свою установку. Конечно, большинство из нас не хочет добавлять новую телефонную линию или коммутируемое подключение к Интернету, поэтому вы можете задаться вопросом: когда мне когда-нибудь понадобится модемная карта? Существует множество потенциальных приложений, особенно если вы хотите использовать функции факса для бизнеса или личного пользования.

4. Карты памяти и контроллера RAID

Слоты PCIe часто используются для обновления или добавления нового локального хранилища.Установка твердотельного накопителя на материнскую плату через соединение PCIe обеспечивает более высокую эффективность и идеально подходит для тех, у кого есть большие файлы данных, которым нужна емкость и скорость.

Вы также можете использовать дополнительные соединения PCIe для установки RAID-контроллера, который может управлять всем массивом хранения. RAID-массивы — отличный способ обновить ваше хранилище по всем направлениям. Некоторые из этих функций встроены во многие современные материнские платы, поэтому они могут не всегда понадобиться в вашей ситуации. Дополнительные сведения о RAID-массивах см. В статье HP Tech Take здесь.

Чего ожидать от соединений PCIe следующего поколения

Самым крупным и последним стандартом PCIe является PCIe 4.0, но он не будет получать максимальную оплату слишком долго. Версия 5.0 была представлена ​​в 2019 году и должна быть реализована в 2020 году, что делает ее технически самым современным стандартом PCIe. В то время как 4.0 обеспечивает пропускную способность 64 ГБ / с при 16 ГТ / с, 5.0 может выдавать 128 ГБ / с при 32 ГТ / с.

Мы не должны ожидать, что PCIe 6.0 будет выпущен до 2021 года или позже с точки зрения полноценной реализации, но он уже находится в разработке.Ожидается, что он будет соответствовать типичным изменениям поколений, предлагая удвоенную пропускную способность со скоростью 256 ГБ / с при скорости 64 ГТ / с. Это означает, что производительность растет и развивается быстрее, чем когда-либо, когда дело доходит до технологии PCIe.

Могу ли я комбинировать карты и слоты?

Одна из самых важных вещей, которые следует помнить о PCIe, — это обеспечение совместимости. С помощью соединений PCIe вы можете подключать более мелкие соединения к большим портам. Вы также можете подключить более крупные соединения к меньшим портам.Но использование двух конфигураций разного размера для полного контакта может иметь некоторые негативные последствия.

В частности, эти соединения страдают от значительного уменьшения пропускной способности. Установка карты большего размера в порт меньшего размера имеет более сильное негативное влияние на качество вашего опыта, но вы все равно можете увидеть менее оптимальную производительность и в обратном направлении.

В заключение

Форматы PCIe меняются быстрее, чем когда-либо, и прирост производительности с каждым обновлением является значительным.В результате никогда не было так просто выполнить точную настройку и улучшить работу с помощью относительно простых обновлений оборудования или надстроек.

Хотите узнать больше о PCIe? Стандарт разработан и поддерживается организацией под названием PCI-SIG, которая предлагает массу информации о совместимости и поддержке сообщества. И если вы пытаетесь освоить все возможности PCIe, не помешает узнать больше о материнских платах. Обязательно ознакомьтесь с нашей статьей «Что делает материнская плата?» для исчерпывающего руководства по этой технологии.Затем вы можете прочитать наше руководство по выбору материнской платы, чтобы получить советы по покупкам.

Об авторе

Дуайт Павлович — автор статей в HP® Tech Takes. Дуайт — писатель, пишущий о музыке и технологиях, из Западной Вирджинии.

Определение PCI Express | PCMag

Общий аппаратный интерфейс на ПК, Mac и других компьютерах для подключения периферийных устройств, таких как накопители и видеокарты. PCI Express (PCIe) был представлен в 2002 году как «ввод-вывод третьего поколения» (3GIO), и к середине 2000-х материнские платы имели по крайней мере один слот PCIe для графики.PCIe заменил PCI и PCI-X.

Коммутируемая архитектура — несколько линий
В отличие от своего предшественника PCI, в котором использовалась общая шина, PCI Express представляет собой коммутируемую архитектуру, включающую до 32 независимых последовательных линий (x1-x32), которые передаются параллельно. Каждая полоса полнодуплексная (см. Иллюстрацию ниже).

Внутренний и внешний для ноутбуков
Мини-PCIe вышел для ноутбуков (см. Mini PCI Express), а Thunderbolt расширяет PCIe за пределы компьютера (см. Внешний графический процессор).Для сравнения PCIe / PCI см. PCI-SIG. См. Шины данных ПК, PCI, M.2, ExpressCard, Thunderbolt и PCI-X.

   Скорость передачи данных PCI Express (в каждом направлении) 
   Версия 1 полоса 4 полосы 16 полос 
            (Мбит / с) (Гбит / с) 

 Поколение 1 250 1 4
 Поколение 2 500 2 8
 Поколение 3 984 3,94 15,85
 Поколение 4 1969 7,88 31,51
 Поколение 5 3938 15,75 63,02
 Поколение 6 ** 7877 31,51 126,03
  ** = запланировано на 2021 г.
 

Параллельная передача последовательных каналов

Каждая полоса является независимым однобитовым последовательным каналом.PCIe — это тип параллельной передачи, но каждая дорожка имеет свои собственные часы, что отличает его от более ранних параллельных технологий.

PCIe на материнской плате

Эта материнская плата Asus имеет четыре слота x1 и три слота x16 (два черных, один бежевый). Слоты x16 подходят для карт x16, x8 и x4. (Изображение любезно предоставлено ASUStek Computer Inc.)

M.2 через PCIe

Это твердотельный накопитель NVMe емкостью 960 ГБ на карте M.2 размером 80×20 мм.Подключение осуществляется через PCIe, либо через разъем M.2 на материнской плате, либо через адаптерную карту PCIe. См. M.2.

Различные размеры PCI Express

Разъемы PCIe — это не то же самое, что PCI, и они бывают размерами x1, x4, x8 и x16.

PCIe Заменено AGP для графики

Слот AGP уступил место слоту x16 PCIe для видеокарты. (Изображение любезно предоставлено NVIDIA Corporation.)

Определение PCI Express

Сначала был PCI, затем PCI-X, затем PCI Express.PCI Express может быть сокращено как PCIe или, что реже и более сбивает с толку, PCX. В отличие от более ранних стандартов PCI, PCI Express не использует структуру параллельной шины, а представляет собой сеть последовательных соединений, управляемую концентратором на материнской плате компьютера. Это позволяет картам PCI Express работать значительно быстрее, чем предыдущие карты PCI.

Поскольку интерфейс PCI Express представляет собой последовательное соединение, его скорость не измеряется в мегагерцах, как у PCI или PCI-X. Вместо этого его производительность измеряется скоростью передачи данных, которая в несколько раз выше, чем у PCI-X.Кроме того, PCI Express доступен в реализациях x1, x4, x8 и x16, что увеличивает пропускную способность на соответствующую величину. Однако для более крупных реализаций требуются более длинные слоты PCI Express. Например, слот x4 больше, чем слот x1, а слот x16 больше, чем слот x8. Карту PCI Express можно вставить в любой достаточно большой слот. Например, карта x8 может быть вставлена ​​в слот x16, но не слот x1 или x4.

Поскольку соединения PCI Express могут поддерживать такую ​​высокую скорость передачи данных, их можно использовать для подключения высокоскоростных устройств, таких как карты Gigabit Ethernet и видеокарты высокого класса.По этой причине ожидается, что PCI Express заменит соединения PCI и AGP. К счастью, PCI Express был разработан с учетом обратной совместимости как с аппаратным, так и с программным обеспечением PCI. Однако для использования карты PCI Express на вашем компьютере должен быть хотя бы один свободный слот PCI Express.

TechTerms — Компьютерный словарь технических терминов

Эта страница содержит техническое определение PCI Express. Он объясняет в компьютерной терминологии, что означает PCI Express, и является одним из многих терминов, связанных с аппаратным обеспечением, в словаре TechTerms.

Все определения на веб-сайте TechTerms составлены так, чтобы быть технически точными, но также простыми для понимания. Если вы найдете это определение PCI Express полезным, вы можете сослаться на него, используя приведенные выше ссылки для цитирования. Если вы считаете, что термин следует обновить или добавить в словарь TechTerms, отправьте электронное письмо в TechTerms!

Подпишитесь на рассылку TechTerms, чтобы получать избранные термины и тесты прямо в свой почтовый ящик. Вы можете получать электронную почту ежедневно или еженедельно.

Подписаться

Все, что вам нужно знать о PCI Express

Мы участвуем в программе Amazon Services LLC Associates, партнерской рекламной программе, разработанной для того, чтобы мы могли получать вознаграждение за счет ссылок на Amazon.com и дочерние сайты.

[nextpage title = ”Introduction”]
Со времени выпуска первого ПК, выпущенного в 1981 году, в компьютере были слоты расширения, в которые можно установить дополнительные карты для добавления возможностей, недоступных на материнской плате компьютера. В настоящее время наиболее распространенный тип доступных слотов расширения называется PCI Express. В этом руководстве вы узнаете все, что вам нужно знать об этом типе подключения: как оно работает, версии, слоты и многое другое.
Прежде чем говорить о PCI Express, мы должны немного рассказать об истории слотов расширения ПК и их основных проблемах, чтобы вы могли понять, чем отличается PCI Express.

Ниже мы перечисляем наиболее распространенные типы слотов расширения, которые были выпущены для ПК на протяжении всей его истории:

  • ISA (Промышленный стандарт архитектуры)
  • MCA (Микроканальная архитектура)
  • EISA (Расширенная архитектура отраслевого стандарта)
  • VLB (местный автобус VESA)
  • PCI (соединение периферийных компонентов)
  • PCI-X (расширенное соединение периферийных компонентов)
  • AGP (порт ускоренной графики)
  • PCI Express (Экспресс подключения периферийных компонентов)

Новые типы слотов расширения выпускаются всякий раз, когда оказывается, что доступные типы слотов слишком медленные для определенных приложений.Например, исходный слот ISA, доступный на исходном IBM PC, IBM PC XT и их клонах, имел максимальную теоретическую скорость передачи (т. Е. Пропускную способность) всего 4,77 МБ / с (4,77 МГц, передача восьми битов за такт). . 16-разрядная версия ISA, запущенная с IBM PC AT в 1984 году, почти удвоила доступную полосу пропускания до 8 МБ / с (8 МГц, передавая 16 бит каждые два тактовых цикла; каждый цикл доступа на шине ISA занимает два тактовых импульса. будет завершено), но это число было чрезвычайно низким даже в то время для приложений с высокой пропускной способностью, таких как видео.
Затем IBM выпустила слот MCA для своей линейки компьютеров PS / 2, и поскольку он был защищен авторским правом, другие производители могли использовать его только в том случае, если они вступили в схему лицензирования с IBM, и только пять компаний сделали это (Apricot, Dell, Tandy, Исследовательские машины и Оливетти). Таким образом, слоты MCA были ограничены несколькими моделями ПК этих брендов. Девять производителей ПК присоединились к созданию слота EISA, но это не увенчалось успехом по двум причинам. Во-первых, он поддерживал совместимость с исходным слотом ISA, поэтому его тактовая частота была такой же, как у 16-битного слота ISA.Во-вторых, в альянс не вошли производители материнских плат, поэтому пользователи, которые делали это самостоятельно, и другие производители не имели доступа к этому слоту, как это произошло со слотом MCA.
Первым выпущенным по-настоящему высокоскоростным слотом стал VLB. Более высокая скорость была достигнута за счет привязки слота к локальной шине ЦП, то есть к внешней шине ЦП. Таким образом, слот работал с той же скоростью, что и внешняя шина ЦП, которая является самой быстрой шиной, доступной на ПК. В таблице ниже мы указываем, что этот слот использует тактовую частоту 33 МГц, но фактическая тактовая частота будет зависеть от используемого процессора.(Большинство ЦП в то время использовали внешнюю тактовую частоту 33 МГц, но также были доступны ЦП с внешней тактовой частотой 25 МГц и 40 МГц.) Проблема с этой шиной заключалась в том, что она была разработана специально для локальной шины процессоров класса 486. . Когда был выпущен процессор Pentium, он был несовместим с ним, поскольку использовал локальную шину с другими характеристиками (внешняя тактовая частота 66 МГц вместо 33 МГц и 64-битная передача данных вместо 32-битной).
Первое общеотраслевое решение появилось в 1992 году, когда Intel возглавила отрасль, создав «окончательный» слот расширения — PCI.Позже к альянсу присоединились и другие компании, который сегодня известен как PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG отвечает за стандартизацию слотов PCI, PCI-X и PCI Express. Кстати, некоторым непрофессионалам трудно провести различие между PCI, PCI-X и PCI Express («PCIe»). Несмотря на то, что эти названия похожи, они относятся к совершенно разным технологиям.
PCI — это платформенно-независимая шина, которая подключается к системе с помощью микросхемы моста (которая является частью набора микросхем материнской платы).Всякий раз, когда выпускается новый ЦП, вы все равно можете использовать ту же шину PCI, перепроектировав микросхему моста вместо того, чтобы модернизировать шину, что было нормой до создания шины PCI.
Шина — это путь данных, к которому вы можете подключить несколько устройств одновременно, разделяя этот путь данных. Самыми очевидными устройствами, подключенными к шине PCI, были слоты расширения, но интегрированные компоненты, доступные на материнской плате, такие как встроенный сетевой чип, могли быть подключены к шине PCI.
Хотя теоретически возможны и другие конфигурации, наиболее распространенной реализацией шины PCI была тактовая частота 33 МГц с 32-битным каналом передачи данных, обеспечивающая пропускную способность 133 МБ / с.
Шина PCI-X — это версия шины PCI, работающая с более высокими тактовыми частотами и с более широкими путями передачи данных для серверных материнских плат, обеспечивающая более высокую пропускную способность для устройств, требующих большей скорости, таких как сетевые карты высокого класса и контроллеры RAID.
Когда шина PCI оказалась слишком медленной для высокопроизводительных видеокарт, был разработан слот AGP. Этот слот использовался исключительно для видеокарт.
Затем, наконец, PCI-SIG разработал соединение под названием PCI Express (ранее известное как «3GIO» и официально сокращенное как «PCIe», хотя большинство людей неправильно сокращают его как «PCI-E»).Несмотря на свое название, PCI Express кардинально отличается от шины PCI.

  1. 1. PCI — это шина, а PCI Express — соединение точка-точка, т.е. соединяет только два устройства; никакое другое устройство не может использовать это соединение. Чтобы уточнить, на материнской плате, использующей стандартные слоты PCI, все устройства PCI подключены к шине PCI и используют один и тот же путь данных, поэтому узкое место (т. Е. Снижение производительности, потому что более одного устройства хотят передавать данные одновременно) может произойти.На материнской плате со слотами PCI Express каждый слот PCI Express подключается к набору микросхем материнской платы с помощью выделенной полосы, не разделяя эту полосу (путь данных) с другими слотами PCI Express. Кроме того, устройства, встроенные в материнскую плату, такие как сетевые контроллеры, контроллеры SATA и USB, обычно подключаются к набору микросхем материнской платы с помощью специальных соединений PCI Express.
  2. 2. PCI и все другие виды слотов расширения используют параллельную связь, в то время как PCI Express основан на высокоскоростной последовательной связи.
  3. 3. PCI Express основан на отдельных линиях, которые можно сгруппировать для создания соединений с более высокой пропускной способностью. Символ «x», следующий за описанием соединения PCI Express, относится к количеству линий, используемых этим соединением.

Соединение PCI Express является предметом этого руководства. Мы более подробно рассмотрим, как это работает на следующих страницах.
Ниже приведена таблица, в которой сравниваются основные характеристики слотов расширения, которые когда-либо существовали для ПК.

Паз Часы Количество бит Данные за такт Пропускная способность
ISA 4,77 МГц 8 1 4,77 МБ / с
ISA 8 МГц 16 0,5 8 МБ / с
MCA 5 МГц 16 1 10 МБ / с
MCA 5 МГц 32 1 20 МБ / с
EISA 8.33 МГц 32 1 33,3 МБ / с (обычно 16,7 МБ / с)
VLB 33 МГц 32 1 133 МБ / с
PCI 33 МГц 32 1 133 МБ / с
PCI-X 66 66 МГц 64 1 533 МБ / с
PCI-X 133 133 МГц 64 1 1066 МБ / с
PCI-X 266 133 МГц 64 2 2132 МБ / с
PCI-X 533 133 МГц 64 4 4266 МБ / с
AGP x1 66 МГц 32 1 266 МБ / с
AGP x2 66 МГц 32 2 533 МБ / с
AGP x4 66 МГц 32 4 1066 МБ / с
AGP x8 66 МГц 32 8 2133 МБ / с
PCIe 1.0 х1 2,5 ГГц 1 1 250 МБ / с
PCIe 1.0 x4 2,5 ГГц 4 1 1000 МБ / с
PCIe 1.0 x8 2,5 ГГц 8 1 2000 МБ / с
PCIe 1.0 x16 2,5 ГГц 16 1 4000 МБ / с
PCIe 2.0 x1 5 ГГц 1 1 500 МБ / с
PCIe 2.0 x4 5 ГГц 4 1 2000 МБ / с
PCIe 2.0 x8 5 ГГц 8 1 4000 МБ / с
PCIe 2.0 x16 5 ГГц 16 1 8000 МБ / с
PCIe 3.0 x1 8 ГГц 1 1 1000 МБ / с
PCIe 3.0 x4 8 ГГц 4 1 4000 МБ / с
PCIe 3.0 x8 8 ГГц 8 1 8000 МБ / с
PCIe 3.0 x16 8 ГГц 16 1 16000 МБ / с

[nextpage title = «От параллельного к последовательному»]
Соединение PCI Express представляет собой выдающийся прогресс в способах взаимодействия периферийных устройств с компьютером. Она во многом отличается от шины PCI, но наиболее важным является способ передачи данных.Соединение PCI Express — еще один пример тенденции перехода передачи данных от параллельной связи к последовательной. Другие распространенные интерфейсы, использующие последовательную связь, включают USB, Ethernet (сеть), а также SATA и SAS (хранилище).
До появления PCI Express все шины ПК и слоты расширения использовали параллельную связь. При параллельной связи несколько битов передаются по каналу данных одновременно, параллельно. При последовательной связи только один бит передается по пути данных за такт.Во-первых, это делает параллельную связь быстрее, чем последовательную, поскольку чем больше количество битов, передаваемых за один раз, тем быстрее будет связь.
Параллельная связь, однако, страдает некоторыми проблемами, которые не позволяют передаче достигать более высоких тактовых частот. Чем выше частота, тем больше будут проблемы с электромагнитными помехами (EMI) и задержкой распространения.
Когда электрический ток течет по проводу, вокруг него создается электромагнитное поле.Это поле может наводить электрический ток на соседний провод, искажая передаваемую по нему информацию. Как и при параллельной передаче, одновременно передается несколько битов, причем каждый бит участвует в передаче по одному проводу. Например, при 32-битной связи (такой как стандартный слот PCI) необходимо иметь 32 провода только для передачи данных, не считая дополнительных управляющих сигналов, которые также необходимы. Чем выше часы, тем больше проблема с электромагнитными помехами.

Рисунок 1: Биты поступают на приемник, который был поврежден из-за электромагнитных помех

Как мы уже отмечали ранее, каждый бит при параллельной передаче данных передается по отдельному проводу, но практически невозможно сделать эти 32 провода одинаковыми по длине на материнской плате. При более высоких тактовых частотах данные, передаваемые по более коротким проводам, поступают раньше, чем данные, передаваемые по более длинным проводам. То есть биты при параллельной передаче могут поступать с задержкой.Как следствие, принимающее устройство должно ждать прибытия всех битов, чтобы обработать полные данные, что представляет собой значительную потерю производительности. Эта проблема известна как задержка распространения и усугубляется с увеличением тактовой частоты.

Рисунок 2: Неупорядоченные биты поступают на приемник из-за задержки распространения

Проект коммуникационной шины с использованием последовательной связи проще реализовать, чем проект с использованием параллельной связи, поскольку для передачи данных требуется меньше проводов.Для типичной последовательной связи необходимы четыре провода — два для передачи данных и два для приема, обычно с техникой защиты от электромагнитных помех, называемой отменой или дифференциальной передачей. При отмене один и тот же сигнал передается по двум проводам, причем второй провод передает сигнал «зеркально» (инвертированная полярность) по сравнению с исходным сигналом, как вы можете видеть на рисунке 3. Когда приемник получает сигнал, он может сравните два сигнала, которые должны быть равны, но «отражены».«Разница между двумя сигналами — это шум, благодаря чему приемнику очень просто узнать, что такое шум, и отбросить его.

Рисунок 3: Метод аннулирования

Помимо обеспечения большей устойчивости к электромагнитным помехам, последовательная связь не страдает задержками распространения. Таким образом, они могут легче достичь более высоких тактовых частот, чем параллельная связь.
Еще одно очень важное различие между параллельной связью и последовательной связью состоит в том, что параллельная связь обычно полудуплексная (одни и те же провода используются для передачи и приема данных) из-за большого количества проводов, необходимых для ее реализации.Последовательная связь является полнодуплексной (есть отдельный набор проводов для передачи данных и другой набор проводов для приема данных), потому что для этого требуется всего два провода в каждую сторону. При полудуплексной связи два устройства не могут разговаривать друг с другом одновременно; либо один, либо другой передает данные. При полнодуплексной связи оба устройства могут передавать данные одновременно.
Это основные причины, по которым инженеры использовали последовательную связь вместо параллельной связи с PCI Express.
Теперь вы можете спросить себя: «Разве последовательная связь не медленнее?» Это зависит от того, что вы сравниваете. Если вы сравните параллельную связь 33 МГц, передающую 32 бита за такт, она будет в 32 раза быстрее, чем последовательная связь 33 МГц, передающая только один бит за раз. Однако, если вы сравните ту же параллельную связь с последовательной связью, работающей с гораздо более высокой тактовой частотой, последовательная связь может быть на самом деле намного быстрее. Просто сравните пропускную способность исходной шины PCI, которая составляет 133 МБ / с (33 МГц x 32 бита), с самой низкой пропускной способностью, которую вы можете достичь при подключении PCI Express (250 МБ / с, 2.5 ГГц x 1 бит).
Представление о том, что последовательное соединение «всегда» медленнее, чем параллельное, исходит от старых компьютеров, на которых были порты, называемые «последовательный порт» и «параллельный порт». В то время параллельный порт был намного быстрее последовательного порта. Это было из-за того, как были реализованы эти порты. Это не означает, что последовательная связь всегда медленнее, чем параллельная.
Давайте теперь поговорим о том, как работает связь PCI Express.
[nextpage title = ”Operation Modes”]
Соединение PCI Express основано на концепции «полосы», то есть однобитной, полнодуплексной, высокоскоростной последовательной связи.Дорожки можно сгруппировать для увеличения пропускной способности. Например, когда два устройства используют четыре полосы для своего соединения, они считаются соединением «x4» и смогут обеспечить в четыре раза большую пропускную способность, чем одно соединение, то есть одна линия. На рисунке 4 мы проиллюстрировали два подключенных устройства, использующих две полосы, т. Е. Соединение «x2». Хотя теоретически можно сгруппировать любое количество дорожек от одной до 32, наиболее распространенными числами являются x4, x8 и x16.

Рисунок 4: Подключение PCI Express x2

PCI Express 1.0 и 2.0 используют систему кодирования 8b / 10b (которая является той же кодировкой, что и в Fast Ethernet, т. Е. В сетях 100 Мбит / с). Это означает, что каждые восемь бит данных кодируются и передаются как 10-битное число. Обычно, чтобы преобразовать число, указанное в битах в секунду (бит / с) в байты в секунду (Б / с), вам нужно разделить его на восемь, поскольку байт представляет собой группу из восьми бит. Однако из-за кодировки 8b / 10b нам нужно сделать это деление на 10, а не на восемь. Вот почему с часами 2.При 5 ГГц и 5 ГГц пропускная способность x1 этих подключений составляет 250 МБ / с и 500 МБ / с соответственно, а не 312,5 МБ / с и 625 МБ / с. Два добавленных дополнительных бита называются «служебными», и они «съедают» 20% полосы пропускания канала.
PCI Express 3.0 использует другую систему кодирования, называемую 128b / 130b. Как вы можете догадаться, эта система кодирования передает каждые 128 бит данных в виде 130-битного числа, что обеспечивает гораздо меньшие накладные расходы. Для передачи 128 бит данных PCI Express 3.0 требуется только два дополнительных бита, тогда как в предыдущих версиях требовалось 32 дополнительных бита (два на каждые восемь бит).Из-за этого требования к меньшим накладным расходам PCI Express 3.0 может обеспечить удвоенную пропускную способность PCI Express 2.0 с тактовой частотой 8 ГГц вместо 10 ГГц.
PCI Express 4.0, который будет выпущен через пару лет, будет поддерживать ту же кодировку, что и PCI Express 3.0, удваивая тактовую частоту и, следовательно, удваивая доступную пропускную способность.

Ревизия Кодировка Часы Пропускная способность (x1)
1.0 8b / 10b 2,5 ГГц 250 МБ / с
2,0 8b / 10b 5 ГГц 500 МБ / с
3,0 128b / 130b 8 ГГц 1 ГБ / с
4,0 128b / 130b 16 ГГц 2 ГБ / с

Как объяснено, группировка полос позволяет умножить полосу пропускания на количество используемых полос. Итак, соединение x8 с PCI Express 2.0 будет иметь пропускную способность 4 ГБ / с (500 МБ / с x 8), а соединение x16 с PCI Express 2.0 будет иметь пропускную способность 8 ГБ / с (500 МБ / с x 16). Соединение x16 с PCI Express 3.0 будет иметь пропускную способность 16 ГБ / с (1 ГБ / с x 16).
[nextpage title = ”Слоты и карты”]
Спецификация PCI Express позволяет слотам иметь разные физические размеры в зависимости от количества линий, подключенных к слоту. См. Рисунок 5. Это позволяет уменьшить размер пространства, необходимого на материнской плате. Например, если требуется слот с соединением x1, производитель материнской платы может использовать слот меньшего размера, что сэкономит место на материнской плате.
Однако более крупные слоты могут иметь меньше линий, чем показано на диаграмме на рисунке 5. Например, на многих материнских платах есть слоты x16, которые подключены к линиям x8, x4 или даже x1. При использовании больших слотов важно знать, действительно ли их физические размеры соответствуют их скорости. Более того, некоторые слоты могут снижать свою скорость, когда их полосы являются общими. Самый распространенный сценарий — на материнских платах с двумя или более слотами x16. На нескольких материнских платах всего 16 линий, соединяющих первые два слота x16 с контроллером PCI Express.Это означает, что при установке одной видеокарты у нее будет доступная пропускная способность x16, но при установке двух видеокарт каждая видеокарта будет иметь пропускную способность x8 каждая.

Эта информация должна содержаться в руководстве к материнской плате. Но практический совет — загляните внутрь гнезда, чтобы увидеть, сколько в нем контактов. Если вы видите, что контакты на слоте PCI Express x16 уменьшены до половины от того, что они должны быть, это означает, что хотя этот слот физически является слотом x16, на самом деле он имеет восемь линий (x8).Если в этом же слоте вы видите, что количество контактов уменьшено до четверти от того, что должно быть, вы видите слот x16, который на самом деле имеет только четыре полосы (x4). Важно понимать, что не все производители материнских плат следуют этому правилу; некоторые по-прежнему используют все контакты, даже если слот подключен к меньшему количеству дорожек. Лучший совет — проверить правильную информацию в руководстве к материнской плате.
Малоизвестным фактом является то, что вы можете установить любую карту расширения PCI Express в любой слот PCI Express.Например, вы можете установить карту расширения x1 в любой слот PCI Express; его не нужно устанавливать в слот x1. Итак, если у вас есть карта расширения x4, но на вашей материнской плате нет слота x4 PCI Express, нет проблем; просто установите его в слот x8 или x16.
То же самое и с «большими» картами. Например, вы можете установить видеокарту x16 в «меньший» слот. (Слот, однако, должен иметь открытую заднюю часть; в противном случае карта расширения большего размера не подойдет. Решение о том, предоставлять ли слоты с открытой задней стороной, зависит от производителя материнской платы.) Единственным недостатком является то, что он будет иметь только максимальную пропускную способность, предоставляемую слотом; то есть, если вы установите видеокарту x16 в слот x4, для нее будет доступна только пропускная способность x4. С другой стороны, такая установка может быть полезна в некоторых ситуациях, например, при сборке компьютера с несколькими видеокартами, чтобы иметь несколько доступных дисплеев, и вас не беспокоит производительность в играх.
Для достижения максимально возможной производительности и карта расширения, и контроллер PCI Express (доступный внутри ЦП или внутри набора микросхем материнской платы, в зависимости от вашей системы) должны быть одной и той же версии.Если у вас есть видеокарта PCI Express 2.0 и вы устанавливаете ее в систему с контроллером PCI Express 3.0, вы будете ограничены пропускной способностью PCI Express 2.0. Та же видеокарта, установленная в старой системе с контроллером PCI Express 1.0, будет ограничена пропускной способностью PCI Express 1.0.

Рисунок 5: Типы разъемов PCI Express

Рисунок 6: Подробная информация о разъемах PCI и PCI Express на материнской плате

Рисунок 7: Различия в граничных контактах видеокарт PCI Express, AGP и PCI

Последнее обновление 2021-04-02 в 09:19 / Партнерские ссылки / Изображения из Amazon Product Advertising API

Разница между PCIe x1, x4, x8, x16 — Промышленные компьютеры DuroPC

В предыдущем сообщении блога мы рассмотрели разницу между PCI и PCI-X.Ответ на пост был восторженным, и нас попросили написать дополнительный пост, объясняющий разницу между PCIe x1, x4, x8, x16. Мы всегда рады ответить на вопросы клиентов (по поводу промышленных компьютеров обращайтесь к нам).

Короткий ответ:

  • Соединения «PCIe x1» имеют одну полосу данных
  • Соединения

  • «PCIe x4» имеют четыре линии передачи данных
  • Соединения

  • «PCIe x8» имеют восемь линий передачи данных
  • Соединения

  • «PCIe x16» имеют шестнадцать линий передачи данных

Длинный ответ:

Чем больше линий данных в соединении, тем больше пропускная способность между картой и хостом.Однако, как правило, при увеличении количества полос увеличивается стоимость.

Фото с http://blog.savel.org/2005/05/31/pci-express-cards/

PCIe — это обновленная версия протокола PCI. Подобно интерфейсам PCI / PCI-X, PCIe был разработан для взаимодействия периферийных компонентов. PCIe отличается от PCI / PCI-X несколькими способами, но в этом блоге большинство из этих различий не рассматривается. Однако одно ключевое отличие позволит нам лучше понять различия между вариантами протокола PCIe (x1, x4, x8, x16 и x32).Это ключевое различие — «параллельная» и «последовательная» передача данных.

В архитектуре PCI и PCI-X все карты совместно используют параллельные линии передачи данных к хосту и от него. Различия между скоростями карт и типами слотов обычно приводят к снижению скорости передачи данных.

В архитектуре PCIe каждая карта имеет собственные выделенные соединения (дорожки) для последовательной передачи данных с хостом. Это позволяет каждому подключению карты достигать полосы пропускания независимо от других карт, которые могут быть активными в системе.Количество полос указывается суффиксом протокола PCIe (× 1, × 4, × 8, × 16, × 32). Каждая полоса поддерживает скорость от 250 до 1969 МБ / с, в зависимости от версии протокола PCIe (v1.x, v2.x, v3.0, v4.0).

Карты

PCIe всегда могут работать в слотах PCIe с теми же или несколькими полосами, что и карта. Например, карта x8 может работать в слоте с линиями x8, x16 или x32. Точно так же карта x1 может работать в любом слоте PCIe.

предостережение:

Иногда слот PCIe работает с меньшим количеством каналов данных, чем указывает механический тип слота.Например, иногда производитель материнской платы будет использовать механический слот x16, даже если соединение для передачи данных составляет только x8. В этих случаях карта с более высокой пропускной способностью все еще может работать (например, карта x16 в слоте x16 с подключением только x8), если карта не требует этой дополнительной полосы пропускания. На следующем изображении показаны PCI-соединения материнской платы, используемой в DuroPC RAC355. Обратите внимание, «SLOT 1/5» — это слоты PCIe x16, но они имеют только соединение x8. Точно так же обратите внимание на то, что «SLOT 7» использует слот x8, но имеет только соединение x4.(Щелкните изображение, чтобы увидеть его в увеличенном виде.)

PCI Express

Устройства Xilinx 16 нм UltraScale + объединяют многие важные функции PCI Express, необходимые для современных центров обработки данных, средств связи и встроенных приложений. В устройствах UltraScale + используются два типа интегрированных блоков: PCIE4 и PCIE4C, причем большинство устройств используют блоки PCIE4.

Блоки PCIE4 соответствуют спецификации PCI Express Base Specification v3.1 и поддерживают до Gen3 x16, а также могут быть настроены для более низкой ширины канала и скорости.Блок PCIE4 не поддерживает работу Gen4.

Блоки

PCIE4C соответствуют базовой спецификации PCI Express v3.1, поддерживающей до 8,0 ГТ / с (Gen3), и совместимы с базовой спецификацией PCI Express v4.0, поддерживающей до 16,0 ГТ / с (Gen4). Блоки PCIE4C также совместимы с CCIX Base Specification v1.0 Version 0.9, поддерживая скорость до 16.0GT / s. Блоки PCIE4C поддерживают до 16 полос в Gen3 или до 8 полос в Gen4 и могут быть настроены на меньшую ширину и скорость канала для экономии ресурсов и мощности.

Некоторые устройства, такие как ПЛИС Virtex UltraScale + HBM и ПЛИС Virtex UltraScale + 58G, имеют только блоки PCIE4C или комбинацию блоков PCIE4 и PCIE4C. Блок PCIE4C может реализовывать как PCI Express, так и CCIX, тогда как блоки PCIE4 могут реализовывать только PCI Express.

Все интегрированные блоки для PCIe в архитектуре UltraScale можно настроить как конечную точку или корневой порт. Корневой порт может использоваться для создания основы для совместимого корневого комплекса, для обеспечения индивидуальной межкристальной связи по протоколу PCI Express и для подключения оконечных устройств ASSP, таких как контроллеры Ethernet, HBA-адаптеры Fibre Channel или твердотельные накопители NVMe, к FPGA, MPSoC или RFSoC.

Интегрированный блок для PCI Express IP усилен кремнием и поддерживает:

  • Встроенный блок PCIe Gen3x16 для приложений 100G. Информацию о поддерживаемых значениях ширины канала и скорости см. В соответствующем руководстве по продукту для требуемого IP-адреса (PG213, PG195, PG302 или PG239)
  • Совместимость

  • Gen4 x8 PCIe поддерживается на ограниченном наборе устройств — KU19P, VU19P, VU23P, VU31P, VU33P, VU35P, VU37P, VU45P, VU47P и VU57P. Обратите внимание, что это ограниченное количество устройств совместимо с версией 4 базовой спецификации PCI Express.0, версия 1.0. Подробнее об ограничениях см. Руководство по продукту PG213.
  • поддерживает 4 физических и 252 виртуальных функции, необходимые для однокорневой виртуализации ввода-вывода (SR-IOV) для совместного использования ресурсов ввода-вывода
  • Большее количество тегов (256) для поддержки большего количества запросов PCIe, обеспечивающих общую производительность системы
  • Интегрированные столы MSI-X
  • Для получения дополнительной информации см. Руководство по продукту PG213

Сколько линий PCIe необходимо для сервера с несколькими GPU? — База знаний

PCIe (экспресс-соединение периферийных компонентов) — это стандарт интерфейса для подключения высокоскоростных компонентов.Каждый вычислительный сервер или материнская плата персонального компьютера имеет ряд слотов PCIe, которые можно использовать для добавления графических процессоров, среди других дополнительных карт.

Слоты

PCIe бывают разных физических конфигураций, например: x1, x4, x8, x16. Число после «x» указывает, сколько линий имеет слот PCIe. Например, слот x16 имеет 16 линий передачи данных, последовательно соединенных двумя парами проводов: один для приема, а другой — для передачи.

Дорожки

PCIe имеют решающее значение для использования всего потенциала графических процессоров (GPU).В этом случае мы будем работать с примером вычислительного сервера, сконфигурированного с 4-мя графическими процессорами.

Каждому графическому процессору требуется 16 линий PCI-Express для работы с максимальной пропускной способностью. с 4 графическими процессорами серверу потребуется как минимум 64 линии PCI-E, доступные как на слотах PCI-E материнской платы сервера, так и на процессорах.

Например, один ЦП серии Intel Xeon E5-2600 v3 поддерживает до 40 линий PCI-E, что не соответствует минимальному требованию в 64 линии PCI-E для одновременной работы 4 графических процессоров. Следовательно, сервер должен быть развернут с конфигурацией с двумя (2x) ЦП для поддержки требуемых 64 линий PCI-e.В наших решениях для выделенных серверов мы предлагаем все выделенные серверы с несколькими графическими процессорами, развернутые на серверах корпоративного уровня с двумя (2x) процессорами Intel Xeon серии E5-2600v3 с в общей сложности 80 линиями PCI-E, доступными для графических процессоров. Это единственная конфигурация, которая гарантирует полную производительность 4-х графических процессоров, работающих одновременно.

Кроме того, помимо спецификаций ЦП, чтобы обеспечить полное использование 4 ГП, для серверной материнской платы требуется 4 слота PCI со спецификацией x16 линий в каждом из четырех слотов.Любая другая конфигурация слотов (x4, x8) будет разделять доступные полосы между всеми 4 графическими процессорами и ограничивать доступную полосу пропускания для графических процессоров для связи с остальной частью системы, что приводит к снижению производительности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *