Pci линии – Влияние количества линий PCI-e на производительность

Влияние количества линий PCI-e на производительность

Производительность компьютера в основном зависит от мощности процессора (CPU) и видеокарты. Это основные компоненты, которые производят расчеты и вычисления. Также есть дополнительные компоненты, которые влияют на скорость работы самой операционной системы и приложений, это оперативная память и накопитель. От скорости накопителя зависит то, насколько быстро будут открываться все игры/программы. От объема оперативной памяти также зависит плавность и скорость работы операционной системы, программ и игр. Но это простые и понятные условия, на которые мы привыкли ориентироваться при сборке или оценке компьютера. Есть менее заметные параметры, но в определенных случаях, они могут очень сильно влиять на производительность системы.

Один из таких параметров — количество линий PCI-e на вашей материнской плате, в которую установлена игровая видеокарта. Сам PCI-e, пришедший на смену AGP в середине нулевых, уже дорос до третей генерации, и скоро, похоже, дорастет до четвертой. Но на текущий момент вершиной творения является PCI Express 3.0 16x. Последнее обозначение (16х) — как раз и означает количество линий. Очень часто мы слышим нечто вроде «на этой материнской плате лучше не собирать SLI/CF, она держит только режим 16/8, бедует просадка производительности». Но это лишь наше понимание, основанное на простой логике, которая твердит нам, что раз количество линий урезано в двое, то и производительность пострадает, так как видеокарта не сможет оперативно обмениваться данными. Так сколько же на самом деле нужно линий PCI-e для того, чтобы производительность не просаживалась, даже при использовании ТОПовой видеокарты?

Самый простой и верный способ выяснить зависимость производительности от количества доступных линий PCI-E — взять материнскую плату с тремя слотами PCI-e, каждый из которых общается с видеокартой по разному количеству линий PCI-e. Наш выбор пал на материнскую плату ASUS ROG Maximus X Formula. У нее три разъема PCI-E, и каждый функционирует на разной мощности. Первому разъему доступны все 16 линий PCI-e, второму 8 линий, а третьему лишь 4 линии — PCI-e. Как вы уже догадались, мы прогоним одинаковые тесты по очереди переставляя видеокарту в каждый разъем. В качестве процессора используется Intel Core i7-8700K, объем оперативной памяти 16 Гбайт, накопитель SSD на 256 Гбайт. Как я говорил выше, видеокарта нужна мощная, чтобы максимально остро ощущалась нехватка линий PCI-e. Мы выбрали видеокарту ASUS GTX 1080 11 Gbps. Это не самая топовая версия, но очень близкая к ней, и оснащенная огромным объемом видеопамяти. Один небольшой шаг отделяет ее от первого места, так что она подходит для нашего тестирования.

Тестирование

Я решил сначала прогнать 3DMark, который является основным инструментом измерения на сегодняшний день у большинства ПК-пользователей всего мира. Разумеется, мы не играем в 3DMark, поэтому потом мы протестируем несколько современных требовательных к железу игр. И после этого мы точно сможем ответить на вопрос, сколько же линий PCI-e необходимо мощной видеокарте, чтобы производительность не просаживалась. Начнем с 16х, далее 8х, и завершим тестирование режимом 4х. Ниже представлены скриншоты утилиты GPU-Z, чтобы вы могли убедиться в том, что мы действительно меняли режимы работы карты. Справа от утилиты на скриншоте видно окошко, которое нагружает видеопроцессор, чтобы количество линий было максимальным из доступных.

3DMark

Популярный бенчмарк выказал свое «фи» и продемонстрировал совершенно наплевательское отношение к количество активных линий PCI-e. Лишь в режиме х4 производительность немного просела от режима х16. Но разница в среднем по всем режимам около 1%, т.е. близкая к погрешности. Да, просадка есть, но на глаз вы ее не заметите.

Игры

В играх ситуация не сильно поменялась, но разрыв уже заметен. Между режимами х16 и х8 разницы в производительности нет, а вот при переходе на х4 производительность снижается примерно на 10%. Кстати, обратите внимание, что такое снижение производительности наблюдается в разрешении FullHD. В тяжелом режиме 4К основной упор происходит в вычислительную мощность самой видеокарты, и там уже так сильно количество линий PCI-e не роляет. Но все равно, в любом разрешении переход в режим х4 дает снижение производительности.

Необходимое количество линий PCI-e

Честно говоря, подобный результат был предсказуем, но даже я думал, что в режиме х4 снижение производительности будет более ощутимым. Напомним, что современные х8 3.0 равняются х16 2.0. Т.е. если у вас старая материнская плата, которая оснащается разъемом PCIe 2.0 х16 — можете устанавливать туда любую видеокарту, снижения производительности вы не увидите. Но самое главное, что вы можете собирать тандем SLI на материнских платах без поддержки х16 + х16. Вам вполне хватит х8 + х8. Едва ли вы заметите снижение производительности. Особенно если учесть, что вторая видеокарта и так не дает прироста ровно в 100%, а немного ниже. Поэтому собирать тандемы из пары видеокарт можно на любой современной материнской плате. На этом фоне, готовящийся к выходу PCIe 4.0 уже не видится столь интересной инновацией, хоть и принесет с собой увеличение производительности для многопроцессорных (GPU) систем. Надеюсь, я помог вам разобраться, и вы получили ответ на вопрос, сколько же нужно линий PCIe для полноценной скорости работы.

 

Отличия системной логики Intel: Z370 vs h470 vs B360 vs h410 vs Q370

Тестирование NVIDIA GTX 1070 Ti SLI

Обзор ASUS ROG Strix GeForce GTX 1080 11 Gbps

epictech.ru

Что такое PCI Express ?

PCI Express это шина, которая используется для подключения разнообразных комплектующих к настольному ПК. С ее помощью подключают видеокарты, сетевые карты, звуковые карты, SSD накопители, 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.

В чем отличия PCI Express от PCI

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 PCI Express устройство подключается к общему коммутатору отдельным соединением.

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

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 и PCI

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
x1x2x4x8x12x16x32
PCIe 1.02/44/88/1616/3224/4832/6464/128
PCIe 2.04/88/1616/3232/6448/9664/128128/256
PCIe 3.08/1616/3232/6464/12896/192128/256256/512
PCIe 4.016/3232/6464/128128/256192/384256/512512/1024

Если Вам нужна консультация в выборе видеокарты или ремонте компьютера в Белгороде, звоните и мы поможем!

www.home-engineer.ru

PCI Express: что такое PCI Express?

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 материнской плате:

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:


 

Похожие статьи:

 

Запись имеет метки: Железо

moydrugpc.ru

Чипсет Intel — экспертное мнение для выбора и покупки

Если планируется апгрейд компьютера, или принято решение собрать новый, то одним из основных компонентов, к выбору которого следует подойти серьезно, является материнская плата. Ответив прежде всего на фундаментальный вопрос, на какой платформе будет строиться весь ПК (AMD или Intel), необходимо решить, куда, собственно, выбранный процессор придется устанавливать. Характеристики системной платы во многом определяются тем, какой чипсет Intel (а сегодня речь пойдет о продукции этого производителя) будет оптимальным выбором. Это зависит от того, для каких целей собирается компьютер. Вот и давайте посмотрим, без чего обойтись нельзя, а чем можно будет поступиться. Сегодня рассмотрим материнские платы, предназначенные для установки процессора Intel и имеющие сокет 1151.

Что такое чипсет

Немного теории для начала. Чтобы убрать все недосказанности и непонятки, кратко разберем, что же такое чипсет и для чего он нужен.

Те, кто знаком с компьютерами уже не одно десятилетие, помнят, что некогда в понятие «чипсет» входило минимум два чипа, называемые «северный» и «южный» мост. Первый отвечал за связь процессора с видеокартой и оперативной памятью, второй – обеспечивал работу SATA-устройств, обслуживал контроллеры USB, PCI-Express x1, звуковой чип и т. п.

Легко можно догадаться, что нагрузка на северный мост существенно выше, т. к. обмен с памятью и видеокартой идет на высоких скоростях. Чтобы сократить задержки в обмене с этими устройствами, а также упростить схему, функции северного моста взял на себя процессор, в котором содержится контроллер памяти, а также контроллер шины PCI-Express x16.

Работа вспомогательных, более медленных устройств (SATA, USB и т. п.) по-прежнему обеспечивается южным мостом.

Что такое линии PCI-Express

Когда мы рассматривали, что собой представляет SSD форм-фактора M.2, то говорили о шине PCI-Express и об используемых линиях для подключения этих накопителей. Чтобы не оставалось непонятных моментов, определимся, что же такое линии PCI-Express.

В спецификациях на процессор есть такая характеристика, как «Макс. кол-во каналов PCI Express». Она показывает, какое количество линий (каналов) может обрабатывать встроенный в процессор контроллер этой шины. Десктопные версии процессоров имеют 16 линий. Процессоры, предназначенные для установки в мобильные устройства, имеют меньшее количество линий – 14, 12.

Для чего они нужны? Для подключения дискретной видеокарты используется разъем PCI-Express x16. По названию несложно догадаться, что используются 16 линий этой шины. Т. е. получается, что задействуются все возможности процессора, ведь он как раз и обеспечивает обработку стольких линий.

Да, но ведь можно же использовать 2 (или больше) видеокарты в SLI-режиме, а как же SSD, которым также нужны эти самые линии той же шины PCI-Express, да и другие устройства как подключать? Вот тут и возникает необходимость во вспомогательном чипе, коим и выступает чипсет.

Чипсет Intel. Архитектура

Установка видеокарты, использующей 16 линий (каналов) шины PCI-Express, забирает себе все ресурсы, которые может предоставить процессор. Чтобы не обделить другие компоненты, обеспечить возможность подключения периферийных устройств, чипсет имеет собственный контроллер шины PCI-Express, и имеет свое количество линий. При этом он еще и управляет распределением линий, которые предоставляются процессором. Речь пойдет о последних поколениях чипсетов 100-й и 200-й серий, как наиболее актуальных в данный момент, т. е. на середину 2017-го года.

Как же все это работает? Для начала скажем, что процессор и чипсет связаны между собой шиной DMI. Это единственный канал связи между этими двумя компонентами. Шина FDI, с помощью которой ранее через чипсет «пробрасывался» аналоговый видеосигнал, ушла в прошлое. Это значит, что разъем подключения монитора VGA также больше не используется. Его применение возможно только путем подключения дополнительного внешнего преобразователя из цифрового в аналоговый сигнал.

В зависимости от чипсета, DMI может быть версии 2.0 или 3.0. Пропускная способность сейчас измеряется не в привычных гига(мега)битах в секунду, а в трансферах в секунду – Т/с. Например, скорость шины DMI 2.0 составляет 5 ГТ/с (гигатрансферов в секунду), а DMI 3.0 имеет скорость 8 ГТ/с.

Подобная характеристика есть и у процессоров – «Частота системной шины». Например, процессор Intel i5-6500 имеет это значение, равное 8 ГТ/с. Если установить его в материнскую плату с чипсетом, связь с которым осуществляется по шине DMI 2.0, то скорость обмена будет составлять 5 ГТ/с, т. е. все мощности процессора использоваться не будут. Конечно, те 16 процессорных PCI-Express линий, к которым подключается видеокарта, будут работать полноценно, но все другие устройства будут довольствоваться шиной PCI-Express версии 2.0. Учитывая весьма ограниченные возможности по использованию оборудования, этих возможностей, скорее всего, достаточно.

Давайте обратимся к основным характеристикам чипсетов 100-й и 200-й серий.

Чипсетh210B150/B250h270/h370Z170/Z270
Частота системной шины, ГТ/с58
Версия PCI-Express2.03.0
Макс. кол-во линий PCI Express68/1216/2020/24
Конфигурации PCI Expressx1, x2, x4
Макс. количество DIMM24
Поддержка Intel Optane Memory-/+-/+
Макс. количество USB1012/1214/14
Макс. количество USB 3.046/68/810/10
Макс. количество USB 2.01012/1214/14
Макс. кол-во SATA 3.046/6
Конфигурация RAID0,1,5,10
Возможные конфигурации процессорных линий PCI Express1×161×16, 2×8, 1×8+2×4
Поддержка разгона-/-+/+
Кол-во поддерживаемых дисплеев23/3

Итак, какую же ценну

andiriney.ru

Интерфейс — PCI Express

Интерфейс PCI Express находится на рынке уже несколько лет, и сегодня как раз происходит постепенный переход на второе поколение.

PCIe 2.0 эффективно удваивает пропускную способность и обеспечивает лучшую гибкость, сохраняя совместимость с PCIe 1.1.

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s(Гигатранзакций/с). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0.

Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных пересылаемых по шине кодируются 130 битами. PCI Express 2.0 обладает скоростью передачи данных 5 GT/s и схемой кодирования 8b/10b. При этом сохранилась совместимость с предыдущими версиями PCI Express.

Пропускная способность (В одну/обе стороны, Гбит/с)

  • PCIe 2.0 x16 = 64/128
  • PCIe 3.0 x16 = 128/256

Когда стандарт PCI Express впервые появился, он обеспечивал большую пропускную способность, гибкость и масштабируемость, чем стареющий интерфейс AGP, да и позволил графическим компаниям ATI и nVidia создать решения на основе нескольких видеокарт для более мощного ускорения 3D-графики и улучшения качества.

Второе поколение шины PCI Express вышло вместе с чипсетом для энтузиастов Intel X38, а затем появилось и на чипсетах Intel X48, AMD 790/770 и nVidia nForce 7.

PCI Express 2.0 даёт в два раза большую пропускную способность, чем PCI Express 1.1, удвоив её с 250 Мбайт/с до 500 Мбайт/с на линию (в одном направлении). Поэтому интерфейс x16 PCI Express даёт такую же пропускную способность, что и PCI Express 2.0 x8.

Чтобы выиграть от более высокой пропускной способности, стандарт PCIe 2.0 должны поддерживать как материнская плата, так и видеокарта. Если ATI весьма быстро интегрировала поддержку PCIe 2.0 в линейку Radeon HD 3000, то лишь последнее поколение видеокарт GeForce 8800 GT/GTS и GeForce 9 совместимо с PCIe 2.0.

 PCI Express 2.0

Слоты PCI Express 1.1 и 2.0 механически идентичны. Верхний слот имеет 164 контакта, которые требуются для интерфейса x16 PCI Express, а нижний слот — 36 контактов для PCI Express x1.

Одна линия PCI Express использует две пары соединений, работающих на тактовой частоте 2,5 ГГц. С помощью кодирования 8/10 битов (то есть по шине проходит 10 битов, из которых только 8 используются для передачи полезных данных), одна линия PCI Express обеспечивает чистую пропускную способность 250 Мбайт/с в одном направлении. Поскольку у линии две пары, то такую пропускную способность вы получите как в прямом, так и в обратном направлении. PCI Express может обеспечить и намного большую пропускную способность, используя несколько линий.

Так, x8 PCI Express использует восемь линий, которые дают пропускную способность 4 Гбайт/с (сумма по двум направлениям), что в восемь раз больше, чем у одной линии. А интерфейс x16 PCI Express, который стал де-факто стандартом для видеокарт, даёт пропускную способность 8 Гбайт/с (суммарную).

Стандарт PCI Express 2.0 удвоил базовую частоту до 5,0 ГГц, что привело к увеличению пиковой пропускной способности до 16 Гбайт/с у x16 PCI Express (в сумме по двум направлениям). PCI Express 2.0 обеспечил производителям большую гибкость. Поскольку четыре линии PCI Express 2.0 дают такую же пропускную способность, как восемь линий PCI Express 1.1, то вполне можно прокладывать такое же количество дорожек, удваивая пропускную способность, или оптимизировать энергопотребление, переходя с PCIe 1.1 на 2.0 и уменьшая число дорожек в два раза.

Кроме того, PCI Express 2.0 поддерживает и скорости 1.1, что позволяет ещё сильнее экономить энергию, понижая рабочую частоту с 5,0 до 2,5 ГГц, когда высокая пропускная способность не требуется.

Если PCI Express 2.0 правильно реализована, то она автоматически распознаёт ширину подключения (от одного до 16 линий) и скорость (2,5 или 5 ГГц). Это также означает, что видеокарты PCI Express 2.0 совместимы с материнскими платами PCIe 1.1: они попросту будут использовать скорость интерфейса 2,5 Гбайт/с.

Ещё одно улучшение между PCI Express 1.1 и 2.0 заключается в максимальной энергии, которую можно подавать на видеокарты PCI Express (PEG). Раньше она составляла 75 Вт плюс 75 Вт через вилку дополнительного питания PCI Express 1.1, но PCIe 2.0 поддерживает вплоть до 300 Вт, если интерфейс правильно реализован на материнской плате.

Проектировщики видеокарт по-прежнему предпочитают использовать гнёзда дополнительного питания, но блоки питания, совместимые с PCI Express 2.0, дают дополнительную 8-контактную вилку помимо обычной 6-контактной, которая появилась в момент выхода PCIe в 2004 году.

PCI Express 2.0 даёт несколько преимуществ производителям аппаратного обеспечения, которые сложно раскрыть в подобном техническом анализе, как эта статья.

С помощью программного обеспечения можно управлять энергопотреблением, добавляя или убирая линии PCI Express, а также меняя частоту соединения. Кроме того, PCI Express 2.0 удовлетворяет требованиям современных карт по энергопотреблению. В то же время, PCIe 2.0 полностью совместим с предыдущим оборудованием, так что потребитель не рискует ничем, а переход от одного поколения графических чипов к другому произойдёт прозрачно.

С данной точки зрения мы определённо рекомендуем PCIe 2.0 каждому, поскольку недостатков нет.

servis2010.ru

PCI-Express 4.0 что это — представлена спецификация версии 1.0

В конце октября некоммерческая организация PCI-SIG опубликовала финальные спецификации (версия 1.0) интерфейса PCI-Express 4.0. Планируется обеспечить удвоение скорости передачи данных на одну линию с нынешних 8 ГТ/с до 16 ГТ/с, уменьшение задержек, увеличение масштабируемости и еще целый ряд улучшений. Итак, PCI-Express 4.0 что это, чего ждать от новой версии интерфейса и поговорим.

Необходимость в появлении PCIe 4.0

Подробные спецификации доступны членам консорциума PCI-SIG, и для простых смертных более интересны (и известны на данный момент) некоторые подробности новой версии PCI-Express. Со времени появления 3-й версии прошло 7 лет, хотя изначально планировалось придерживаться четырехлетнего интервала между обновлениями интерфейса.

Вплоть до PCIe 3.0 так и было, ибо 1-я версия появилась в 2002-м году, PCIe 2.0 – в 2007-с, а PCIe 3.0 в 2010-м. После чего последовало длительное ожидание, существенно превысившее планируемый четырехлетний интервал обновления версий.

Сделано это было не столько по причине сложности подготовки финальной спецификации PCIe 4.0, сколько его невостребованности. Скажем прямо, даже сейчас, на конец 2017-го года, пропускная способность PCIe 3.0 не является главным сдерживающим фактором развития подключаемых по этой шине компонентов. Более актуально ограничение по количеству доступных линий PCI-Express, учитывая массовый переход SSD накопителей на эту шину и использование 4 линии на каждый из них. Это надо учитывать при выборе материнской платы и чипсета.

Добавим сюда видеокарты, различные контроллеры, сетевой интерфейс со скоростью 10G и больше, что уже не является экзотикой, используемый в серверном оборудовании, и появляющийся на материнских платах для обычных ПК (например, ASRock Fatal1ty X399 Professional Gaming или ASUS X99-E-10G WS), и становится понятно, что проблема не в том, чтобы исчерпать возможности пропускной способности шины PCI-Express, а в наличии достаточного количества линий этого интерфейса.

Неторопливость в разработке спецификаций новой версии интерфейса объяснялась неготовностью рынка полностью использовать его ресурсы. Если рассматривать SSD накопители, то с шиной SATA они «справились» очень быстро, исчерпав все ее возможности, а вот при переходе на скоростную PCIe проблема недостаточности пропускной способности шины исчезла. При использовании нескольких линий на первый план вышла производительность контроллеров, чипов памяти и т. п. Даже для видеокарт в большинстве случаев возможности PCIe 3.0 избыточны.

И все же прогресс движется, подошло время ввода в строй нового поколения интерфейса PCI-Express. Да и четырехлетний период обновления надо бы тоже поддерживать. Потому подготовлена не только финальная спецификация 4-го поколения PCIe, но и в ближайшей перспективе будет готова спецификация на 5-е поколение, но об этом чуть позже.

Изменения по сравнению с PCIe 3.0

Какие изменения в PCIe 4.0 по сравнению с 3.0? Основное, и наиболее важное для нас, конечных пользователей — это возросшие скорости передачи данных на каждую линию. Если 3.0 обеспечивала 8ГТ/с, то 4.0 — 16 ГТ/с. Соответственно, 32 ГТ/с, которые доступны, например, SSD M.2 накопителям при использовании 4 линий PCIe, превращаются в 64 ГТ/с.

Аналогично и для слота x16, обычно используемого для видеокарт. Несмотря на наличие 16 линий PCIe, скорость в версии 3.0 составляет 32 ГТ/с. В новом поколении она также удваивается и будет составлять 64 ГТ/с. Ждем более быстрых видеопроцессоров, новой видеопамяти, которые справятся с таким потоком данных.

Что еще нового и интересного? Планируется уменьшение задержек, что частенько является объектом критики и поводом участникам консорциума PCI-SIG (в частности Intel, IBM, NVidia) заниматься разработкой своих собственных стандартов интерфейсов, например, Omni Path или NVLink.

Обещается лучшая масштабируемость, улучшенная поддержка виртуализации и интеграция, бОльшая энергоэффективность и ряд других улучшений. При этом обязательной функцией новой версии интерфейса станет lane margining. Об этом чуть подробнее.

Lane margining — что это, пытаемся разобраться

Этой технологии не было в предыдущих версия PCIe. Ее цель – борьба с искажениями сигнала при увеличении скорости передачи. Не секрет, что увеличение этой скорости приводит к возникновению ошибок, искажению сигнала и заставляет уменьшать длину соединений между источником и приемником сигнала.

Соединение PCIe устройств может выполняться тремя способами:

  • Без использования коннекторов, соединение «chip-to-chip» на уровне платы.
  • С помощью платы расширения, вставляемой в разъем, например, на материнской плате.
  • С помощью объединительной платы (backplane), на которой может находиться n-ое количество разъемов.

Особенно при использовании объединительной платы возникает много рисков ухудшения сигнала. Это – перекрестные помехи, разрывы, отражения и проч. Даже влажность и температура окружающего воздуха могут влиять на скорость работы. С увеличением пропускной способности все эти отрицательные факторы только усиливаются.

Часто можно встретить такой рисунок, на котором показаны потери в линии длиной 24 дюйма на PCB FR-4 для версий PCIe 3.0 и 4.0. Как видно, с увеличением пропускной способности потери сильно возрастают.

Приводят и такой рисунок, из которого следует, что на прохождение сигнала могут иметь влияние даже различия в проектировании и производстве PCB и коннекторов. Из приведенного рисунка видно, что установленная в 5-й слот плата работает хуже, чем, например, та, которая установлена во 2-й слот. И чем выше становятся скорости, тем более усугубляется проблема.

Бороться с этими отрицательными факторами призвана обязательно присутствующая в PCIe 4.0 функция «lane margining», работающая на стороне приемника сигнала. Работает она при скорости передачи 16 ГТ/с, при этом никакого дополнительного внешнего оборудования не требуется. Эта функция работает в каждый линии PCIe. Для понимания принципа ее работы используется «глазковая диаграмма».

Судя по всему (возможно, я не прав и готов принять к сведению исправления), суть этой функции состоит в тестировании каждой линии PCIe, определении ее параметров, учете возникающих при передаче ошибок и подстройке работы в соответствии с полученными измерениями.

На рисунке представлен пример глазковой диаграммы для проверки работы линии между источником и приемником сигнала. В качестве отправной точки используется центр «глаза», и тестовый сигнал передается с некоторым шагом, смещаясь влево и вправо от начала координат для выяснения положений, при которых уровень ошибок становится недопустимым. Тем самым определяется временной интервал сигнала (горизонтальная ось).

Аналогично проверка может проводиться и по вертикальной оси для выяснения границ изменения амплитуды сигнала. Тем самым получается область, при нахождении параметров сигнала внутри которой обеспечивается оптимальная скорость и условия передачи данных.

«Lane margining» позволяет учитывать изменения условий работы, поддерживать максимальную скорость передачи, реагировать на увеличение количества возникающих ошибок и корректировать параметры сигнала.

Теперь становится более понятным 2-й рисунок, на котором видно, что на диаграммах раскрытие «глаза» для второго устройства большое, а, значит, и возможностей для быстрой передачи данных много. В то же время «глаз» для 5-го устройства почти закрыт и уровень ошибок будет значительным, что потребует уменьшения скорости передачи и, соответственно, более медленную работу устройства в этом слоте.

Когда ждать PCIe 4.0 и перспективы

Финальная спецификация готова, остается дождаться выхода материнских плат и устройств, использующих новую версию интерфе

andiriney.ru

Шины PCI и PCI Express

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.

Содержание статьи

История шины PCI и ее проблемы

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

Разрядность шины (бит)Частота (МГц)Пропускная способность (МБ/c)Целевой рынок
3233132Десктопы/мобильные системы
3266264Серверы
6433264Серверы
6466512Серверы

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.

Порекомендуйте Друзьям статью:

biosgid.ru

Обновлено: 03.02.2019 — 17:31

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о