Что такое pci express? имеют ли значение линии, слоты и версии pcie?

Введение

С учетом всего вышеперечисленного у нас остается только один весомый аргумент в пользу X570 – апгрейд NVMe SSD. Процессоры AMD Zen 2 Ryzen 3000 – это первые в мире процессоры пользовательского класса с поддержкой версии интерфейса PCI-Express 4.0, которая предлагает вдвое большую пропускную способность по сравнению с PCIe 3.0. Каждая линия обеспечивает передачу данных со скоростью 16 Гбит/с (или 2 ГБ/с) – таким образом, четырехлинейный интерфейс M.2 NVMe SSD дает максимальную скорость 8 ГБ/с. На Computex-2019 было представлено много моделей M.2 NVMe SSD популярных марок, поддерживающих PCI-Express 4.0 и предлагающих скорости последовательной передачи данных в районе 5000 МБ/с и выше. Такие показатели производительности заведомо выше тех, которые может предложить версия интерфейса PCIe 3.0 x4: там теоретический лимит скорости на четырех линиях составляет 4 ГБ/с, а фактические значения ближе к 3.5 ГБ/с. Увеличение скорости SSD всегда приветствуется, поскольку накопители по-прежнему остаются одними из самых медленных компонентов современных ПК.

Исходя из этого, мы решили протестировать на платформе Ryzen 3000 один из таких недавно анонсированных SSD с поддержкой PCI-Express 4.0, а именно – модель NVMe SSD Gen4 серии GIGABYTE AORUS – диск формата M.2-2280, объединяющий в себе контроллер Phison PS5015-E16, флэш-память 3D TLC NAND от Toshiba и DRAM-кэш. Согласно документации, этот накопитель предлагает скорости чтения и записи до 5000 и 4400 МБ/с соответственно. Что интересно – похоже, все выпущенные к настоящему моменту пользовательские диски с PCIe 4.0 имеют в своем составе этот контроллер.

В данном обзоре мы рассмотрим результаты тестирования вышеупомянутого диска GIGABYTE AORUS на материнской плате ASRock X570 Taichi с текущим флагманским процессором AMD Ryzen 9 3900X; основной исследуемый вопрос здесь – как изменяется производительность SSD в реальных приложениях в зависимости от версии интерфейса PCIe: 4.0, 3.0 и 2.0. Мы специально сфокусировались на тестах из реальной практики, поскольку не хотели просто гонять программу, которая может выдать более презентабельный результат, чем тот, который вы получите в работе со своими приложениями.

Для сравнения мы протестировали на платформе AMD также диск ADATA SX8200 Pro с интерфейсом PCI-Express 3.0, который работал настолько быстро, насколько мог. Эти результаты показывают производительность, предлагаемую SSD с предыдущей версией интерфейса и другим контроллером (Silicon Motion SM2262ENG).

Впечатляющие результаты синтетических тестов приведены ниже. Они подтверждают, что PCI-Express 4.0 действительно предлагает более высокую скорость по сравнению с предыдущими версиями PCI-Express.

Содержание

Обманка с фирменными утилитами и технологиями

Всё богатство фантазии маркетологов проявляется в придумывании фирменных технологий и утилит. Сейчас во всех материнских платах применяются фирменные технологии производителя, и, конечно же, все они комплектуются фирменными утилитами.

На самом деле фирменная технология — это, за редким исключением, маркетинговая «утка». Как правило, придумывается оригинальное название, под которым скрывается отнюдь не фирменная технология. Классический пример — технология динамического переключения фаз питания процессора. У каждого производителя есть свое название этой технологии, которая реализуется у всех одинаково, а разработана была компанией Intel. И таких примеров можно привести очень много. Пожалуй, рекордсменом здесь можно считать компанию ASRock, которая «наклепала» целую кучу фирменных, правда довольно сомнительных, технологий. ASRock XFast USB, XFast RAM, XFast LAN — вот лишь некоторые из тех фирменных технологий, которые применяет в своих платах компания ASRock. Понятно, что речь в данном случае идет не о технологиях, а о программных утилитах, которые привязаны к «железу». Как следует из названия, утилита ASRock XFast USB предназначена для ускорения работы подключаемого USB-накопителя, XFast RAM — для ускорения работы оперативной памяти, а XFast LAN — для ускорения работы в Сети. Загвоздка лишь в том, что нигде не поясняется, как именно работают эти утилиты, что, конечно же, вызывает к ним серьезное недоверие.

К примеру, по заявлению производителя, утилита ASRock XFast USB способна существенно увеличить скорость передачи данных по интерфейсу USB 2.0 или USB 3.0. Сразу же возникает резонный вопрос: если бы такое было действительно возможно, причем исключительно программным способом, то неужели бы производители USB-контроллеров не реализовали это в своих драйверах? На самом деле утилита ASRock XFast USB является разработкой компании FNet Corporation и известна также под названием FNet TurboHDD USB. Раньше эта утилита использовалась некоторыми производителями внешних USB-дисков и флэшек в продуктах, но широкого распространения так и не получила, в настоящее время производители USB-дисков и флэшек ее практически не применяют (интересно, кстати, почему).

Если тестировать утилиту ASRock XFast USB не с помощью синтетических тестов (типа IOmeter), а измерять реальную скорость копирования данных по USB-интерфейсу, то выясняется, что она не только не увеличивает скорость передачи данных, а, наоборот, уменьшает ее. Печально, но с реальными тестами не поспоришь.

Что ж, пойдем дальше. Все производители материнских плат комплектуют свои изделия фирменными утилитами для настройки, разгона и мониторинга системы. Но проблема в том, что в большинстве случаев эти утилиты работают, увы, некорректно. Ни одна из них не позволит разогнать процессор так, как это можно сделать в настройках BIOS. Показания таких утилит относительно температуры процессора и его энергопотребления вызывают сильное недоверие.

Пожалуй, полезны только утилиты для управления скоростью вращения вентилятора кулера процессора. Правда, они есть далеко не у каждого производителя. Если точнее, то правильно реализованы такие утилиты на платах компаний ASUS и GIGABYTE.

Так что ко всем фирменным утилитам тоже стоит относиться скептически.

Устаревшие поколения

Стандартным интерфейсом для подключения видеокарт на данный момент является шина PCI-Express (PCIe или PCI-E), которая пришла на смену AGP.

Основное различием между PCI-Express 16x и PCI-Express 2.0 в том, что в версии 2.0 была увеличена максимальная пропускная способность до 8 Гбит/с в каждом направлении, а также увеличивает возможности энергоподачи до 300 Вт, для этого на видеокарты устанавливается 2 x 4-штырьковый разъем питания.

PCI-Express реализован в различных версиях, отличающихся пропускной способностью: 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32х. Видеоинтерфейс PCI-E 16x обеспечивает пропускную способность равную 4 Гб/с в каждом направлении. Также были реализации PCI-Exp 8x (в бюджетных SLI- или CrossFire-решениях) и PCI-E 4x (или PCI-Express Lite).

Конечно, чем выше пропускная способность видеокарты, тем выше производительность и FPS в играх. Однако, у видеоинтерфейса AGP пропускная способность была практически такой же, как и у ранних версиях PCI-Express, и преимущество последнего было в масштабировании, а значит можно было подключить одновременно до четырех видеокарт.

Стандарт PCI-Express обеспечивает мощность питания: по напряжению 3,3 В до 3 А, по 12 В – до 5,5 А. Таким образом всего до 76 Вт отдаваемой видеокарте мощности. Но даже этого некоторым видеокартам не хватает и на них устанавливают один или несколько дополнительных 6-контактных разъема PCI-Express, при этом каждый способен дополнительно обеспечить ток по шине 12 В – до 6 А, а значит всего 72 или 144 Вт мощности. Значит PCI-Express 1.1 может обеспечить питание видеокарты, которые потребляют до 220 Вт электроэнергии.

Видеостандарт AGP имеет до 42 Вт отдаваемой мощности, так как по шине питания 3,3 В видеокарта потребляет до 6 А, по 5 В – до 2 А, по 12 В – 1А.

AGP

AGP (Accelerated Graphics Port) –32-битная системная шина для видеокарты. Стандарт был разработан в 1997 году компанией Intel. Хоть стандарт является устаревшим, в продаже все еще можно встретить видеокарты с этим видеоинтерфейсом.

Для сравнения с пропускной способностью PCI Express приведем пример нескольких вариантов шины AGP:

• AGP 1х — 266 Мб/с;
• AGP 2х — 533 Мб/с;
• AGP 4х -1,07 Гб/с;
• AGP 8х — 2,1 Гб/с.

Совместимость видеокарты и материнской платы

Есть несколько моментов, по которым можно узнать, совместима ли видеокарта с материнской платой или нет.

1. Разъем AGP или PCI-Е 16

Сейчас все современные видеокарты идут с разъемом PCI-Е 16, но если вы модернизируете старую видеокарту, то посмотрите какой разъем для видеокарты, установлен в материнку.

AGP

PCI-Е 16

2. Интерфейс PCI-Е 16 версии 2.0 и 3.0

У современных разъемов для видеокарты, есть две версии слота PCI-E, это 2.0 и 3.0. Это своего рода как usb 2.0 и 3.0. Соответственно, если ваша материнская плата поддерживает 3.0, то чтобы получить максимальную производительность, нужно брать с поддержкой 3.0. А если вы возьмете видеокарту со слотом 3.0, а в материнке будет стоять разъем 2.0, то вы просто переплатите деньги, а видеокарта будет работать со скоростью 2.0.

Посмотреть это можно на материнской плате или же в характеристиках материнской платы на сайте производителя. Например вот страница с моей материнской платой.

• 2 PCI-e слота с поддержкой 3.0 и 2.0 (могут работать и так и так)
• 1 PCI-e слот с поддержкой 2.0
• 2 PCI-e слота 2.0 (не видео слот)
• 2 PCI слота

Самое главное, чтобы был PCI Express 3.0, так же надпись можно увидеть на материнской плате.

3. SLI или CrossFire

Если вы геймер и любите выжимать полную мощь от видеокарт, то поддержка SLI или CrossFire вам просто необходимо. Эта поддержка даст вам возможность объединить 2 видеокарты и играть в самых тяжелых играх не только на ультра настройках, да ещё и на нескольких мониторах!

CrossFire в видеокартах ATI, а SLI в видеокартах nVidia

4. Мощность процессора

Учтите, что если вы возмете мощную видеокарту и у вас будет установлен слабый процессор, то видеокарта просто не будет работать на полную мощь, т.к. процессор не будет успевать обрабатывать информацию. Для того чтобы точно узнать соответствие процессора к видеокарте, перейдите на этот сайт или же ищите в яндексе таблицу соответствия видеокарт к процессорам. Сейчас за ними не угонишься, по этому лучше всегда искать таблицы по-новее.

Вот основные моменты при проверки совместимости видеокарты и процессора. Так же не забывайте, что купив мощную видеокарту нужно проверить выдерживает ли блок питания нагрузку новой видеокарты.

PCIe SSD на шине PCI-e 2.0 или 1.0

PCI-E 2.0 x8 SSD

FusionСтив Возняк

1. Они не могут быть загрузочными
2. Нужен драйвер для использования. Драйвера есть практически подо всё, но под последние версии Linux их придётся компилировать.
3. Оптимальный размер сектора у них 4096 байт. (512 тоже поддерживается)
4. Драйвер при наихудшем сценарии может потреблять довольно много RAM (при размере сектора 512 байт)
5. Скорость работы зависит от скорости процессора, поэтому энергосберегающие технологии лучше отключать. Это и плюс и минус, так как с помощью мощного процессора устройство может работать даже быстрее, чем это указано в спецификациях
6. Нуждается в хорошем охлаждении. Для серверов это не должно быть проблемой.
7. Не рекомендуется для ESXi, так как ESXi предпочитает диски с сектором 512N, а это может повлечь большой расход памяти драйвером.
8. Брендированные версии этих SSD, как правило, не поддерживаются вендорами до уровня последнего драйвера от SanDisk (март 2019)

Скорость передачи и метод шифрования

В обозначении интерфейса PCI-E x16 цифра указывает на количество задействованных полос для передачи данных. В данном случае их 16. Каждая из них, в свою очередь, состоит из 2 пар проводов для передачи информации. Как было отмечено, более высокая скорость обеспечивается тем, что эти пары работают в дуплексном режиме. То есть передача информации может идти сразу в двух направлениях.

Для защиты от возможных потерь или искажения передаваемых данных применяется в этом интерфейсе специальная система защиты информации, которая называется 8В/10В. Это обозначение расшифровывается следующим образом: для правильной и корректной передачи 8 бит данных необходимо их дополнить 2 служебными битами для выполнения проверки правильности. В этом случае система вынуждена передавать 20 процентов служебной информации, которая для пользователя компьютера не несет полезной нагрузки. Но это плата за надежную и стабильную работу графической подсистемы персонального компьютера, и без этого уж точно никак не обойтись.

Экспорт в Word

PCIe 5.0 тоже был анонсирован

Если внедрение компонентов PCIe 4.0 не было достаточно сложным, PCI-SIG использовал Computex для анонса PCIe 5.0. Мы получим удвоение пропускной способности с 5.0. Вместо 32 ГБ/с в каждом направлении для слота x16 в PCIe 4.0 мы получим 64 ГБ/с с PCIe 5.0.

Чем быстрее, тем лучше, поэтому мы, вероятно, скоро увидим выход компонентов PCIe 5.0, верно? Может быть, некоторые компании вообще проигнорируют PCIe 4.0?

Ну, не так быстро.

AMD и ее партнеры по производству уже инвестируют в PCIe 4.0, поэтому они могут не захотеть сразу же переходить на новый уровень. Кроме того, преодоление технических проблем, связанных с внедрением PCIe 5.0, должно занять некоторое время.

Мы уже видим, что, например, PCIe 4.0 работает быстрее, чем ПК с PCIe 3.0. Это говорит о том, что мы можем не видеть PCIe 5.0 в течение достаточно долгого времени, поскольку производители компонентов и устройств совершенствуют PCIe 4.0.

С другой стороны, поскольку Intel в настоящее время не поддерживает PCIe 4.0, компания может захотеть перейти сразу к PCIe 5.0, чтобы забрать часть рынка у AMD, но это всего лишь предположение. Пока что ни AMD, ни Intel не проявляют особого интереса к PCIe 5.0, так что мы можем подождать еще несколько лет.

Пока это все о PCIe 4.0 и только для систем на базе AMD.

Применение PCI Express в компьютере. Разъемы PCI Express

Контроллер (управляющее устройство) линий PCIe не так давно встраивался только в чипсет (главную микросхему) материнской платы. Но, начиная с 2009 года, контроллер PCIe добавляется производителями также и непосредственно в центральный процессор. Это уменьшает задержки и позволяет процессору более эффективно взаимодействовать с другими устройствами. Версии и количество линий PCIe в разных моделях процессоров и чипсетов отличается. Бо́льшая их часть формируется в разъемы, размещаемые на материнской плате. Они позволяют подключать к компютеру разнообразные устройства (видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, Wi-Fi-адаптеры и др.). На материнской плате современного компьютера можно найти разъемы PCIe нескольких видов, отличающихся количеством используемых в них линий PCIe (от х1 до х16 линий). Не зависимо от того, насколько старым является компьютер, и какая версия PCIe в нем используется, эти разъемы всегда выглядят одинаково:на изображении: верхний разъем — PCIe x4, по средине — PCIe x16, внизу — PCIe x1

Разные версии PCIe являются полностью совместимыми. То есть, если в старый компьютер, где используется версии PCIe 2.0, установить, например, видеокарту с PCIe 4.0, она будет нормально работать. Однако, реальная скорость обмена данными при этом у нее будет ограничена возможностями PCIe 2.0. И наоборот, в самый новый компьютер с PCIe 4.0 можно без проблем установить старую видеокарту с PCIe 2.0. Еще одной особенностью PCIe является совместимость разных ее разъемов. В разъем PCIe x16 можно подключить не только видеокарту, но и абсолютно любое другое устройство PCIe, в том числе и с разъемом PCIe x8, PCIe x4 или PCIe x1. Совместимость разъемов сохраняется также и в обратную сторону. То есть, в разъем PCIe x1 можно установить видеокарту с разъемом PCIe x16. Физически она туда не войдет, но если разрезать заднюю стенку разъема (как на изображении ниже), то все получится. Это, конечно же, «кустарщина» и без крайней надобности так делать не нужно. Тем более, что видеокарта при таком подключении будет работать в режиме PCIe x1, что весьма негативно скажется на ее быстродействии.

В ноутбуках для установки дополнительных устройств вместо упомянутых выше разъемов используется более компактный вариант — Mini PCIe. Линии PCIe используются также для создания некоторых других разъемов, в чатности, разъемов M.2 (служат для подключения современных запоминающих устройств, а также устройств некоторых других типов).

на изображении — разъем M.2 с запоминающим устройством в нем

PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года. Основные нововведения в PCI Express 2.0:

• Увеличенная пропускная способность: ПСП одной линии 500 МБ/с, или 5 ГТ/с (Гигатранзакций/с).
• Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.
• Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).
• Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).
• Расширения структуры возможностей[уточнить] — расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом).
• Службы управления доступом — опциональные возможности управления транзакциями точка-точка.
• Управление таймаутом выполнения.
• Сброс на уровне функций — опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI functions) внутри устройства (англ. PCI device).
• Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1 (старые видеокарты будут работать в системных платах с новыми разъёмами, но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную скорость передачи данных; новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъёмах стандарта PCI Express 1.х.).

Внешняя кабельная спецификация PCIe

7 февраля 2007 года PCI-SIG выпустила спецификацию внешней кабельной системы PCIe. Новая спецификация позволяет использовать кабели длиной до 10 метров, работающие с пропускной способностью 2,5 ГТ/с.

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаётся с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

Старые материнские платы не получат PCIe 4.0

Новые процессоры AMD по-прежнему используют сокет AM4, как и предыдущие поколения Ryzen. Это означает, что новые чипы Ryzen 3000 могут быть встроены в материнские платы, созданные для процессоров Ryzen 2000, таких как материнские платы X470 и B450; однако, чтобы получить PCIe 4.0, Вам нужна более новая материнская плата, созданная для нового стандарта.

Это может стать сюрпризом для некоторых поклонников PCIe, поскольку производители материнских плат уже выпустили обновления встроенного программного обеспечения, обеспечивающие ограниченную поддержку PCIe 4.0 для старых плат. Проблема в том, что эти обновления работают только с определенными материнскими платами, которые могут справиться со строгими требованиями PCIe 4.0. Даже тогда ожидается, что обновление будет работать только с верхним слотом PCIe x16 (который обычно используется для видеокарт) и, возможно, с некоторыми слотами M.2.

AMD решила, что эти обновления были слишком сложной процедурой для обычного человека. Чтобы избежать путаницы, компания остановила их. Вы все еще можете найти некоторые обновления материнской платы в сети, которые переносят PCIe 4.0 на старые материнские платы, но они не рекомендуются. Если Вы хотите PCIe 4.0, лучший план — это приобрести новую материнскую плату и новый процессор.

Помимо процессоров Ryzen 3000 и материнских плат X570, Corsair также анонсировала Corsair MP600, SSD-накопитель M.2 NVMe, поддерживающий PCIe 4.0, со скоростью чтения почти 5000 МБ/с.

Для сравнения, производительность высокопроизводительного накопителя PCIe 3.0 M.2 NVMe составляет около 3500 Мбит/с. Новый M.2 от Corsair также имеет радиатор, чтобы держать его в прохладе. MP600 будет выпущен в июле.

Gigabyte анонсировала твердотельный накопитель Aorus NVMe Gen 4 с такой же скоростью чтения, как у Corsair MP600. Вместо большого радиатора SSD от Gigabyte поставляется с медным распределителем тепла в корпусе. Gigabyte не сказала точно, когда будет запущен SSD, но компания говорит, что он скоро появится.

Patriot, также планирует выпустить твердотельные накопители PCIe 4.0 позже в 2019 году.

Что такое PCI Express и что он обозначает?

PCI Express означает Peripheral Component Interconnect Express и представляет собой стандартный интерфейс для подключения периферийного оборудования к материнской плате на компьютере. Другими словами, PCI Express или сокращенно PCIe — это интерфейс, который подключает к материнской плате внутренние карты расширения, такие как видеокарты, звуковые карты, адаптеры Ethernet и Wi-Fi . Кроме того, PCI Express также используется для подключения некоторых типов твердотельных накопителей, которые обычно очень быстрые.

Какие типы слотов и размеров PCI Express существуют, и что означают линии PCIe? Для подключения плат расширения к материнской плате PCI Express использует физические слоты. Обычными слотами PCI Express, которые мы видим на материнских платах, являются PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 и PCIe x16. Число, которое следует за буквой «х», говорит нам о физических размерах слота PCI Express, который, в свою очередь, определяется количеством контактов на нем. Чем больше число, тем длиннее слот PCIe и тем больше контактов, которые соединяют плату расширения с гнездом.

Кроме того, число «х» также указывает, сколько полос доступно в этом слоте расширения. Вот как сравниваются часто используемые слоты PCIe:

• PCIe x1: имеет 1 полосу , 18 контактов и длину 25 мм
• PCIe x4: имеет 4 линии , 32 контакта и длину 39 мм
• PCIe x8: имеет 8 линий , 49 контактов и длину 56 мм
• PCIe x16: имеет 16 линий , 82 контакта и длину 89 мм

Линии PCI Express — это пути между набором микросхем материнской платы и слотами PCIe или другими устройствами, являющимися частью материнской платы, такими как разъем процессора, слоты M.2 SSD, сетевые адаптеры, контроллеры SATA или контроллеры USB.

В PCI Express каждая полоса индивидуальна, что означает, что она не может быть разделена между различными устройствами. Например, если ваша видеокарта подключена к слоту PCIe x16, это означает, что она имеет 16 независимых линий, выделенных только для нее. Никакой другой компонент не может использовать эти полосы, кроме графической карты.

Вот идея, которая может упростить вам понимание того, что такое линии PCI Express: просто представьте, что PCI Express — это магистраль, а автомобили, которые едут по ней, — это данные, которые передаются. Чем больше полос движения доступно на шоссе, тем больше автомобилей можно проехать по нему; чем больше у вас PCIe-линий, тем больше данных можно передать.

Карта PCI Express может устанавливаться и работать в любом слоте PCIe, доступном на материнской плате, если этот слот не меньше платы расширения. Например, вы можете установить карту PCIe x1 в слот PCIe x16. Тем не менее, вы не можете сделать обратное. Например, вы можете установить звуковую карту PCIe x1 в слот PCIe x16, но вы не можете установить графическую карту PCIe x16 в слот PCIe x1.

Какие версии PCI Express существуют, и какую скорость передачи данных (пропускную способность) они поддерживают?

Сегодня используются четыре версии PCI Express: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0, PCI Express 3.0 и PCI Express 4.0. Каждая версия PCIe поддерживает примерно удвоенную пропускную способность предыдущего PCIe . Вот что предлагает каждый из них:

• PCI Express 1.0: имеет пропускную способность 250 МБ / с на линию
• PCI Express 2.0: имеет пропускную способность 500 МБ / с на линию
• PCI Express 3.0: имеет пропускную способность 984,6 МБ / с на линию
• PCI Express 4.0: имеет пропускную способность 1969 МБ / с на линию

Помните, что слоты PCIe могут предложить не одну, а несколько дорожек? Значения полосы пропускания, которые мы разделили, умножаются на количество линий, доступных в слоте PCIe. Если вы хотите рассчитать, сколько пропускной способности доступно для определенной платы расширения, вам нужно умножить пропускную способность PCIe на линию на количество доступных для нее линий.

Например, графическая карта, которая поддерживает PCI Express 4.0 и подключена к слоту PCIe x16, имеет доступ к общей пропускной способности около 31,51 ГБ / с. Это результат умножения 1969 МБ / с на 16 (пропускная способность PCIe на линию * 16 линий). Впечатляет, правда?

Вот как масштабируются версии PCI Express, если принять во внимание линии PCI Express:

В будущем появятся новые версии PCI Express, такие как PCI Express 5.0 и PCI Express 6.0. Спецификация PCIe 5.0 была доработана летом 2019 года, предлагая пропускную способность до 3938 МБ / с на линию и до 63 ГБ / с в конфигурации x16. Однако, скорее всего, мы не увидим его в ближайшее время на компьютерном оборудовании потребительского уровня.

Конкурирующие протоколы

Кроме PCI Express, существует ещё ряд высокоскоростных стандартизованных последовательных интерфейсов, вот только некоторые из них: HyperTransport, InfiniBand, RapidIO, и StarFabric.
Каждый интерфейс имеет своих сторонников среди промышленных компаний, так как на разработку спецификаций протоколов уже ушли значительные суммы, и каждый консорциум стремится подчеркнуть преимущества именно своего интерфейса над другими.

Стандартизированный высокоскоростной интерфейс, с одной стороны, должен обладать гибкостью и расширяемостью, а с другой стороны, должен обеспечивать низкое время задержки и невысокие накладные расходы (то есть доля служебной информации пакета не должна быть велика). В сущности, различия между интерфейсами заключаются именно в выбранном разработчиками конкретного интерфейса компромиссе между этими двумя конфликтующими требованиями.

К примеру, дополнительная служебная маршрутная информация в пакете позволяет организовать сложную и гибкую маршрутизацию пакета, но увеличивает накладные расходы на обработку пакета, также снижается пропускная способность интерфейса, усложняется программное обеспечение, которое инициализирует и настраивает устройства, подключённые к интерфейсу. При необходимости обеспечения горячего подключения устройств необходимо специальное программное обеспечение, которое бы отслеживало изменение в топологии сети. Примерами интерфейсов, которые приспособлены для этого, являются RapidIO, InfiniBand и StarFabric.

В то же время, укорачивая пакеты, можно уменьшить задержку при передаче данных, что является важным требованием к интерфейсу памяти. Но небольшой размер пакетов приводит к тому, что доля служебных полей пакета увеличивается, что снижает эффективную пропускную способность интерфейса. Примером интерфейса такого типа является HyperTransport.

Положение PCI Express — между описанными подходами, так как шина PCI Express предназначена для работы в качестве локальной шины, нежели шины процессор-память или сложной маршрутизируемой сети. Кроме того, PCI Express изначально задумывалась как шина, логически совместимая с шиной PCI, что также внесло свои ограничения.

Также существуют специализированные шины для подключения чипсетов (между северным и южным мостом), созданные на базе физического протокола PCI Express (обычно x4), но с иными логическими протоколами. Например, в платформах Intel используется шина DMI, а в системах AMD с чипсетом  — шина UMI.

Описание протокола

Видеокарта для PCI Express x16

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое линией (англ. lane — полоса, ряд); это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Соединение (англ. link — связь, соединение) между двумя устройствами PCI Express состоит из одной (x1) или нескольких (x2, x4, x8, x16 и x32) двунаправленных последовательных линий. Каждое устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, с одной линией (x1).

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

• карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);
• слот большего физического размера может использовать не все линии (например, к слоту x16 можно подвести проводники передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако при этом необходимо подключить все проводники питания и заземления, необходимые для слота x16).

В обоих случаях на шине PCI Express будет использоваться максимальное количество линий, доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express. Например, карта x4 физически не поместится в стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одной линии. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины, чем разъём. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI (заметим, что шина PCI для передачи сигнала о запросе на прерывание использует отдельные физические линии IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, гигабитный Ethernet) информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне PCI Express использует метод канального кодирования 8b/10b (8 бит в десяти, избыточность — 20 %) для устранения постоянной составляющей в передаваемом сигнале и для встраивания информации о синхронизации в поток данных. Начиная с версии PCI Express 3.0 используется более экономное кодирование 128b/130b с избыточностью 1,5 %.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют метод, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных и для «размывания» спектра передаваемого сигнала. Спецификация PCI Express также предусматривает функцию скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.

Подделки из китая

Суммарные показатели производительности

По результатам проведенных тестов разница между PCI-Express 4.0 и PCI-Express 3.0 в реальных приложениях составила всего 1%. Однако, если мы посмотрим на устаревающую версию интерфейса PCI-Express 2.0, то увидим заметно большую разницу – целых 4%.

Одна из наиболее популярных моделей SSD с PCIe 3.0 – диск ADATA SX8200 Pro с контроллером SMI. Несмотря на более слабую версию интерфейса (Gen3), он все-таки смог превзойти SSD Gigabyte Gen4.

Отдельного внимания заслуживает результат этого же диска, выделенный серым цветом (с пометкой «Intel»). Этот результат получен в составе системной конфигурации с процессором Core i7-7700K, которую мы обычно используем для тестирования SSD. И хотя сравнение здесь не совсем корректное (с точки зрения соответствия друг другу отдельных компонентов каждой тестовой конфигурации), данный пример наглядно показывает, насколько сильно на производительность накопителя может повлиять апгрейд системы – в той ее части, которая вообще не относится к подсистеме хранения данных, – гораздо сильнее, чем апгрейд самого накопителя до SSD с интерфейсом PCIe 4.0.

Итоги

Как бы там ни было, а PCI-E x16 на текущий момент является безальтернативным графическим слотом и интерфейсом. Он будет актуальным еще достаточно долгое время. Его параметры позволяют создавать как компьютерные системы начального уровня, так и высокопроизводительные ПК с несколькими акселераторами. Именно за счет такой гибкости и не предвидится существенных изменений в этой нише.

Уже многие годы материнские платы оснащаются слотами стандарта PCI-E, который вытеснил своего прародителя PCI и еще более устаревшего предшественника AGP. Однако этот стандарт имеет несколько подвидов, и они могут быть расположены на материнке одновременно.

Это нередко вводит пользователей в заблуждение при выборе железа для своего компьютера. В своей статье я расскажу о PCI Express x16, так как данная спецификация является наиболее востребованной в наши дни, и вы сможете отличать её от других.