Что такое PCI Express? Имеют ли значение линии, слоты и версии PCIe?
PCI Express является популярной технологией в наши дни, и многие спрашивают, что это такое, для чего он нужен и почему так много суеты по поводу видеокарт, твердотельных накопителей и материнских плат, поддерживающих PCI Express 4.0. В этой статье мы собираемся ответить на эти вопросы. Мы также попытаемся пролить свет на то, что такое линии PCIe, какие типы слотов PCIe есть, и что нового в PCI Express 4.0. Если вам интересно узнать больше, читайте дальше
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.
Широко ли доступна последняя версия PCI Express 4.0?
На данный момент PCI Express 4.0 является самой быстрой спецификацией, доступной для домашних компьютеров. Однако PCI Express 4.0 поддерживается только AMD на своих последних материнских платах, основанных на чипсете X570 в сочетании с процессорами AMD Ryzen третьего поколения. Если у вас их нет, нет смысла покупать видеокарты или твердотельные накопители, поддерживающие PCIe 4.0.
Говоря об этом, хотя уже есть много SSD, поддерживающих PCIe 4.0, единственными видеокартами, которые работают на PCIe 4.0, являются Radeon RX 5000 от AMD, такие как Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700 . Intel пока не предлагает поддержку PCI Express 4.0 на любом своем оборудовании.
Как PCI Express 4.0 влияет на скорость вашей видеокарты?
Некоторые задают интересный вопрос: влияет ли более быстрая и новая спецификация PCI Express 4.0 на скорость видеокарты? Быстрый ответ — нет , это не так, и вы не получаете больше кадров в секунду! Вот почему:
Когда вы играете в игру, видеокарта использует выделенную память (GDDR) для хранения текстур, используемых для рендеринга кадров на экране. Помимо тактовой частоты графического процессора, эта графическая память является наиболее важной для того, сколько кадров вы получаете каждую секунду.
Графическая карта должна использовать интерфейс PCI Express, который соединяет ее с материнской платой только тогда, когда ей нужно обмениваться данными с процессором или загружать текстуры из системной памяти (ОЗУ компьютера). Это не должно случаться часто, поскольку современные видеокарты имеют много собственной оперативной памяти. И даже если / когда это произойдет, после того, как текстуры были переданы через интерфейс PCI Express из системного ОЗУ и загружены в память видеокарты, они остаются там. Причина в том, что графическая память во много раз быстрее системной памяти.
Ни одна из видеокарт, доступных сегодня, не нуждается в полной полосе пропускания, предлагаемой слотами PCI Express 4.0 x16. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим анализом влияния PCI Express 4.0 по сравнению с PCI Express 3.0 на современные настольные компьютеры: PCI Express 4 по сравнению с PCIe 3: есть ли улучшение производительности?
Как насчет совместимости версий PCI Express?
Все версии PCI Express совместимы друг с другом. Например, видеокарта PCI Express 4.0 работает, даже если вы подключаете ее к материнской плате, которая поддерживает только PCI Express 3.0 или даже 2.0. Однако пропускная способность интерфейса PCI Express ограничена наименьшим фактором. Например, если вы подключаете SSD PCI Express 4.0 к материнской плате, которая поддерживает только PCI Express 3.0, этот SSD работает на PCIe 3.0. Вместо доступа к пропускной способности 7,88 ГБ / с он может использовать только 3,94 ГБ / с, поэтому его максимальная теоретическая скорость уменьшается вдвое.
У вас есть еще вопросы по PCI Express?
Теперь вы должны лучше понять, что такое PCI Express, и больше узнать о различных типах слотов PCIe, дорожках и версиях. У вас есть другие вопросы, на которые мы могли бы ответить? Если у вас есть, или если у вас есть, что добавить в эту статью, не стесняйтесь оставить комментарий ниже.
Рассчёт линий PCI-E
Помогите, пожалуйста, с расчётом максимального количества карт, которые могут завестись на мамке gigabyte ga-z77-ds3h (https://www.gigabyte.com/Motherboard/GA-Z77-DS3H-rev-11)
Чипсет Z77, штатно на мамке 4 порта PCI-E:
1 x PCI Express x16 slot, running at x16 (PCIEX16)
1 x PCI Express x16 slot, running at x4 (PCIEX4)
2 x PCI Express x1 slots
Если я правильно понял, то 1 х16 использует процессорные линии, а 3 остальных порта — PCI-E линии чипсета, которых в чипсете Z77 должно быть 8 всего.
Если в один из чипсетных портов воткнуть хаб как в аттаче, возможно ли завести ещё 3 карты?
Сеть и периферия, насколько я понял, линии чипсета не задействуют.
PCI Express — о чём редко говорят маркетологи, и во что упираются энтузиасты
Многие продвинутые пользователи ПК и, особенно, энтузиасты мощных конфигураций сталкиваются с ситуацией, когда производительные и скоростные устройства почему-то оказываются совсем не производительными.
Так, например, после установки в систему второй видеокарты, игры с поддержкой SLI/CF начинают работать значительно быстрее, а без поддержки медленнее, чем до добавления второго ГПУ (на самом деле не лучший пример, к нему вернёмся позже). Или фактическая производительность массива из быстрых SSD оказывается значительно медленнее расчётной.
Ответ лежит на поверхности — причина в PCI Express.
Многим знакомо это название как разъём на материнской плате, в который можно навтыкать периферийных устройств, от видео и сетевых карт, до различных контроллеров и специализированных решений. Но это только вершина айсберга.
PCI-E — это линия обмена данными между процессором и устройствами. На сегодняшний день активно используются две ревизии PCI-E — это 2.0 и 3.0. Их отличие в объёме данных, которым могут обмениваться процессор и устройства за одну секунду.
Одна линия PCI-E 2.0 способна передать от/к процессору
500Мегабайт в секунду
Одна линия PCI-E 3.0 способна передать от/к процессору
1000Мегабайт в секунду
Много это или мало? Безусловно много! Так в чём же проблема?
А проблема в том, что у всех потребительских процессоров (включая новейший AMD Ryzen, но не считая топовых Core i7 c 6-ю и более ядрами) только 16 линий PCI-E.
И все эти 16 линий отдаются видеокарте. Причём если последних две, то каждая в отдельности получает лишь 8 линий и уже не может работать в режиме максимальной производительности (длительное тестирование показало, что загрузка шины видеокарты с 16-ю линиями почти никогда не превышает 50%, а следовательно для большинства игр 8-ми линий всё-таки хватит).
А как же остальные устройства? Для этого у процессора есть ещё 4 линии (у Intel DMI шина),через которую он подключается к чипсету материнской платы, который, в свою очередь, обеспечивает работу всей периферией.
До архитектуры SkyLake версия DMI 2.0 = 4x PCI-E 2.0 =
Начиная с архитектуры Skylake версия DMI 3.0 = 4x PCI-E 3.0 =
Т.е. в лучшем случае на все комплектующие кроме видеокарты выделяется полоса в 4ГБ/с, которую они делят между собой, причём, зачастую, фиксировано. Например M.2 PCI-E SSD диcки рассчитаны на работу с 4-мя линиями PCI-E 3.0 и способны выдавать скорость до 4ГБ в секунду. Но, если такой диск не подключён напрямую к процессору, а в пользовательских системах именно так и происходит, его скорость составит не более 2ГБ в секунду, даже если в спецификации написано намного больше. Или, например, массив из нескольких SATA SSD дисков, если его контроллер не подключен вместо видеокарты, также не даст производительности более 1.5ГБ в секунду. Тоже касается USB 3.1 и других скоростных интерфейсов.
Какой же из этого следует вывод? Собирая компьютер или устанавливая высокоскоростные компоненты убедитесь, что количество PCI-E линий не станет бутылочным горлышком вашей системы. В противном случае обратите внимание на более высокий класс процессоров (Intel c суффиксом -E или -EP), где количество линий непосредственно с процессора составляет 28 или даже 40 штук.
Товарищи! Вы еще забываете, что для производительности видеокарты не сильно принципиально 8х или 16х. Это видно только в очень ВЫСКОНАГРУЖЕННЫХ вычислениях, нейросетях и прочем датасайнс. В игрулях разница может быть в районе
10% между 16 и 8, и то на ультрах, с мощным процом, ссд и быстрой оперативкой.
Но машины для сеток/разработки и прочего делаются на серверных процессорах/топовых и7-и9 которые могут в 4-канала DDR4(как регистровой, так и обычной) и берут на себя много-много PCI-E дорожек. Например на новом Mac Pro в базе идет 8-миядерный XEON W-2145 на 48 дорожек, для того, чтобы тянуть на себе воз и маленькую тележку про-карт для рендеринга и прочего развлечения. Для геймеров такой уровень железа нахуй не нужен, тем более слай/кросфайр в итоге сдох в игровой индустрии, ибо сложно поддерживать эту хуйню разработчикам.
Лучше взять одну мощную видюху, ай6/райзен5 и насувать 3ггц 16гб+ оперативы под ссд на nvme и не выебываться, все на ультрах в 4к летать будет.
Какой популистский текст.
В кратце «чего не пишут маркетологи, но пишут в спецификации оборудованию»
Хороший совет. Если вам не хватает обычной легковушки — купи крузак и бед не знай.
Странная статья. Придумать ограничение, а потом с ним бороться =)
Хотя конечно если человек достаточно безумен чтобы собирать RAID из 4х SSD, воткнуть еще железяк, подключить по USB монитор, не считая пары видюх. но тут уже клиника.
Микросхемная война (4)
Продолжаем знакомиться с книгой Криса Миллера «Микросхемная война. Битва за самую критичную технологию мира».
Империя нанесла ответный удар. Не все американские производители памяти ушли с рынка. Кто-то остался. И преуспел. Но далось это тяжёлой ценой безжалостного снижения издержек и упрощения производственного процесса: меньше стадий, меньше оборудования. Другого выбора у них не было. Micron научился выживать и конкурировать с японцами.
Intel вышел из становящегося для него бесперспективным рынка DRAM, но и там не обошлось без «параноидной» стратегии Энди Гроува по повышению эффективности производства. В погоне за эффективностью пришлось уволить четверть сотрудников. Стали смотреть на японцев и копировать их методы. Девизом стало «copy exactly»: копируй точно. Это помогло: выросла выручка, снизилась себестоимость.
Но не массовое дешёвое производство приносило компании успехи в прошлом. Главный приз и в этот раз был сорван в новой ходовой технике: микропроцессорах. В 1980 году был выигран скромный контракт у IBM на процессор для первого персонального компьютера. Молодой программист Билл Гейтс взялся написать операционную систему. 12 августа 1981 года первый IBM PC был выпущен на рынок. Стоила эта громоздкая коробка с Intel 8088 внутри от 1565 долларов.
В погоне за японцами не обошлось и без толики удачи. Начиная с середины восьмидесятых, иена стала расти. Процентные ставки ФРС, наоборот, падали. Открытая архитектура IBM PC сделала возможным клонирование этой техники. Compaq и другие производители воспользовались возможностью, и скоро они стали делать намного больше персоналок, чем сам «голубой гигант». Стремительный рост производства столь же стремительно обрушивал цены. И в каждом «писюке» стоял чипсет фирмы Intel, которая стала виртуальным монополистом на рынке ПК.
Отдавать производство на откуп японцам после того, как они стали отжимать с рынков, у Кремниевой долины не было больше резона. Нужно было найти другого производителя, и он нашёлся в лице Samsung. Южнокорейское правительство рассматривала полупроводники одним из приоритетов. Ли Гон Хи съездил в Калифорнию весной 1982 года и остался в восторге от технологии HP.
Но даже для него влезть в полупроводники было слишком рискованным начинанием. Помогло южнокорейское правительство своими деньгами и «рекомендациями» ведущим банкам страны вложиться в новое производство. Благоприятная конъюнктура на рынке после ценового пакта США с Японией помогла войти на рынок безболезненно. Американцы, обозлённые на японцев, не остались в стороне и с готовностью продавали лицензии. Враг твоего врага – твой друг.
В это же время технологическое лидерство Кремниевой долины укрепилось внедрением САПР интегральной схемотехники. Об этом уже давно мечтали Карвер Мид и Лин Конвей. Ушли времена, когда инженеры Интел вычерчивали свои схемы на ватманах. DARPA не поскупилась на финансирование исследований. И вот уже в восьмидесятых вчерашние студенты организовали новые стартапы, породив индустрию проектирования микросхем. Сегодня каждый производитель пользуется софтом одного из тех трёх стартапов, доросших до мирового лидерства. Ещё одной новой областью стали беспроводные технологии, где тон начал задавать Qualcomm, по примеру других гигантов выросший на деньги Пентагона и НАСА, а затем вышедший на гражданский потребительский рынок. Нельзя сказать, что каждый оборонный контракт приносил такую пользу. Но, благодаря тому, что иногда семя падало на плодородную почву, в конце восьмидесятых появился процессор Intel 80486: маленький кремниевый чип с миллионом транзисторов в своём брюшке.
Чем плотнее паковались транзисторы в кристаллы, тем труднее становилась задача передирания технологии для СССР. Пришлось заниматься воровством не только конструкций микросхем, но и оборудования для их производства. ЦРУ заявляло, что Советы приобретали любые аспекты микроэлектронного производства, включая многие сотни машин для подготовки сырья, литографии, травления, лакирования, упаковки и тестирования. И всё же этого было мало. Кто пришлёт тебе запчасти в отсутствие договора? За недостатком снабжения пришлось ограничивать использование электроники в боевых системах. Запад не сразу понял реальных масштабов воровства технологий. Предательство агента Farewell открыла на это глаза.
Администрация Рейгана отреагировала операцией Exodus по ужесточению таможенного контроля. В результате которой были конфискованы товары на сумму около 600 миллионов долларов. Тем не менее, стратегия копирования продолжала работать. Советский Союз исправно клонировал микросхемы Интел и Моторолы. Правда, с опозданием на полдесятилетия.
Как результат этого опоздания, в восьмидесятых советские ракеты летали по заранее выработанному и сохранённому в них маршруту. А американские сами искали себе дорогу. MX падала в половине случаев в сотне метров от цели. Тополь – в 350 метрах. Отставание намечалось и в обычных вооружениях. Маршал Огарков пришёл к выводу, что преимущество США в точности ракет, противолодочной борьбе, разведке и управлении войсками может обеспечить внезапный обезоруживающий удар по ядерным арсеналам Союза.
Дисциплиной, которую продвигал Горбачёв во время визита в Зеленоград в 1987 году, делу было не помочь. Был ряд причин, замедляющих техническое развитие в позднем СССР: вмешательство КГБ, задвигающего способных, но неугодных людей на задний план, ограниченность передовых разработок военкой, изолированность от мировых ведущих производителей и, наконец, ограниченное число союзников, на которых можно было положиться в технологическом плане. Лучшее, на что оказалась способна электронная промышленность ГДР, например, не дотягивало до японских микросхем, которые были при этом вдесятеро дешевле.
Социалистический лагерь неуклонно отставал в развитии. Январь 1991 года стал наглядной демонстрацией превосходства Запада в новых системах вооружения. Самолёты с управляемые бомбами уничтожили в Заливе в 13 раз больше целей, чем обычные. И это было лишь одно из десятков новшеств. Ушли в прошлое ламповые ракеты «воздух-воздух». Микропроцессорное поколение стало вшестеро точнее. Советское оружие, находящееся на вооружении у Саддама, не помогло его армии избежать быстрого поражения. Нью-Йорк Таймс писала о триумфе кремния над сталью. Характер войны полностью изменился. Она стала, по выражению одного из советских аналитиков, «технологической операцией».
Стало уходить в прошлое и японское господство в микроэлектронике. Этому «помог» кризис 1990 года, перекрывший поток дешёвых кредитов и субсидий в перегретую отрасль. Micron и Samsung дали понять, что не только Япония может делать дёшево. Мало кто смог, подобно Sony (которые смогли утвердиться в нише распознавания образов), сохранить темп инноваций. Флеш-память была изобретена в лабораториях Toshiba уже в 1981 году. Но фирма-изобрататель не распознала потенциал открытия, и первопроходцем рынка стал Intel десятилетие спустя. И, конечно, японцы совершенно проспали подъём персональных компьютеров и связанных с ними микропроцессоров. Революция ПК пролилась золотым дождём на американские фирмы. В 1993 году Штаты вернули себе первенство в поставках полупроводников. В 1998 году Южная Корея стала крупнейшим производителем микросхем памяти. Доля японских фирм за прошедшее десятилетие упала с 90 до 20 процентов. Технологическая база для японского вызова американской гегемонии стала разрушаться.
Другой соперник США – Советский Союз – шёл дорогой полного развала. Горбачёв посетил Кремниевую долину в 1990 году, но его намерения воспользоваться идеями и технологиями будущего не сбылись. В Стенфорде советский лидер сказал:
Холодная война сегодня позади нас. Давайте не будем спорить, кто в ней победил.
Маршал Огарков в беседе с американским журналистом в 1983 году, спорить и не собирался. Он сказал за кадром:
Холодная война окончилась, и вы победили. Военная техника основана на компьютерах. Вы далеко-далеко впереди нас в компьютерах. В вашей стране любой ребёнок имеет компьютер, начиная с пятилетнего возраста.
Быстрое поражение Саддама в войне привнесло свою долю пессимизма в советские армию и спецслужбы, которые отважились на путч ГКЧП. Чрезвычайное положение продлилось всего на три дня. Это был печальный конец некогда мощной страны. Советская микроэлектроника стала начинкой для игрушек из Хэппи Мил.
Мне понравилось, что автор не приводит советский строй в указании причин неуспеха советской микроэлектроники. В мире были и другие страны, развивавшие у себя производство компьютеров и вынужденные впоследствии списать огромные суммы. Например, Бразилия. Они смогли сохранить самолётостроение, но не удержали компьютеры. В этой капиталоёмкой индустрии играет значительную роль технологическое лидерство, а также рынок сбыта. Меньше сбыт – выше издержки – ниже капиталовложения – ещё меньше сбыт. Выжил сильнейший, и далеко не в каждом сегменте рынка этот сильнейший оказался из Кремниевой долины. В конце концов победила глобализация с супермонополиями и международным разделением труда.