Что такое карта PCI-E? Различия между PCI, PCI-X и PCI-E

Что такое PCI-E?

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) — это высокоскоростной интерфейс для эффективной передачи данных между электронными компонентами. Обычно он используется в настольных компьютерах, мобильных устройствах и серверных системах. Он также может применяться в определённых местах в других сетевых устройствах, таких как телевизионные приставки и игровые консоли.

PCIe представляет собой соединение «точка — точка», которое связывает устройства, совместимые с PCIe, на материнской плате с картами расширения или устройствами хранения данных, такими как SSD или жесткие диски. Разъемы PCIe используют дифференциальные сигналы для передачи данных по отдельным медным парам и могут достигать скорости до 16 GT/s.

Для оптимальной производительности и совместимости при передаче стандарт PCIe использует различные размеры каналов для одновременного подключения двух или более компонентов в зависимости от требований сети к скорости. Например, более широкие линии (например, x16) обычно используются для устройств с высокими требованиями к пропускной способности, таких как видеокарты для контента с высоким разрешением. В свою очередь, меньшие линии (например, x1) предназначены для периферийных устройств с более низкой скоростью (например, портов USB или SATA).

Что такое карта PCIe и как она работает?

Карта PCIe (также известная как карта PCI Express, карта на базе PCIe) представляет собой сетевой адаптер с интерфейсом PCIe для подключения на уровне материнской платы, используемый в качестве интерфейса платы расширения. В частности, платы расширения на базе PCIe предназначены для установки в слоты PCIe на материнских платах таких устройств, как хосты, серверы и сетевые коммутаторы, а большинство современных материнских плат ПК оснащено слотами PCIe для установки карт PCIe в соответствующие слоты PCIe.

В отличие от шины, обрабатывающей данные из нескольких источников, карты PCI Express могут управлять направлением передачи данных, обеспечивая последовательность соединений «точка-точка» через коммутатор. При установке карты PCIe между слотом и картой создаётся логическое соединение для обмена данными, которое становится межсоединением или каналом. Таким образом реализуется канал передачи данных «точка-точка» между двумя портами PCIe, позволяющий им обоим отправлять и принимать стандартные запросы PCI и сигналы прерываний.

Каково основное назначение слота PCIe?

Слоты PCIe также могут предоставлять вашей системе дополнительные функциональные возможности, которые в противном случае были бы ограничены из-за нехватки доступного места или питания на хосте.

Наиболее распространенные варианты использования слотов PCIe включают расширение хранилища с помощью твердотельных накопителей NVMe, замену существующей видеокарты для повышения производительности в играх, подключение нескольких мониторов с помощью специализированной карты или расширение сетевых возможностей с помощью адаптера PCI Ethernet. Также можно добавить дополнительные порты USB и подключить Thunderbolt 3, который становится все более важным для домашних и корпоративных пользователей.

Другие варианты использования включают подключение аудиоинтерфейсов для записи музыки с помощью звукового оборудования более высокого качества или установку специализированных карт (RAID-контроллеров или графических ускорителей) для глубокого обучения, обучения ИИ и других задач, связанных с большими рабочими нагрузками. В заключение, слот PCIe — это идеальное решение для модернизации системы с целью повышения производительности или добавления нескольких портов и разъёмов.

Разница между PCI, PCI-X и PCI-E

Этот стандарт PCI разработала несколько усовершенствований, реализованных в соответствующей сетевой карте. Процесс разработки обусловлен тем, что службы PCI-карт для домашних и бизнес-пользователей постепенно перестают удовлетворять сетевые потребности. Карта PCI-X представляет собой усовершенствованную версию PCI, предназначенную для более высоких требований к пропускной способности. Последняя версия PCI-E является новейшей версией для современных потребительских систем и предпочтительным выбором при покупке.

В следующей части будет рассмотрено различие между PCI, PCI-X и PCI-E.

Рабочая топология

Основное различие между новейшими картами PCIe и предыдущими картами PCI и PCI-X заключается в методе передачи данных: ''параллельная или последовательная''. Сетевые карты PCI и PCI-X разработаны на основе исходного стандарта PCI — классической архитектуры общей шины, в которой все периферийно подключенные устройства используют одну и ту же шину параллельно. Во время передачи данных они одновременно отправляются и принимаются по нескольким линиям. Устройства должны ожидать освобождения шины при обмене данными с компьютером, и чем больше устройств вы добавляете, тем сильнее снижается общая производительность. Карты PCI-E используют новую последовательную технологию соединения «точка-точка», аналогичную встроенной сети, поэтому каждое устройство оснащено отдельной шиной, что обеспечивает более эффективную шинную систему. Одно последовательное соединение с более высокой тактовой частотой может обеспечить такую же скорость передачи данных, как несколько параллельных линий, работающих на той же скорости.

Размер слота

Размеры слотов на материнских платах компьютеров также существенно различаются у этих трех типов. Традиционные карты PCI выпускаются в 32- и 64-битных версиях фиксированной ширины, а карты PCI-X (имеющие ширину только 64 бита) физически похожи на 64-битные карты PCI. Традиционные слоты PCI имеют длину 85 мм в 32-битной версии; большинство карт PCI-X используют 64-битные слоты длиной 130 мм. Очевидно, что слоты и соответствующие сетевые карты занимают значительное место. В свою очередь, карты PCI-E можно устанавливать только в предназначенные для них слоты PCIe, размер которых зависит от количества линий шины PCI-E, например «x1», «x8» и так далее. Число указывает количество «линий», предоставляемых слотом. Слоты PCI-E x1 имеют только одну линию и почти не занимают места на материнской плате, тогда как 32-линейные слоты PCI-E x32 по размеру похожи на слоты PCI-X.

Пропускная способность

Как упоминалось ранее, карты PCI выпускаются в двух вариантах: 32-битном и 64-битном, и работают с пропускной способностью 33MHz и 66MHz соответственно.Потенциальная пропускная способность составляет 133MB/s при стандарте 32-bit 33MHz, 266MB/s при 32-bit 66MHz или 64-bit 33MHz и 533MB/s при 64-bit 66MHz. Большинство сетевых адаптеров PCI-X являются 64-битными и обычно работают на частотах 66MHz, 100MHz, 133MHz и до 533MHz в соответствии с PCI-X 2.0, обеспечивая максимальную скорость передачи 1.06GB/s. В картах PCIe пропускная способность значительно выше и составляет от 250MB/s до нескольких GB/s на линию в зависимости от размера и версии карты. PCIe 5.0 x1 обеспечивает максимальную пропускную способность 3.938GB/s.

Зачем нужна карта PCI-E?

Преодоление ограничений предшественников

С точки зрения технологии карта PCIe отказывается от традиционного PCI. Сетевая карта PCI-X требует сложного метода параллельной передачи с выравниванием и последовательной технологии, благодаря чему каждый канал имеет независимую полосу пропускания и не взаимодействует с другими в процессе передачи, что снижает помехи при передаче данных по сети.

Обеспечение эффективной передачи

С точки зрения эффективности скорость передачи карты PCIe не снижается с увеличением количества каналов. Поэтому при использовании карты PCIe, даже если на материнской плате установлено несколько карт, это не повлияет на скорость передачи данных. Если используется карта PCI или PCI-X, установка дополнительных карт снизит исходную скорость передачи, поскольку она ограничена топологией общей шины этих карт.

Предлагает экономичное решение

С точки зрения стоимости подход сетевого адаптера PCI Express к передаче данных между узлами снижает затраты на разработку и производство системы, поскольку инженерам проще проектировать аппаратную платформу.

Карты PCI, PCI-X и PCI-E по-прежнему представлены на рынке. Однако с учетом упомянутых ранее более высоких скоростей сетевых карт PCIe и совместимости с современными операционными системами разработчики и производители компьютеров продолжают интегрировать PCIe в свои новейшие продукты. По мере развития технологии карты на базе PCI будут постепенно вытесняться, а доля карт PCI-E на рынке будет расти.

Заключение

Требования к скоростям передачи данных по сети и программному обеспечению высокого уровня продолжают стимулировать прорывы в производительности PCIe. Недавно разработанные стандарты PCIe, а также карты PCIe, включая современные PCI 4.x, PCIe 5.x и ещё не появившиеся PCIe 6.x, демонстрируют на рынке, что способны сократить разрыв в развитии между картами на базе PCIe и хостами и обладают большим потенциалом для будущего развития сетей.