Was ist eine PCIe-Karte? Der Auswahlleitfaden für PCIe Express-Netzwerkschnittstellenkarten

Mit der steigenden Nachfrage nach Bandbreite, Flexibilität und Leistung von Netzwerkgeräten ist der PCIe-Standard schrittweise zu einer der Schlüsseltechnologien geworden. Seit seiner Einführung im Jahr 2001 wurde die PCIe-Technologie weiterentwickelt und wird in verschiedenen Arten von Netzwerkgeräten weit verbreitet eingesetzt, wobei die PCIe-Karte (PCI-Express-Karte) zweifellos ein wichtiger Bestandteil ist. In diesem Blog erfahren Sie ausführlich mehr über PCIe-Karten, damit Sie diese Technologie besser verstehen.

Was ist eine PCIe-Karte?

PCI (Peripheral Component Interconnect) ist ein Computerbus-Standard, der zum Anschließen externer Geräte an einen Computer verwendet wird. Ursprünglich 1990 von Intel entwickelt, wurde der PCI-Standard nach fünf Jahren der Entwicklung und Verbesserung im Computerbereich allmählich weit verbreitet. Heute werden PCI und die zugehörigen Standards von einer Branchenorganisation namens PCI-SIG (PCI Special Interest Group) gepflegt. Als universeller Verbindungsstandard ist PCI darauf ausgelegt, eine Vielzahl externer Hardware zu unterstützen, darunter Grafikkarten, Audiokarten und Netzwerkkarten.

Mit dem technologischen Fortschritt wird der PCI-Standard kontinuierlich mit neuen Funktionen und Leistungsverbesserungen aktualisiert und deckt eine Vielzahl von Busgeschwindigkeiten und Busbreiten ab. PCIe (PCI Express) ist der neueste Standard in dieser Reihe und wurde entwickelt, um die früheren Busstandards PCI, PCI-X und AGP zu ersetzen. PCIe behält nicht nur abwärtskompatible Softwareunterstützung bei, sondern erhöht auch die Bandbreite erheblich und bietet mehr Flexibilität als PCI.

Der PCIe-Standard hat mehrere Iterationen durchlaufen, wobei jedes Update Leistungsverbesserungen und die Ergänzung neuer Funktionen mit sich brachte. PCIe 1.0 wurde erstmals 2003 veröffentlicht, gefolgt von mehreren Versionen, als die Bandbreitenanforderungen stiegen. Bis heute gibt es sechs Versionen des PCIe-Standards: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0 und PCIe 6.0. PCIe 7.0 wird voraussichtlich 2025 verfügbar sein.

PCI Express-Karte bezeichnet jede Adapter-Erweiterungskarte, die in ein Motherboard eingesteckt wird und speziell dafür ausgelegt ist, über einen PCIe-Steckplatz verbunden zu werden. Insbesondere werden PCIe-basierte Erweiterungskarten direkt in PCIe-kompatible Motherboard-Steckplätze eingesteckt. Verschiedene Arten von Erweiterungskarten können für eine Vielzahl von Funktionen verwendet werden, wie z. B. Netzwerkanpassung, Grafikkarten, USB-Port-Erweiterung und mehr.

PCIe-Karten gibt es in fünf verschiedenen physischen Größen: x1, x4, x8, x16 und x32. Die Zahlen stehen für die Anzahl der Übertragungsleitungen auf der Karte. Je größer die Anzahl der Übertragungsleitungen, desto größer ist die Karte (obwohl x32-Karten nicht üblich sind).

Kurz gesagt, ein PCIe-Karte ist eine Netzwerkkarte, die in das Motherboard eines Hosts, Servers oder Netzwerkgeräts mit PCIe-Schnittstelle eingesetzt werden kann, um die Ports des Geräts zu erweitern. Mit diesen Erweiterungskarten kann die Datenübertragungsfähigkeit des Systems verbessert werden. Heutzutage sind fast alle Motherboards mit Steckplätzen ausgestattet, die für PCIe-Karten geeignet sind, und die Breite der Steckplätze entspricht in der Regel der Breite der Karte oder ist etwas größer.

Wie funktionieren PCIe-Karten?

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Bus ermöglicht eine PCIe-Karte über einen Switch mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, um den Datenfluss effizient zu verwalten und zu steuern. Wenn eine PCIe-Karte eingesetzt wird, wird zwischen der Karte und dem Steckplatz eine logische Verbindung, ein sogenannter 'Link', hergestellt. Dieser Link ermöglicht eine effiziente Datenübertragung und Anfrageantwort zwischen den beiden PCIe-Ports. Beispielsweise verfügen PCIe-Steckplätze typischerweise über unterschiedliche Lane-Konfigurationen, die jeweils mehrere Datenübertragungsleitungen enthalten. So enthält der x2-Link vier Signalleitungen, von denen ein Paar zum Senden von Daten und ein weiteres Paar zum Empfangen von Daten verwendet wird.

Warum eine PCIe-Karte wählen?

Vor der Einführung von PCIe-Karten gab es zwei Haupttypen von Netzwerkkarten auf dem Markt: PCI-Karten und PCI-X-Karten. Im Vergleich dazu bieten PCIe-Karten erhebliche Verbesserungen beim Schaltungsdesign und bei der Konnektivität sowie eine überlegene Leistung, wodurch sie zur häufigsten Wahl auf dem Markt geworden sind. Wenn Sie wissen möchten, warum PCIe-Karten so beliebt sind, können Sie sich auf die 'PCI VS PCI-X VS PCI-E' Artikel, um mehr über die Vorteile dieser Technologie zu erfahren.

Welche Arten von PCIe-Karten gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von PCIe-Karten, die üblicherweise aus zwei Perspektiven kategorisiert werden können: Spezifikation und Version.

Klassifizierung nach Spezifikation

Die Spezifikation einer PCIe-Karte wird hauptsächlich durch die „Anzahl der Kanäle“ ausgedrückt. Gängige Spezifikationen sind x1, x4, x8, x16 und x32. Je höher die Anzahl der Kanäle, desto stärker ist die Übertragungsleistung der Karte, aber die x32-Spezifikation der Karte ist selten und wird im Allgemeinen bei x1- bis x16-Karten verwendet. Beispielsweise hat eine x4-Karte vier Kanäle, während eine x16-Karte mehr Kanäle für höhere Datenübertragungsanforderungen hat.

PCIe-Karten passen in Steckplätze ihrer physischen Größe oder größer (max. x16), jedoch nicht in kleinere Steckplätze; z. B. passen x16-Karten nicht in x8-Steckplätze. Hergestellte PCIe-Karten variieren ebenfalls in der Größe: Full-Height-Blende - 115.95 mm, Low-Profile-Blende - 79.20 mm, volle Länge - 312 mm, halbe Länge - 175.26 mm. In der Praxis muss die PCIe-Karte zum PCIe-Steckplatz im Host oder Server passen. In einigen Fällen, wenn nicht genügend Steckplätze vorhanden sind, kann die Karte in einen breiteren Steckplatz eingesetzt werden, z. B. indem eine x8-Karte in einen x16-Steckplatz eingesetzt wird; die Karte arbeitet dann jedoch im x8-Modus, und die Datenübertragungsgeschwindigkeiten werden dadurch nicht erhöht.

Klassifizierung nach Version

Der PCIe-Standard ersetzt schrittweise die älteren Standards AGP, PCI und PCI-X. Seit seiner Einführung im Jahr 2002 hat PCIe mehrere Versionsaktualisierungen durchlaufen, um Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeiten kontinuierlich zu verbessern. Derzeit sehen wir hauptsächlich die folgenden Versionen: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 und PCIe 5.0. Jede Version verdoppelt die Übertragungsrate der vorherigen Version, und PCIe 6.0 befindet sich bereits in der Entwicklung und soll in Zukunft veröffentlicht werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass alle Versionen von PCIe-Karten abwärtskompatibel sind, was bedeutet, dass verschiedene Versionen von PCIe-Karten problemlos auf älteren Versionen von Mainboards funktionieren, die Datenübertragungen jedoch mit der Geschwindigkeit der niedrigsten Version erfolgen.

Wie wählt man die richtige PCIe-Karte aus?

Wenn Sie mit Ihrer bestehenden Netzwerkausrüstung nicht ganz zufrieden sind, ist eine PCIe-Karte angesichts des Bedarfs an höherer Leistung oder flexiblerer Erweiterbarkeit sicherlich eine gute Wahl. Vor dem Kauf müssen Sie jedoch sicherstellen, dass Ihr Gerät mindestens einen verfügbaren PCIe-Steckplatz hat. Bei der Auswahl sind einige wichtige Faktoren zu berücksichtigen:

PCIe-Kartenversion und Steckplatzbreite: Stellen Sie sicher, dass die von Ihnen gewählte PCIe-Karte mit Ihrem vorhandenen Gerät kompatibel ist.

Protokollunterstützung: Beispielsweise werden Protokolle wie RDMA, RoCE, iSCSI und FCoE unterstützt.

Controller-Chip: Controller-Chips von Marken wie Intel, Broadcom, Mellanox und Realtek sind derzeit die gängigen Optionen.

Darüber hinaus werden auch Übertragungsgeschwindigkeit, Anzahl der Ports, OS-Unterstützung, Marke und Budget berücksichtigt.

Fazit

Mit dem weiteren Fortschritt der Netzwerktechnologie erweitern sich auch die Leistung und die Anwendungsszenarien von PCIe-Karten. Von PCIe 4. x bis PCIe 6. x und sogar dem bevorstehenden PCIe 7. x treiben sie zweifellos eine Revolution im gesamten Bereich der Netzwerkausrüstung und Datenverarbeitung voran. Ob in Spielkonsolen, Servern oder High-End-Netzwerkausrüstung: PCIe-Karten werden weiterhin eine wichtige Rolle spielen, und ihr zukünftiges technologisches Potenzial ist unbegrenzt.