Was ist eine PCI-E-Karte? Der Unterschied zwischen PCI vs PCI-X vs PCI-E

Was ist ein PCI-E?

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) ist eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle für eine effiziente Datenübertragung zwischen elektronischen Komponenten. Sie wird typischerweise in Desktop-, Mobil- und Serversystemen verwendet. Sie kann auch an bestimmten Stellen für andere vernetzte Geräte funktionieren, wie z. B. Set-Top-Boxen und Spielkonsolen.

PCIe ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die PCIe-konforme Geräte auf einer Hauptplatine mit Erweiterungskarten oder Speichergeräten wie SSDs oder Festplatten verbindet. PCIe-Steckverbinder verwenden differentielle Signale, um Daten über einzelne Kupferpaare zu übertragen, und können Geschwindigkeiten von bis zu 16 GT/s erreichen.

Für optimale Leistung und Kompatibilität während der Übertragung nutzt der PCIe-Standard verschiedene Kanalgrößen, um je nach Geschwindigkeitsanforderungen des Netzwerks zwei oder mehr Komponenten gleichzeitig zu verbinden. Beispielsweise werden umfangreichere Lanes (z. B. x16) im Allgemeinen für Geräte mit hohen Bandbreitenanforderungen verwendet, etwa Grafikkarten für hochauflösende Inhalte. Im Vergleich dazu sind kleinere Lanes (z. B. x1) für langsamere Peripheriegeräte (z. B. USB- oder SATA-Anschlüsse) reserviert.

Was ist eine PCIe-Karte und wie funktioniert sie?

PCIe-Karte (auch bekannt als PCI Express-Karte, PCIe-basierte Karte) ist ein Netzwerkadapter mit einer PCIe-Schnittstelle für Konnektivität auf Motherboard-Ebene, die als Erweiterungskartenschnittstelle verwendet wird. PCIe-basierte Erweiterungskarten sind speziell dafür konzipiert, in PCIe-Steckplätze auf den Motherboards von Geräten wie Hosts, Servern und Netzwerk-Switches eingesetzt zu werden, und die meisten neuen PC-Motherboards verfügen heute über PCIe-Steckplätze zur Installation von PCIe-Karten in den entsprechenden PCIe-Steckplätzen.

Anstatt Daten aus mehreren Quellen wie ein Bus zu verarbeiten, können PCI Express-Karten steuern, wohin die Daten gehen, indem sie eine Reihe von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über einen Switch ermöglichen. Wenn eine PCIe-Karte eingesetzt wird, wird eine logische Verbindung zwischen dem Steckplatz und der Karte zur Kommunikation hergestellt, wodurch eine Interconnect-Verbindung oder ein Link entsteht. Dadurch wird ein Punkt-zu-Punkt-Datenkommunikationskanal zwischen den beiden PCIe-Ports realisiert, sodass beide gemeinsame PCI-Anfragen und Interrupts senden und empfangen können.

Was ist die Hauptverwendung eines PCIe-Steckplatzes?

PCIe-Steckplätze können Ihrem System außerdem zusätzliche Funktionen bereitstellen, die andernfalls aufgrund fehlenden verfügbaren Host-Speicherplatzes oder fehlender Leistung eingeschränkt sein könnten.

Zu den häufigsten Verwendungszwecken für PCIe-Steckplätze gehören Speicher-Upgrades über NVMe-SSDs, das Aufrüsten einer vorhandenen Grafikkarte zur Bereitstellung von Gaming-Leistung, das Anschließen mehrerer Monitore über eine dedizierte Karte oder das Erweitern der Netzwerkoptionen mit einem PCI-Ethernet-Adapter. Sie können auch zusätzliche USB-Anschlüsse aufnehmen und ermöglichen das Hinzufügen von Thunderbolt 3-Konnektivität, die für Privatanwender und Unternehmen immer wichtiger wird.

Weitere Verwendungszwecke umfassen den Anschluss von Audioschnittstellen zur Musikaufnahme mit hochwertigerer Tontechnik oder die Installation spezialisierter Karten (RAID-Controller oder GPU-Beschleuniger) für Deep Learning, KI-Training und andere Aufgaben, die auf große Arbeitslasten angewendet werden. Zusammenfassend ist der PCIe-Steckplatz eine ideale Lösung, um Ihr System für Leistungsverbesserungen aufzurüsten oder wenn mehrere Ports und Anschlüsse benötigt werden.

Der Unterschied zwischen PCI vs. PCI-X vs. PCI-E

Die PCI-Standard hat mehrere Verbesserungen entwickelt, die in der entsprechenden Netzwerkkarte umgesetzt wurden. Der Entwicklungsprozess besteht darin, dass PCI-Kartendienste für Privat- und Geschäftsanwender den Netzwerkanforderungen zunehmend nicht mehr gerecht werden. Eine PCI-X-Karte ist eine erweiterte Version der PCI-Karte für höhere Bandbreitenanforderungen. Die neueste Version von PCI-E ist die aktuellste Version für heutige Verbraucher und die bevorzugte Wahl beim Kauf.

Im nächsten Teil wird der Unterschied zwischen PCI vs. PCI-X vs. PCI-E vorgestellt.

Arbeitstopologie

Der Hauptunterschied zwischen den neuesten PCIe-Karten und den früheren PCI-Karten und PCI-X-Karten ist die Datenübertragungsmethode ''parallel vs. seriell''. PCI- und PCI-X-Netzwerkkarten werden nach dem ursprünglichen PCI-Standard entwickelt, einer klassischen Shared-Bus-Architektur, bei der alle peripher angeschlossenen Geräte denselben Bus parallel verwenden. Während der Datenübertragung werden Daten gleichzeitig über mehrere Leitungen gesendet und empfangen. Geräte müssen während der Kommunikation mit dem Computer am Bus warten, und je mehr Geräte Sie hinzufügen, desto stärker sinkt die Gesamtleistung. PCI-E-Karten nutzen eine neue serielle Point-to-Point-Technologie, ähnlich wie On-Board-Netzwerke, sodass jedes Gerät mit einem separaten Bus ausgestattet ist, wodurch ein effizienteres Bussystem entsteht. Eine einzelne serielle Verbindung mit höherer Taktrate kann dieselbe Datenübertragungsrate erreichen wie mehrere parallele Leitungen, die unter denselben Bedingungen betrieben werden.

Größe des Steckplatzes

Die Steckplatzgrößen auf Computer-Motherboards unterscheiden sich ebenfalls stark zwischen diesen dreien. Herkömmliche PCI-Karten gibt es in 32-Bit- und 64-Bit-Versionen mit festen Breiten, und PCI-X-Karten (die nur 64 Bit breit sind) ähneln physisch 64-Bit-PCI-Karten. Herkömmliche PCI-Steckplätze sind in der 32-Bit-Version 85mm lang; die meisten PCI-X-Karten verwenden 130mm lange 64-Bit-Steckplätze. Offensichtlich nehmen die Steckplätze und die entsprechenden NICs beträchtlichen Platz ein. PCI-E-Karten hingegen können nur in dafür vorgesehene PCIe-Steckplätze eingesetzt werden, deren Größe von der Anzahl der Lanes des PCI-E-Busses abhängt, z. B. 'x1', 'x8' usw. Die Zahl gibt die vom Steckplatz bereitgestellten 'Lanes' an. PCI-E x1-Steckplätze haben nur eine Lane und nehmen auf dem Motherboard fast keinen Platz ein, während PCI-E x32-Steckplätze mit 32 Lanes ähnlich groß wie PCI-X-Steckplätze sind.

Bandbreite

Wie bereits erwähnt, gibt es PCI-Karten in zwei verschiedenen Modellen, 32-Bit und 64-Bit, und sie arbeiten mit Bandbreiten von 33MHz bzw. 66MHz. Die potenzielle Bandbreite beträgt 133MB/s beim 32-Bit-33MHz-Standard, 266MB/s bei 32-Bit 66MHz oder 64-Bit 33MHz und 533MB/s bei 64-Bit 66MHz. Die meisten PCI-X-Netzwerkadapter sind 64-Bit und laufen typischerweise mit 66MHz, 100MHz, 133MHz und bis zu 533MHz unter PCI-X 2.0, mit einer maximalen Übertragungsrate von 1.06GB/s. Bei PCIe-Karten ist die Bandbreite erheblich verbessert und reicht von 250MB/s bis zu mehreren GB/s pro Lane, abhängig von Größe und Version der Karte. PCIe 5.0 x1 hat eine maximale Bandbreite von 3.938GB/s.

Warum benötigen Sie eine PCI-E-Karte?

Durchbricht den Engpass stärker als Vorgänger

Technologisch gesehen verzichtet die PCIe-Karte auf das herkömmliche PCI. Die PCI-X-Netzwerkkarte erfordert ein komplexes paralleles Übertragungsverfahren mit Ausrichtung und serielle Technologie, sodass jeder Kanal über eine unabhängige Bandbreite verfügt und im Übertragungsprozess nicht mit den anderen interagiert, wodurch Störungen der Netzwerkübertragung reduziert werden.

Effektive Übertragung sicherstellen

In Bezug auf die Effizienz wird die Übertragungsrate der PCIe-Karte mit zunehmender Anzahl der Kanäle nicht reduziert. Daher beeinträchtigt die Verwendung der PCIe-Karte durch den Benutzer die Datenübertragungsrate nicht, selbst wenn mehr als eine Karte auf dem Motherboard installiert ist. Wird eine PCI- oder PCI-X-Karte verwendet, verringert die Installation weiterer Karten die ursprüngliche Übertragungsrate, was durch die Shared-Bus-Topologie dieser Karten begrenzt ist.

Bietet eine wirtschaftliche Lösung

Auf der Kostenseite reduziert der Peer-to-Peer-Übertragungsansatz des PCI Express-Netzwerkadapters die Systementwicklungs- und Herstellungskosten, da Ingenieure weniger Schwierigkeiten beim Entwurf der Hardwareplattform haben.

PCI-, PCI-X- und PCI-E-Karten existieren heute nebeneinander auf dem Markt. Aufgrund der zuvor erwähnten höheren Geschwindigkeiten von PCIe-Netzwerkkarten und der Kompatibilität mit aktuellen Betriebssystemen integrieren Computerdesigner und -hersteller PCIe jedoch weiterhin in ihre neuesten Produkte. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden PCI-basierte Karten schrittweise auslaufen, und PCI-E-Karten werden einen zunehmenden Marktanteil haben.

Fazit

Anforderungen an Netzwerkübertragungsraten und High-Level-Software treiben weiterhin Durchbrüche bei der PCIe-Leistung voran. Neu erfundene PCIe-Standards sowie PCIe-Karten, die aktuellen PCI 4.x, PCIe 5.x und das noch nicht geborene PCIe 6.x, beweisen auf dem Markt, dass sie die Entwicklungslücke zwischen PCIe-basierten Karten und Hosts schließen können und großes Potenzial für die zukünftige Netzwerkentwicklung haben.