Che cos'è una scheda PCI-E? La differenza tra PCI, PCI-X e PCI-E

Che cos'è una PCI-E?

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) è un'interfaccia ad alta velocità per un trasferimento efficiente dei dati tra componenti elettronici. Viene generalmente utilizzata in sistemi desktop, mobili e server. Può funzionare anche in posizioni specifiche per altri dispositivi connessi in rete, come set-top box e console di gioco.

PCIe è una connessione punto-punto che collega dispositivi conformi a PCIe su una scheda madre a schede di espansione o dispositivi di archiviazione, come SSD o dischi rigidi. I connettori PCIe utilizzano segnali differenziali per trasferire dati su singole coppie di rame e possono raggiungere velocità fino a 16 GT/s.

Per prestazioni e compatibilità ottimali durante la trasmissione, lo standard PCIe utilizza una varietà di dimensioni di canale per collegare simultaneamente due o più componenti, a seconda dei requisiti di velocità della rete. Ad esempio, lane più ampie (ad es., x16) sono generalmente utilizzate per dispositivi con elevati requisiti di trasferimento della larghezza di banda, come schede grafiche per contenuti ad alta risoluzione. In confronto, lane più piccole (ad es., x1) sono riservate a dispositivi periferici a velocità inferiore (ad es., porte USB o SATA).

Che cos'è una scheda PCIe e come funziona?

Scheda PCIe (nota anche come scheda PCI Express, scheda basata su PCIe) è un adattatore di rete con un'interfaccia PCIe per la connettività a livello di scheda madre, utilizzata come interfaccia per schede di espansione. Le schede di espansione basate su PCIe, in particolare, sono progettate per essere inserite negli slot PCIe sulle schede madri di dispositivi come host, server e switch di rete, e la maggior parte delle nuove schede madri per PC oggi dispone di slot PCIe per installare schede PCIe nei corrispondenti slot PCIe.

Invece di gestire dati provenienti da più fonti come un bus, le schede PCI Express possono controllare dove vanno i dati abilitando una serie di connessioni punto-punto tramite uno switch. Quando viene inserita una scheda PCIe, viene creata una connessione logica tra lo slot e la scheda per comunicare, diventando un'interconnessione o un link. In questo modo, tra le due porte PCIe viene realizzato un canale di comunicazione dati punto-punto, consentendo a entrambe di inviare e ricevere richieste e interrupt PCI comuni.

Qual è l'uso principale dello slot PCIe?

Gli slot PCIe possono anche fornire funzionalità aggiuntive al sistema che altrimenti potrebbero essere limitate a causa della mancanza di spazio host o di alimentazione disponibili.

Gli usi più comuni degli slot PCIe includono gli aggiornamenti dello storage tramite SSD NVMe, l'aggiornamento di una scheda grafica esistente per fornire prestazioni di gioco, il collegamento di più monitor tramite una scheda dedicata o l'espansione delle opzioni di rete con un adattatore PCI Ethernet. Può anche ospitare porte USB aggiuntive e consentire di aggiungere connettività Thunderbolt 3, che sta diventando sempre più importante per gli utenti domestici e aziendali.

Altri usi includono il collegamento di interfacce audio per registrare musica utilizzando apparecchiature audio di qualità superiore o l'installazione di schede specializzate (controller RAID o acceleratori GPU) per deep learning, training di IA e altre attività applicate a grandi carichi di lavoro. In conclusione, lo slot PCIe è una soluzione ideale per migliorare il sistema in termini di prestazioni o quando sono necessarie più porte e connettori.

La differenza tra PCI vs. PCI-X vs. PCI-E

Il standard PCI ha sviluppato diversi miglioramenti, incorporati nella scheda di rete corrispondente. Il processo di sviluppo consiste nel fatto che i servizi delle schede PCI per utenti domestici e aziendali stanno gradualmente diventando incapaci di soddisfare la domanda di rete. Una scheda PCI-X è una versione potenziata della PCI per requisiti di larghezza di banda più elevati. L'ultima versione della PCI-E è la versione più recente per il consumatore attuale ed è la scelta preferita per l'acquisto.

La parte successiva introdurrà la differenza tra PCI vs. PCI-X vs. PCI-E.

Topologia di funzionamento

La differenza principale tra le più recenti schede PCIe e le precedenti schede PCI e PCI-X è il metodo di trasmissione dei dati ''parallelo vs. seriale''. Le schede di rete PCI e PCI-X sono progettate utilizzando lo standard PCI originale, una classica architettura a bus condiviso in cui tutti i dispositivi collegati perifericamente utilizzano lo stesso bus in parallelo. Durante la trasmissione dei dati, i dati vengono inviati e ricevuti simultaneamente su più linee. I dispositivi devono attendere sul bus mentre comunicano con il computer e, più dispositivi si aggiungono, più le prestazioni complessive diminuiscono. Le schede PCI-E utilizzano una nuova tecnologia seriale punto-punto, simile al networking integrato, quindi ogni dispositivo è dotato di un bus separato, creando un sistema di bus più efficiente. Una singola connessione seriale con una frequenza di clock più elevata può raggiungere la stessa velocità di trasferimento dati di più linee parallele che operano nelle stesse condizioni.

Dimensione dello slot

Anche le dimensioni degli slot sulle schede madri dei computer sono molto diverse tra questi tre. Le schede PCI tradizionali sono disponibili in versioni a 32 bit e 64 bit con larghezze fisse, e le schede PCI-X (che sono larghe solo 64 bit) sono fisicamente simili alle schede PCI a 64 bit. Gli slot PCI tradizionali sono lunghi 85mm nella versione a 32 bit; la maggior parte delle schede PCI-X utilizza slot a 64 bit lunghi 130mm. Ovviamente, gli slot e le NIC corrispondenti occupano uno spazio considerevole. D'altra parte, le schede PCI-E possono essere inserite solo in slot PCIe progettati per esse, la cui dimensione dipende dal numero di lane del bus PCI-E, ad esempio, 'x1', 'x8' e così via. Il numero indica le 'lane' fornite dallo slot. Gli slot PCI-E x1 hanno una sola lane e occupano pochissimo spazio sulla scheda madre, mentre gli slot PCI-E x32 a 32 lane hanno dimensioni simili agli slot PCI-X.

Larghezza di banda

Come accennato in precedenza, le schede PCI sono disponibili in due diversi modelli, 32-bit e 64-bit, e operano rispettivamente a larghezze di banda di 33MHz e 66MHz.La larghezza di banda potenziale è di 133MB/s nello standard 32-bit 33MHz, 266MB/s a 32-bit 66MHz o 64-bit 33MHz e 533MB/s a 64-bit 66MHz. La maggior parte degli adattatori di rete PCI-X è 64-bit e in genere funziona a 66MHz, 100MHz, 133MHz e fino a 533MHz con PCI-X 2.0, con una velocità di trasferimento massima di 1.06GB/s. Sulle schede PCIe, la larghezza di banda è notevolmente migliorata, variando da 250MB/s a diversi GB/s per lane, a seconda delle dimensioni e della versione della scheda. PCIe 5.0 x1 ha una larghezza di banda massima di 3.938GB/s.

Perché hai bisogno di una scheda PCI-E?

Supera il collo di bottiglia rispetto ai predecessori

In termini di tecnologia, la scheda PCIe abbandona il PCI tradizionale. La scheda di rete PCI-X richiede un complesso metodo di trasmissione parallela allineata e tecnologia seriale, in modo che ogni canale abbia una larghezza di banda indipendente e non interagisca con gli altri durante il processo di trasmissione, riducendo l'interferenza della trasmissione di rete.

Garantire una trasmissione efficace

In termini di efficienza, la velocità di trasmissione della scheda PCIe non verrà ridotta con l'aumento del numero di canali. Pertanto, quando l'utente utilizza la scheda PCIe, anche se sulla scheda madre è installata più di una scheda, ciò non influirà sulla velocità di trasmissione dei dati. Se si utilizza una scheda PCI o PCI-X, l'installazione di più schede ridurrà la velocità di trasferimento originale, che è limitata dalla topologia a bus condiviso di queste schede.

Offre una soluzione economica

Dal punto di vista dei costi, l'approccio di trasferimento peer-to-peer dell'adattatore di rete PCI Express riduce i costi di sviluppo e produzione del sistema, perché gli ingegneri incontrano meno difficoltà nella progettazione della piattaforma hardware.

Le schede PCI, PCI-X e PCI-E coesistono oggi sul mercato. Tuttavia, in base alle maggiori velocità delle schede di rete PCIe menzionate in precedenza e alla compatibilità con gli attuali sistemi operativi, i progettisti e i produttori di computer continuano a integrare PCIe nei loro prodotti più recenti. Con lo sviluppo della tecnologia, le schede basate su PCI verranno gradualmente eliminate e le schede PCI-E avranno una quota di mercato crescente.

Conclusione

I requisiti relativi alle velocità di trasmissione di rete e al software di alto livello continuano a promuovere progressi nelle prestazioni PCIe. Gli standard PCIe di nuova invenzione, così come le schede PCIe, gli attuali PCI 4.x, PCIe 5.x e il PCIe 6.x non ancora nato, stanno dimostrando sul mercato di poter colmare il divario di sviluppo tra le schede basate su PCIe e gli host, e di avere un grande potenziale per lo sviluppo futuro della rete.