Что такое карта PCIe? Руководство по выбору сетевой интерфейсной карты PCIe Express

С ростом требований к пропускной способности, гибкости и производительности сетевых устройств стандарт PCIe постепенно стал одной из ключевых технологий. С момента появления в 2001 году технология PCIe получила развитие и широко применяется в различных типах сетевого оборудования, важной частью которого, несомненно, является плата PCIe (плата PCI Express). В этом блоге вы сможете подробно изучить платы PCIe, чтобы лучше понять эту технологию.

Что такое карта PCIe?

PCI (Peripheral Component Interconnect) — это стандарт компьютерной шины, используемый для подключения внешних устройств к компьютеру. Первоначально разработанный компанией Intel в 1990 году, стандарт PCI после пяти лет развития и совершенствования постепенно получил широкое распространение в компьютерной сфере. Сегодня стандарт PCI и связанные с ним стандарты поддерживаются отраслевой организацией PCI-SIG (PCI Special Interest Group). Как универсальный стандарт подключения, PCI предназначен для поддержки различных внешних аппаратных устройств, включая видеокарты, звуковые карты и сетевые карты.

По мере развития технологий стандарт PCI постоянно обновляется, получая новые функции и улучшения производительности, и охватывает различные скорости и разрядности шин. PCIe (PCI Express) является последним стандартом в этой серии и предназначен для замены более ранних стандартов шин PCI, PCI-X и AGP. PCIe не только сохраняет обратно совместимую программную поддержку, но и значительно увеличивает пропускную способность и обеспечивает большую гибкость по сравнению с PCI.

Стандарт PCIe претерпел несколько итераций, и каждое обновление обеспечивало повышение производительности и добавление новых функций. PCIe 1.0 был впервые выпущен в 2003 году, после чего появилось несколько версий по мере роста требований к пропускной способности. На сегодняшний день существует шесть версий стандарта PCIe: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0 и PCIe 6.0. Ожидается, что PCIe 7.0 станет доступен в 2025 году.

Карта PCI Express — это любая плата расширения-адаптер, устанавливаемая в материнскую плату и специально предназначенная для подключения через слот PCIe. В частности, платы расширения на базе PCIe устанавливаются непосредственно в совместимые со стандартом PCIe слоты материнской платы. Различные типы плат расширения могут использоваться для выполнения разнообразных функций, таких как сетевой адаптер, графическая карта, расширение портов USB и многое другое.

Карты PCIe выпускаются пяти разных физических размеров: x1, x4, x8, x16 и x32. Эти числа обозначают количество линий передачи на карте. Чем больше количество линий передачи, тем больше размер карты (хотя карты x32 встречаются редко).

Короче говоря, a Карта PCIe Сетевая карта, которую можно установить в материнскую плату хоста, сервера или сетевого устройства с интерфейсом PCIe для расширения портов устройства. Благодаря этим платам расширения пропускная способность передачи данных системы может быть увеличена. В настоящее время почти все материнские платы оснащены слотами, подходящими для карт PCIe, а ширина слотов обычно соответствует ширине карты или немного превышает ее.

Как работают карты PCIe?

В отличие от традиционной шины, карта PCIe обеспечивает множество соединений «точка-точка» через коммутатор, что позволяет эффективно управлять потоком данных и контролировать его. При установке карты PCIe между картой и слотом устанавливается логическое соединение, называемое «каналом». Этот канал обеспечивает эффективную передачу данных и обработку ответов на запросы между двумя портами PCIe. Например, слоты PCIe обычно имеют разные конфигурации линий, каждая из которых содержит несколько линий передачи данных. Например, соединение x2 содержит четыре сигнальные линии, одна пара которых используется для передачи данных, а другая — для приема данных.

Почему стоит выбрать карту PCIe?

До появления карт PCIe на рынке существовало два основных типа сетевых карт: карты PCI и карты PCI-X. По сравнению с ними карты PCIe обеспечивают значительные улучшения в конструкции схем и подключении, а также более высокую производительность, что делает их самым распространённым выбором на рынке. Если вас интересует, почему карты PCIe настолько популярны, вы можете обратиться к 'PCI VS PCI-X VS PCI-E' статью, чтобы узнать больше о преимуществах этой технологии.

Какие бывают типы карт PCIe?

Существуют различные типы карт PCIe, которые обычно можно классифицировать с двух точек зрения: по спецификации и версии.

Классификация по спецификации

Спецификация карты PCIe в основном определяется «числом каналов». К распространенным спецификациям относятся x1, x4, x8, x16 и x32. Чем больше число каналов, тем выше пропускная способность карты, однако карты со спецификацией x32 встречаются редко и обычно используются карты от x1 до x16. Например, карта x4 имеет четыре канала, тогда как карта x16 имеет больше каналов для более высоких требований к передаче данных.

Карты PCIe устанавливаются в слоты соответствующего или большего физического размера (максимум x16), но не в меньшие слоты; например, карты x16 не подходят для слотов x8. Выпускаемые карты PCIe также различаются по размеру: полноразмерный кронштейн — 115.95 mm, низкопрофильный кронштейн — 79.20 mm, полная длина — 312 mm, половина длины — 175.26 mm. На практике карта PCIe должна соответствовать слоту PCIe на хосте или сервере. В некоторых случаях, если слотов недостаточно, карту можно установить в более широкий слот, например карту x8 в слот x16, однако тогда карта будет работать в режиме x8, и скорость передачи данных в результате не увеличится.

Классификация по версии

Стандарт PCIe постепенно заменяет более старые стандарты AGP, PCI и PCI-X. С момента появления в 2002 году PCIe претерпел несколько обновлений версий для постоянного увеличения пропускной способности и скорости передачи данных. В настоящее время в основном используются следующие версии: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 и PCIe 5.0. Каждая версия вдвое увеличивает скорость передачи данных по сравнению с предыдущей, а PCIe 6.0 уже находится в разработке и, как ожидается, будет выпущен в будущем.

Важно отметить, что все версии карт PCIe обратно совместимы, то есть карты PCIe разных версий будут нормально работать на материнских платах более ранних версий, однако передача данных будет осуществляться со скоростью, соответствующей самой младшей версии.

Как выбрать подходящую карту PCIe?

Если вы не вполне довольны своим существующим сетевым оборудованием, карта PCIe, безусловно, станет хорошим выбором с учетом потребности в более высокой производительности или более гибких возможностях расширения. Однако перед покупкой необходимо убедиться, что в вашем устройстве имеется хотя бы один свободный слот PCIe. При выборе следует учитывать несколько ключевых факторов:

Версия карты PCIe и ширина слота: Убедитесь, что выбранная вами карта PCIe совместима с имеющимся устройством.

Поддержка протоколов: Например, поддерживаются такие протоколы, как RDMA, RoCE, iSCSI и FCoE.

Микросхема контроллера: Контроллерные чипы таких брендов, как Intel, Broadcom, Mellanox и Realtek, в настоящее время являются основным выбором.

Кроме того, учитываются скорость передачи данных, количество портов, поддержка ОС, бренд и бюджет.

Заключение

По мере развития сетевых технологий расширяются также возможности и сценарии применения карт PCIe. От PCIe 4. x до PCIe 6. x и даже будущего PCIe 7. x — они, несомненно, способствуют революции во всей области сетевого оборудования и обработки данных. Будь то игровые консоли, серверы или высокопроизводительное сетевое оборудование, карты PCIe продолжат играть жизненно важную роль, а их технологический потенциал в будущем безграничен.