Что такое PCI Express? Имеют ли значение линии, слоты и версии PCIe?
PCI Express является популярной технологией в наши дни, и многие спрашивают, что это такое, для чего он нужен и почему так много суеты по поводу видеокарт, твердотельных накопителей и материнских плат, поддерживающих PCI Express 4.0. В этой статье мы собираемся ответить на эти вопросы. Мы также попытаемся пролить свет на то, что такое линии PCIe, какие типы слотов PCIe есть, и что нового в PCI Express 4.0. Если вам интересно узнать больше, читайте дальше
Что такое PCI Express и что он обозначает?
PCI Express означает Peripheral Component Interconnect Express и представляет собой стандартный интерфейс для подключения периферийного оборудования к материнской плате на компьютере. Другими словами, PCI Express или сокращенно PCIe — это интерфейс, который подключает к материнской плате внутренние карты расширения, такие как видеокарты, звуковые карты, адаптеры Ethernet и Wi-Fi . Кроме того, PCI Express также используется для подключения некоторых типов твердотельных накопителей, которые обычно очень быстрые.
Какие типы слотов и размеров PCI Express существуют, и что означают линии PCIe?
Для подключения плат расширения к материнской плате PCI Express использует физические слоты. Обычными слотами PCI Express, которые мы видим на материнских платах, являются PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 и PCIe x16. Число, которое следует за буквой «х», говорит нам о физических размерах слота PCI Express, который, в свою очередь, определяется количеством контактов на нем. Чем больше число, тем длиннее слот PCIe и тем больше контактов, которые соединяют плату расширения с гнездом.
Кроме того, число «х» также указывает, сколько полос доступно в этом слоте расширения. Вот как сравниваются часто используемые слоты PCIe:
- PCIe x1: имеет 1 полосу , 18 контактов и длину 25 мм
- PCIe x4: имеет 4 линии , 32 контакта и длину 39 мм
- PCIe x8: имеет 8 линий , 49 контактов и длину 56 мм
- PCIe x16: имеет 16 линий , 82 контакта и длину 89 мм
Линии PCI Express — это пути между набором микросхем материнской платы и слотами PCIe или другими устройствами, являющимися частью материнской платы, такими как разъем процессора, слоты M.2 SSD, сетевые адаптеры, контроллеры SATA или контроллеры USB.
В PCI Express каждая полоса индивидуальна, что означает, что она не может быть разделена между различными устройствами. Например, если ваша видеокарта подключена к слоту PCIe x16, это означает, что она имеет 16 независимых линий, выделенных только для нее. Никакой другой компонент не может использовать эти полосы, кроме графической карты.
Вот идея, которая может упростить вам понимание того, что такое линии PCI Express: просто представьте, что PCI Express — это магистраль, а автомобили, которые едут по ней, — это данные, которые передаются. Чем больше полос движения доступно на шоссе, тем больше автомобилей можно проехать по нему; чем больше у вас PCIe-линий, тем больше данных можно передать.
Карта PCI Express может устанавливаться и работать в любом слоте PCIe, доступном на материнской плате, если этот слот не меньше платы расширения. Например, вы можете установить карту PCIe x1 в слот PCIe x16. Тем не менее, вы не можете сделать обратное. Например, вы можете установить звуковую карту PCIe x1 в слот PCIe x16, но вы не можете установить графическую карту PCIe x16 в слот PCIe x1.
Какие версии PCI Express существуют, и какую скорость передачи данных (пропускную способность) они поддерживают?
Сегодня используются четыре версии PCI Express: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0, PCI Express 3.0 и PCI Express 4.0. Каждая версия PCIe поддерживает примерно удвоенную пропускную способность предыдущего PCIe . Вот что предлагает каждый из них:
- PCI Express 1.0: имеет пропускную способность 250 МБ / с на линию
- PCI Express 2.0: имеет пропускную способность 500 МБ / с на линию
- PCI Express 3.0: имеет пропускную способность 984,6 МБ / с на линию
- PCI Express 4.0: имеет пропускную способность 1969 МБ / с на линию
Помните, что слоты PCIe могут предложить не одну, а несколько дорожек? Значения полосы пропускания, которые мы разделили, умножаются на количество линий, доступных в слоте PCIe. Если вы хотите рассчитать, сколько пропускной способности доступно для определенной платы расширения, вам нужно умножить пропускную способность PCIe на линию на количество доступных для нее линий.
Например, графическая карта, которая поддерживает PCI Express 4.0 и подключена к слоту PCIe x16, имеет доступ к общей пропускной способности около 31,51 ГБ / с. Это результат умножения 1969 МБ / с на 16 (пропускная способность PCIe на линию * 16 линий). Впечатляет, правда?
Вот как масштабируются версии PCI Express, если принять во внимание линии PCI Express:
В будущем появятся новые версии PCI Express, такие как PCI Express 5.0 и PCI Express 6.0. Спецификация PCIe 5.0 была доработана летом 2019 года, предлагая пропускную способность до 3938 МБ / с на линию и до 63 ГБ / с в конфигурации x16. Однако, скорее всего, мы не увидим его в ближайшее время на компьютерном оборудовании потребительского уровня.
Широко ли доступна последняя версия PCI Express 4.0?
На данный момент PCI Express 4.0 является самой быстрой спецификацией, доступной для домашних компьютеров. Однако PCI Express 4.0 поддерживается только AMD на своих последних материнских платах, основанных на чипсете X570 в сочетании с процессорами AMD Ryzen третьего поколения. Если у вас их нет, нет смысла покупать видеокарты или твердотельные накопители, поддерживающие PCIe 4.0.
Говоря об этом, хотя уже есть много SSD, поддерживающих PCIe 4.0, единственными видеокартами, которые работают на PCIe 4.0, являются Radeon RX 5000 от AMD, такие как Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700 . Intel пока не предлагает поддержку PCI Express 4.0 на любом своем оборудовании.
Как PCI Express 4.0 влияет на скорость вашей видеокарты?
Некоторые задают интересный вопрос: влияет ли более быстрая и новая спецификация PCI Express 4.0 на скорость видеокарты? Быстрый ответ — нет , это не так, и вы не получаете больше кадров в секунду! Вот почему:
Когда вы играете в игру, видеокарта использует выделенную память (GDDR) для хранения текстур, используемых для рендеринга кадров на экране. Помимо тактовой частоты графического процессора, эта графическая память является наиболее важной для того, сколько кадров вы получаете каждую секунду.
Графическая карта должна использовать интерфейс PCI Express, который соединяет ее с материнской платой только тогда, когда ей нужно обмениваться данными с процессором или загружать текстуры из системной памяти (ОЗУ компьютера). Это не должно случаться часто, поскольку современные видеокарты имеют много собственной оперативной памяти. И даже если / когда это произойдет, после того, как текстуры были переданы через интерфейс PCI Express из системного ОЗУ и загружены в память видеокарты, они остаются там. Причина в том, что графическая память во много раз быстрее системной памяти.
Ни одна из видеокарт, доступных сегодня, не нуждается в полной полосе пропускания, предлагаемой слотами PCI Express 4.0 x16. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим анализом влияния PCI Express 4.0 по сравнению с PCI Express 3.0 на современные настольные компьютеры: PCI Express 4 по сравнению с PCIe 3: есть ли улучшение производительности?
Как насчет совместимости версий PCI Express?
Все версии PCI Express совместимы друг с другом. Например, видеокарта PCI Express 4.0 работает, даже если вы подключаете ее к материнской плате, которая поддерживает только PCI Express 3.0 или даже 2.0. Однако пропускная способность интерфейса PCI Express ограничена наименьшим фактором. Например, если вы подключаете SSD PCI Express 4.0 к материнской плате, которая поддерживает только PCI Express 3.0, этот SSD работает на PCIe 3.0. Вместо доступа к пропускной способности 7,88 ГБ / с он может использовать только 3,94 ГБ / с, поэтому его максимальная теоретическая скорость уменьшается вдвое.
У вас есть еще вопросы по PCI Express?
Теперь вы должны лучше понять, что такое PCI Express, и больше узнать о различных типах слотов PCIe, дорожках и версиях. У вас есть другие вопросы, на которые мы могли бы ответить? Если у вас есть, или если у вас есть, что добавить в эту статью, не стесняйтесь оставить комментарий ниже.
PCI Express — отличия между x1, x4, x8, x16
PC
Стандарт PCI Express является одной из основ современных компьютеров. Слоты PCI Express уже давно занимают прочное место на любой материнской плате десктопного компьютера, вытесняя другие стандарты, например, такие как PCI. Но даже стандарт PCI Express имеет свои разновидности и отличающийся друг от друга характер подключения. На новых материнских платах, начиная примерно с 2010 года, можно увидеть на одной материнской плате целую россыпь портов, обозначенных как PCIE или PCI-E, которые могут отличаться по количеству линий: одной x1 или нескольких x2, x4, x8, x12, x16 и x32.
Итак, давайте выясним почему такая путаница среди казалось бы простого периферийного порта PCI Express. И какое предназначение у каждого стандарта PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32?
Что такое шина PCI Express?
В далеких 2000-х, когда состоялся переход с устаревающего стандарта PCI (расш. — взаимосвязь периферийных компонентов) на PCI Express, у последнего было одно огромное преимущество: вместо последовательной шины, которой и была PCI, использовалась двухточечная шина доступа. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установленные в него карты, могли в полной мере использовать максимальную пропускную способность не мешая друг другу, как это происходило при подключении к PCI. В те времена количество периферийных устройств, вставляемых в карты расширения, было предостаточно. Сетевые карты, аудио карты, ТВ-тюнеры и так далее — все требовали достаточное количество ресурсов ПК. Но в отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, если рассматривать в общем, является пакетной сетью с топологией типа звезда.
PCI Express x16, PCI Express x1 и PCI на одной плате
С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице одного продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется за продуктами по своему индивидуальному маршруту, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.
Очевидно, что гипермаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина, благодаря тому, что магазин не может себе позволить пропускную способность больше чем один продавец с одной кассой.
Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.
Влияние количества линий на пропускную способность
Теперь, чтобы расширить нашу метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипермаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.
PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах : x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).
Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями. Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.
Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.
Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в магазине, то полоса x1 и будет этим единственным продавцом, обслуживающим одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами — уже 4 линии х4. И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.
Различные карты PCI Express
Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32
Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 Гбит/с, В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.
Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна смогут передавать данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.
Карта, которая физически подходит в более крупный слот — x4 или x8, например, карта расширения USB 3.0, сможет передавать данные в четыре или восемь раз быстрее соответственно.
Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.
Большинство современных видеокарт используют PCI Express
Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с, а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с.
Но в настоящее время не существует компонентов, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью. Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0. Нет смысла использовать те же полосы и для сетевой карты, которая на порту x16 будет использовать только одну линию, так как порт Ethernet способен передавать данные только до одного гигабита в секунду (что, около одной восьмой пропускной способности одной PCI-E полосы — помните: восемь бит в одном байте).
На рынке можно найти твердотельные накопители PCI-E, которые поддерживают порт x4, но они, похоже, скоро будут вытеснены быстро развивающимся новым стандартом M.2. для твердотельных накопителей, которые также могут использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как RAID-контроллеры, используют сочетание форматов x4 и x8.
Размеры портов и линий PCI-E могут различаться
Это одна из наиболее запутанных задач по PCI-E: порт может быть выполнен размером в форм-факторе x16, но иметь недостаточное количество полос для пропуска данных, например, всего например x4. Это связано с тем, что даже если PCI-E может нести на себе неограниченное количество отдельных соединений, все же существует практический предел пропускной способности полосы пропускания чипсета. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут иметь только один слот x8, даже если этот слот может физически разместить карту форм-фактора x16.
Кроме того, материнские платы, ориентированные на геймеров, включают до четырех полных слотов PCI-E с x16 и столько же линий для максимальной пропускной способности.
На примере — ASUS X99-DELUXE II RTL. Материнская плата с 4 PCI-E с x16
Очевидно, это может вызывать проблемы. Если материнская плата имеет два слота размером x16, но один из них имеет только полосы x4, то подключение новой графической карты снизит производительность первой аж на 75%. Это, конечно, только теоретический результат. Архитектура материнских плат такова, что Вы не увидите резкого снижения производительности.
Правильная конфигурация двух графических видео карт должна задействовать именно два слота x16, если Вы хотите максимального комфорта от тандема двух видеокарт. Выяснить сколько линий на Вашей материнской плате имеет тот или иной слот поможет руководство на оф. сайте производителя.
Иногда производители даже помечают на текстолите материнской платы рядом со слотом количество линий:
Метки на материнской плате PCI Express x1 и x4
Нужно знать, что более короткая карта x1 или x4 может физически вписаться в более длинный слот x8 или x16. Конфигурация контактов электрических контактов делает это возможным. Естественно, если карта физически больше, чем слот, то вставить ее не получится.
Поэтому помните, при покупке карт расширения или обновления текущих необходимо всегда помнить как размер слота PCI Express, так и количество необходимых полос.
Все, что вы хотели знать PCI Express
8 декабря 2021
Разработанная в начале 90-х годов, шина PCI, ставшая альтернативой несовместимым шинным интерфейсам и призванная устанавливать соединение класса «чип-чип», в настоящее время уже исчерпала свои ресурсы наращивания пропускной способности. Увеличение ее тактовой частоты привело к появлению сложных схем разводки и увеличению стоимости реализации.
На смену PCI приходит новая высокоскоростная шина PCI-Express (PCIe), первая базовая спецификация которой появилась в 2002 году, вторая версия — в 2007, третья — в 2010, и четвертая — в 2017, пятая, последняя на данный момент — в 2019.
Что такое PCIе
PCI Express (PCIe или PCI-E) — это компьютерная шина, в которой применяются высокопроизводительный протокол последовательной передачи данных и принцип соединения «точка-точка».
PCIe базируется на программной модели шины PCI и функционирует в полнодуплексном режиме, при котором информация передается на высоких скоростях в прямом и противоположном направлениях по независимым каналам. Такие каналы называются линиями PCIe, причем от числа линий (x1, x2, x4, x8, x16 и x32) напрямую зависит скорость работы и пропускная способность шины, измеряемая в гигатранзакциях в секунду (ГТ/с).
Какие PCI Express бывают
Интерфейс PCI-E существует в нескольких версиях — 1.0, 2.0, 3.0 и 4.0 (версии 5.0 выпущена, но практически не используется и 6.0 готовятся к выходу). При этом для каждой версии шины обозначаются по числу линий, например, PCI-E 3.0 x16.
Основное отличие версий PCIe друг от друга — схема кодирования данных, которые перед отправкой переводятся в блоки, и каждый байт исходных данных сопровождается дополнительно двумя битами. Это обеспечивает возможность передатчику и приёмнику функционировать синхронно и свободно от помех.
Так, в версиях PCIe 1.0 и PCIe 2.0 кодирование осуществляется по схеме 8b/10b. В этом случае восьмибитные блоки переводятся в десятибитные с соотношением представляющих ценность данных и информации для обеспечения корректной работы протокола 80% к 20%. Пропускная способность первой и второй версий PCIe составляет 2.5 ГТ/с и 5 ГТ/с соответственно.
PCIe 3.0 и более поздние версии предлагают более эффективную схему — 128b/130b, при которой количество полезной информации повышается до 98,46%, а скорость передачи возрастает до 8 ГТ/с (для PCIe 3.0) и до 16 ГТ/с (для PCIe 4.0). Версия PCIe 5.0 предусматривает новое удвоение скорости.
Параметры каждой версии PCI Express представлены в виде таблицы
Принцип работы PCIe
По аналогии с сетевым протоколом, архитектура PCIe также делится на уровни:
- Application Layer — на этом уровне данные пакетируются и передаются на следующий уровень под заголовком (Header+Data);
- Transaction Layer — на данном уровне полученные блоки информации проверяются на отсутствие искажений (путем сверки их кода с контрольным числом), то есть заголовок (Header+Data) дополняется кодом проверки ECRC (End to End Cyclic Redundancy Check);
- Data Link Layer — этот уровень используется для присвоения пакету уникального двухбайтового номера (Sequence Number), позволяющего сократить риск неудачной транспортировки данных. Также, помимо информации, переданной с предшествующих уровней (Header+Data+ECRC), к блоку прибавляется код LCRC (Local Cyclic Redundancy Check). Он позволяет проверить целостность полученных данных. Если принятая информация прошла проверку LCRC, то источник получает сигнал ACK (ACKnowledge), если передача не произошла, направляется сигнал NAK (Not AcKnowledge), и пакет с Sequence Number передается повторно;
- Physical Layer — на физическом уровне согласовываются условия приема PLP (Physical Layer Packets, необработанных пакетов), определяются параметры полосы — ее ширина и частота для связи с другим устройством.
При поступлении данных с предыдущего уровня информация (Header+Data+ECRC+LCRC) сопровождается стартовым байтом, который уведомляет принимающую сторону о начале блока данных. Завершается этот блок конечным байтом.
Что такое PCIe 4.0 (последняя рабочая версия)
PCIe 4.0 — стандарт, имеющий вдвое большую пропускную способность по сравнению со своим предшественником. Поэтому его используют при переходе на новые SSD-накопители и видеокарты. Это становится возможным благодаря технологии DirectStorage, которая повышает производительность SSD-накопителей, выполняющих задачи в условиях возросшей нагрузки систем ввода-вывода. Также увеличение пропускной способности PCIe 4.0 помогает видеокартам более оперативно проводить перемещение данных в память VRAM.
Кроме того, использование PCIe 4.0 обеспечивает большую целостность и надежность информации, что положительно сказывается на производительности оборудования.
Какие решения стоит ожидать в будущем
В ближайшем будущем ожидается внедрение PCI Express 5.0 и 6.0, которые разработаны под решение задач, требующих максимальной пропускной способности — это работа сетевых технологий, графических процессоров и высоконагруженных систем. Потребность в этих стандартах обусловлена ростом требований к устройствам и необходимостью появления более широких каналов передачи данных в облачных сервисах и крупных ЦОД.
Стандартом PCIe 5.0 поддерживается обратная совместимость с предыдущими версиями, в том числе с PCIe 1.0. Для этого предназначен специальный разъем для карт расширения (CEM). PCI Express 6.0 также будет обратно совместимым с ранними поколениями, однако в случае с PCIe 1.0 станет возможным получение только 4 ГБ/с в одну сторону, от порта x16. Также в версии PCIe 6.0 будет предусмотрена технология PAM4, с помощью которой станет возможной фактическая одновременная передача двух бит данных вместо одного. Несколько байт в каждом пакете данных при этом будут резервироваться, чтобы повысить качество передачи информации, выявлять и исправлять ошибки.
Технологии не стоят на месте и Сервер Гейт шагает в ногу со временем, разобраться и подобрать решения для вашего бизнеса — задача не из легкий, наши профессионалы всегда выслушают нужды клиентов и подберут подходящее серверное оборудование.
Собрать сервер
Собери свой сервер, под свои задачи и по минимальной цене!
Любой сервер можно сконфигурировать по-своему, изменив комплектующие или их количество на нужное Вам.
На что влияет количество линий PCI-Express
PCI-Express — высокоскоростная шина обмена данных, без которой не обходится ни один компьютер на протяжении вот уже полутора десятка лет. За какие соединения отвечают ее линии, на что они влияют, и как создать правильную конфигурацию без узких мест? Ответы на эти вопросы — в нашем материале.
Изначально главной целью внедрения PCI-E в пользовательские компьютеры была замена устаревшего интерфейса AGP для коммутации с видеокартой — самым требовательным к пропускной способности шины компонентом. Но этим ее сфера применения не ограничилась. В современных ПК шина используется практически повсеместно — для видеокарт, для других плат расширения, для скоростных накопителей, для связи процессора с чипсетом, для коммутации с высокоскоростными портами и дополнительными чипами встроенных устройств на материнской плате.
Что такое линии PCI-Express
Шина PCI-E масштабируется с помощью линий. В персональном ПК таких линий на связь с одним устройством может выделяться от 1 до 16, в зависимости от нужной пропускной способности. Линии PCI-E — связующие «нити» в работе всех компонентов современной системы. Именно поэтому любой платформе важно иметь достаточно таких «нитей» для поддержания необходимой скорости обмена данными между всеми компонентами ПК.
На заре становления PCI-E его коммутации с компонентами системы проходили через северный и южный мосты, которые представляли собой отдельные микросхемы на материнской плате. Для передачи данных процессору северный мост соединялся с ним по собственному каналу. В современных платформах северный мост интегрирован в процессор, по этой причине коммуникация с самым важным потребителем линий PCI-E — видеокартой — у всех современных ЦП осуществляется напрямую. Помимо выделенных линий для видеокарты, у большинства актуальных процессоров имеются отдельные линии для подключения NVME SSD.
Напрямую с ЦП по линиям PCI-E общается и чипсет (в прошлом — южный мост), находящийся на материнской плате. Он играет роль коммутатора, через который проходят данные от всех периферийных устройств, за исключением слота видеокарты и первого слота для NVME SSD на некоторых чипсетах. Общее количество линий, которое способна предложить система, складывается из линий процессора и линий чипсета — то есть, именно комбинация процессора и материнской платы определяет, сколько свободных линий PCI-E будет доступно пользователю. Однако стоит учитывать еще и скорость связи чипсета с процессором: она меньше пропускной способности линий чипсета, поэтому задействовать все их одновременно без потерь производительности просто не удастся.
В отрыве от количества линий есть еще и другая характеристика — версия PCI-E. На данный момент существуют пять поколений шины, каждая из которой отличается от предыдущей удвоением пропускной способности. В одной системе для разных внутренних соединений могут использоваться разные версии протокола.
Использование линий PCI-Express в современном ПК
В массовых платформах 16 линий от процессора идет на слот для видеокарты. Платы на флагманских чипсетах позволяют «расщепить» его на несколько слотов по 4 или 8 линий на каждый. Еще 4 линии от процессора подключаются к слоту M2 NVME для высокоскоростных накопителей, но такой «прямой» слот встречается не везде. 4 или 8 линий используются для подключения процессора к чипсету на материнской плате. Чипсет распределяет их пропускную способность между разъемами USB, SATA и распаянными на материнскую плату контроллерами — такими, как звуковой чип, сетевой контроллер или дополнительный контроллер USB/SATA/Thunderbolt, если он имеется.
Оставшиеся после этого распределения линии идут на слоты для накопителей M2 NVME, если они присутствуют — по 4 на каждый, и на слоты расширения PCI-E. Обычно на них выделяется 1 или 4 линии.
Такое устройство имеют платформы Intel, процессоры которой для коммутации с большинством устройств полагаются на возможности чипсета. Платформы AMD в этом плане немного отличаются, так как процессоры семейства Ryzen — это системы на чипе (SoC), которые кроме видеокарты и NVME SSD имеют прямое подключение к некоторому количеству портов USB, SATA и звуковому кодеку.
Особняком стоят HEDT-платформы обоих вендоров. В общем плане они не отличаются от массовых, но могут предложить пользователю до 64 свободных линий PCI-E напрямую от процессора. Эти линии можно гибко конфигурировать для видеокарт, слотов M2 NVME и прочей скоростной периферии.
LGA1151
До 6 поколения Intel использовала линии PCI-E 3.0 только для соединения процессора с видеокартой, в прочих случаях ограничиваясь PCI-E 2.0. Первой ласточкой полного перехода соединений на PCI-E 3.0 стал чипсет Z170, выпущенный в 2015 году для 6 поколения Intel Core.
Процессоры этого поколения имеют 16 линий PCI-E 3.0 для видеокарты и соединяются с чипсетом посредством шины DMI 3.0 x4, которая базируется на той же версии PCI-E. Выделенной линии для накопителя NVME еще нет, для них используются линии от чипсета. Старший чипсет Z170 обладает 20 линиями третьей версии скоростного интерфейса, следующий за ним H170 — 16 линиями. У B150 12 линий, у младшего H110 — только 6. Платы на старшем чипсете умеют разделять слот видеокарты x16 на два слота по x8, или на три по схеме x8+x4+x4. Эта особенность сохранится и у всех последующих чипсетов Z-серии.
Увидевшие свет в следующем году процессоры 7 поколения в этом плане изменений не получили, а вот возможности чипсетов для них немного расширились. У Z270 стало 24 линии, у H270 — 20, у B250 — 12.
Чипсеты, выпущенные для 8 и 9 поколения Core для сокета LGA1151 v2 унаследовали ту же конфигурацию. Впрочем, как и сами процессоры. У Z370 и Z390 все так же 24, у H370 — 20, у B360 — 12, у H310 — 6 линий третьего поколения стандарта. Новинкой в иерархии чипсетов стал только B365, который получил 20 линий PCI-E 3.0.
LGA1200
Сокет LGA1200 начал свой путь с процессоров 10 поколения Core и 400 серии чипсетов для них. Это последнее поколение, в котором не было изменений в топологии линий со времен 100 серии чипсетов. Топовый Z490 имеет 24 линии, H470 обладает 20 линиями, средний B460 — 16, а младший H610 — всего 6.
11 поколение процессоров и 500 серия чипсетов принесли поддержку PCI-E 4.0. Помимо слота нового поколения с 16 линиями для видеокарты появился и выделенный канал с 4 линиями той же версии для NVME SSD. Линк связи с чипсетом расширен до DMI 3.0 x8, но только в Z590 и H570. У первого 24 линии PCI-E, у второго — 20. Средний B560 и младший H510 остались на DMI 3.0 x4. Линий у них 12 и 6 соответственно.
LGA1700
Революция в этот сегмент пришла с сокетом LGA1700, процессорами 12 поколения и новыми платами 600 серии для них. Появилось сразу два нововведения: линии для графики стали поддерживать PCI-E 5.0, линии чипсета — PCI-E 4.0. Выделенный канал для NVME SSD остался неизменным, зато линк связи с чипсетом в очередной раз ускорился в два раза: у Z690 и H670 его перевели на режим 4.0 x8, у B660 и H610 — на 4.0 x4.
Канал связи процессора с чипсетом расширили не зря. Теперь флагманский Z690 поддерживает 12 линий PCI-E 4.0 плюс 16 линий PCI-E 3.0 против прежних 24 линий третей версии стандарта. Это открывает гораздо больше возможностей для скоростной периферии, чем в предыдущем поколении. H670 выглядит скромнее — у него по 12 линий PCI-E 3.0 и 4.0. У B660 их 6 плюс 8 соответственно, младший H610 линиями четвертой версии обделили — здесь только 8 линий PCI-E 3.0. В этом поколении разделять линии слота для видеокарты помимо Z690 научился и H670. Конфигурацию 8+4+4 для этого посчитали неактуальной, оставив лишь более привычные 8+8.
Улучшения готовящихся к выходу процессоров 13 поколения и плат на чипсетах 700 серии пока не объявлены. Скорее всего количество скоростных линий самих чипсетов немного увеличится, не затронув при этом процессорные. Кардинальных изменений ждать не стоит, так как платформа не меняет сокет и остается совместимой с платами и процессорами прошлого поколения.
LGA2066
В отличие от массовых, высокопроизводительные HEDT-платформы всегда оснащались большим количеством линий PCI-E. Не стала исключением и последняя такая платформа от Intel на сокете 2066. Единственный чипсет, выпущенный для нее — X299, обладает 24 линиями PCI-E 3.0. Повышенное количество выделенных линий у таких платформ обеспечивают не чипсеты, а сами процессоры. Если у процессоров массовых платформ на данный момент от силы 20 линий PCI-E — 16 на видеокарту и 4 на накопитель, то у процессоров HEDT количество свободных линий для коммуникации с оборудованием может достигать 64.
Впрочем, у Intel это зависит от модели процессора и его положения в иерархии. Для LGA2066 было выпущено три поколения процессоров. Старшие модели 7000 и 9000 серии имеют 44 линии PCI-E 3.0, 10000 серии — 48. При этом у средних моделей таких линий только 28, а у самых младших — лишь 16, как на массовых платформах.
Платформа LGA2066 была выпущена в 2017 году, и еще два года получала обновления в виде новых процессоров с увеличенным количеством ядер. К сожалению, последние три года о новых HEDT-платформах Intel кроме слухов ничего не слышно. Именно поэтому более современной продукции Intel в этом сегменте ни с PCI-E 4.0, ни с новейшим PCI-E 5.0 так и нет.
Первое поколение Ryzen 1000 и 300 серия чипсетов для них стали первой платформой, где был реализован отдельный канал PCI-E 3.0 x4 для NVME SSD. Соединение процессора с чипсетом происходит на аналогичной скорости, для видеокарты используется PCI-E 3.0 x16, который старший X370 и B350 умеют делить на два слота по x8. А вот с периферией тут хуже, чем у конкурента. У старшего X370 — 8 линий устаревшего PCI-E 2.0, у среднего B350 таких линий 6, у младшего A320 — всего 4.
Помимо Ryzen 1000 серии под платформу AM4 были выпущены APU на базе этого же поколения архитектуры — процессоры со встроенной графикой серии Ryzen 2000G и Athlon 200GE, а также процессоры и APU на старой архитектуре Excavator — Athlon X4 и серия APU A6/A8/A10/A12. Они имеют урезанный канал PCI-E 3.0 для видеокарты — всего 8 линий, а процессоры архитектуры Excavator вдобавок лишены 4 линий для отдельного канала NVME SSD.
Второе поколение Ryzen и 400 серия чипсетов в этом плане изменений не получили: линии у X470 и B450 аналогичны своим предшественникам X370 и B350. Процессоры Ryzen 2000 по периферийным возможностям от прошлой линейки тоже не отличаются. Выпущенным на их базе APU серии Ryzen 3000G и Athlon 3000G/ 300GE вернули полноценную поддержку разъема PCI-E для видеокарты — 16 линий версии 3.0.
А вот с выходом на рынок Ryzen 3000 и чипсетов 500 серии платформа сразу получила полный PCI-E 4.0 — и для видеокарты, и для NVME SSD, и для связи с чипсетом, и для линий самого чипсета. Правда, только в связке со старшим X570, который может предоставить до 12 линий PCI-E 4.0. Средний B550 имеет 10 линий третьей версии, да и сам связывается с процессором по PCI-E 3.0 x4. Младший A520 поддержки четвертой версии шины лишен — все коммуникации у него основаны на PCI-E 3.0, а соответствующих линий от чипсета всего 6. Как и раньше, старшая и средняя версия чипсетов поддерживают разделение слота для видеокарты на два с 8 линиями каждый.
Следующее поколение процессоров Ryzen 5000 в плане поддержки периферии изменений не получило. Именно поэтому компания AMD не стала выпускать для него новые чипсеты, ограничившись обновлением BIOS для плат на старых чипсетах. APU на базе 3000 и 5000 серий — Ryzen 4000G и 5000G — поддержки PCI-E 4.0 не получили, для всех соединений все так же используя PCI-E 3.0.
Процессоры Ryzen 7000 под сокет AM5 вкупе с чипсетами 600 серии принесли массовым платформам AMD долгожданную поддержку PCI-E 5.0. Сами ЦП обладают 16 линиями нового поколения для видеокарты и 8 такими же линиями для двух слото.в NVME SSD. Чипсеты разделены на две группы: обычные и Extreme, кратко обозначающиеся приставкой «E».
У E-версий для слота видеокарты в обязательном порядке реализован PCI-E 5.0, а также возможно разделение 16 линий дискретной графики на два слота по 8 линий. У обычных чипсетов выбор поколения шины для слота видеокарты отдан на откуп производителям платы, которые вольны использовать как пятое, так и более старое четвертое поколение интерфейса. Разделять линии этого слота они не могут.
Чипсеты подключаются к процессору по 4 линиям PCI-E 4.0. Старшие X670 и X670E предлагают 12 линий PCI-E 4.0 и 8 линий PCI-E 3.0, середнячки B650 и B650E — 8 PCI-E 4.0 и 4 PCI-E 3.0.
TR4 и sTRX4
Первая современная HEDT-платформа от AMD использует сокет TR4 и чипсет X399. В отличие от Intel, у любого процессора AMD Threadripper первого или второго поколения под эту платформу стабильное количество свободных линий PCI-E 3.0 — 60. Еще 4 линии этой версии, а также 8 линий более медленного PCI-E 2.0 добавляет чипсет, который связывается с процессором по PCI-E 3.0 x4.
Второе поколение HEDT-платформ AMD получило новый сокет sTRX4, и полностью перешло на использование PCI-E 4.0. У чипсета TRX40 64 линии обновленной версии интерфейса от процессора и 8 таких же линий от чипсета, который связывается с процессором по PCI-E 4.0 x8.
Проблема недостатка линий
Если в компьютере много периферии, требующей высокоскоростного подключения, то линий на все может не хватать. Например, в массовых платформах на полной скорости x16 можно подключить только одну видеокарту. В случае использования топового чипсета две видеокарты можно будет подключить только на «половинной» скорости x8, которая может снизить их быстродействие. В случае остальных чипсетов — только по схеме x16 + x4, последние из которых будут браться от чипсета. Такое неравновесие еще больше может усугубить производительность.
Периферийных устройств, портов и разъемов на платах часто больше, чем может обеспечить чипсет одновременно. Из-за этого приходится выбирать, каким портам и устройствам предоставить пропускную способность. Но при этом одновременно все порты и устройства задействовать не удастся. Простой пример: в некоторых системах установка второго NVME накопителя отключает порты SATA, потому что на них перестает хватать линий чипсета. Если бы последние были неограниченными, такого бы не было.
Еще одна проблема в том, что соединение чипсета с процессором использует меньше линий, чем дает сам чипсет на выходе. Именно поэтому, даже если чипсету хватает собственных линий на все устройства, последние не могут работать на полной скорости одновременно. С процессорами Intel до 11 поколения NVME-слоты общаются через чипсет, который подключен по PCI-E 3.0 x4. Если установить два таких накопителя и использовать их параллельно, то оба из них не смогут одновременно смогут передавать данные процессору на полной скорости из-за бутылочного горлышка, находящегося в соединении чипсета. Особенно это может помешать при активном RAID.
У чипсетов 300 и 400 серии AMD под процессоры Ryzen другая проблема: линии чипсета поддерживают лишь PCI-E 2.0. Поэтому при установке второго SSD в слот, подключенный к чипсету, он попросту потеряет половину своей скорости.
Последние массовые платформы обеих компаний частично лишены этих недостатков за счет использования каналов связи с чипсетами с более высокой пропускной способностью. Но полностью избавить от них могут только HEDT-платформы, которые обладают гораздо большим количеством линий PCI-E. На таких платформах нехватка линий может возникнуть только в самых крайних случаях: при одновременном использовании более двух видеокарт вкупе с большим количеством высокоскоростных SSD.
Итоги
Теория — это хорошо, но практика — лучше. В следующей таблице рассмотрим комбинации современных процессоров с чипсетами, при которых все устройства, требующие высокой скорости обмена информацией с системой, получат полную пропускную способность по линиям PCI-E. Учитывать платы расширения, которым требуется для работы только одна линия — проводные и беспроводные сетевые адаптеры, звуковые карты и прочее — здесь не будем, так как данные устройства незначительно влияют на общую пропускную способность.