PCI at PCIe: mga pagkakaiba, ebolusyon at totoong gamit sa iyong PC

Informatec Digital » Kayamanan » PCI at PCIe: mga pagkakaiba, ebolusyon at totoong gamit sa iyong PC

Kung nabuksan mo na ang tower ng iyong computer at nakakita ng koleksyon ng mahahabang at maiikling slot sa motherboard , malamang ay napaisip ka na kung ano ang hitsura ng bawat isa. Sa mga pangalang tulad ng PCI, PCI-X, at PCI Express (PCIe) , madaling malito, lalo na kung gusto mong malaman kung aling card ang maaari mong isaksak sa bawat slot nang hindi nasisira ang anumang bagay.

Sa artikulong ito, susuriin natin nang masusing mabuti kung ano ang PCI at PCIe, kung paano sila gumagana, ang iba't ibang bersyon na magagamit, at ang kanilang mga pagkakaiba . Susuriin din natin ang kanilang makasaysayang ebolusyon, ang papel ng PCI-X, ang mga uri ng card na ginagamit sa bawat slot, kung paano inilalaan ang mga PCIe lane, at ang mga implikasyon para sa mga pang-araw-araw na aplikasyon tulad ng pag-install ng GPU, isang mabilis na network card, o isang NVMe SSD.

Ano ang PCI: ang klasikong pamantayan ng pagpapalawak

Ang PCI (Peripheral Component Interconnect) ay naging karaniwang expansion bus para sa mga desktop PC sa loob ng maraming taon. Binuo ng Intel noong mga unang taon ng 90s, ito ay naging isang general-purpose bus para sa lahat ng uri ng card : tunog, network, video, SCSI controllers, atbp.

Ang PCI bus na ito ay gumana gamit ang parallel at shared architecture : lahat ng konektadong device ay nagbabahagi ng iisang bus at ng available na bandwidth. Nangangahulugan ito na mas maraming device ang iyong ikinonekta, mas maraming bandwidth ang kailangan nilang ibahagi , at mas malaki ang panganib ng mga bottleneck.

Ang mga PCI card ay may 32-bit at 64-bit na bersyon , na sinamahan ng mga frequency na 33 o 66 MHz. Sa pinakakaraniwang configuration nito, ang 32-bit sa 33 MHz, ang bus ay nag-alok ng teoretikal na maximum transfer rate na 133 MB/s , isang bilis na noong panahong iyon ay higit pa sa disente para sa tunog, 10/100 networking, o 2D video.

Isa sa mga malalaking bentahe ng PCI noong panahong iyon ay ang suporta nito sa Plug and Play : ang sistema mismo ang humahawak sa alokasyon ng mapagkukunan (mga IRQ, mga memory address, atbp.) nang hindi mo na kailangang maglipat ng mga jumper o bridge tulad ng sa lumang pamantayan ng ISA. Lubos nitong pinasimple ang pag-install ng hardware para sa karaniwang gumagamit.

Sa maraming mas lumang motherboard, makakakita ka pa rin ng ilang mahahabang at mapusyaw na kulay na mga slot: iyon ang mga kumbensyonal na PCI slot , na patuloy na gumagana hangga't sinusuportahan ng chipset at operating system, bagama't ngayon ay ganap na itong napapalitan ng PCI Express.

Ano ang PCI-X at bakit bihira mo itong makita sa isang PC sa bahay?

Sa kalagitnaan ng klasikong PCI at PCI Express ay dumating ang PCI-X (PCI Extended) , isang ebolusyon na pangunahing idinisenyo para sa mga propesyonal na kapaligiran at server , kung saan mas maraming bandwidth ang kailangan para sa mga network card, storage, at RAID controller.

Nanatiling isang shared parallel bus ang PCI-X , pisikal na tugma sa mga 64-bit na PCI card, ngunit malinaw na pinataas nito ang mga operating frequency: maraming PCI-X card ang tumatakbo sa 66, 100, 133 MHz at sa PCI-X 2.0 ay umabot ito sa 533 MHz , na nakakamit ng bandwidth na humigit-kumulang 1,06 GB/s sa isang slot.

Sa pisikal na aspeto, ang mga 64-bit na PCI-X slot ay halos kapareho ng mga 64-bit na PCI slot, na may sukat na humigit-kumulang 130 mm ang haba , at samakatuwid ay sumasakop sa isang malaking espasyo sa motherboard. Ang pamilyang ito ay pangunahing idinisenyo para sa mga server at workstation , at ngayon ay halos nawala na ito at napalitan ng PCI Express.

Ano ang PCI Express at bakit nito pinalitan ang PCI?

Sa pagdating ng mas mabilis na mga processor, graphics card, hard drive, at network, malinaw na nagkulang ang PCI bus. Kinailangan ang isang mas flexible at scalable na interface, at sa gayon ay isinilang ang PCI Express (PCIe) , na siyang pamantayang nangingibabaw sa kasalukuyang mga motherboard, kapwa desktop at laptop, pati na rin sa mga server.

Hindi tulad ng PCI at PCI-X, ang PCI Express ay hindi gumagamit ng shared parallel bus. Sa halip, gumagamit ito ng point-to-point serial architecture : ang bawat device ay may nakalaang koneksyon sa isang PCIe switch o direkta sa CPU/chipset, nang hindi nagbabahagi ng bandwidth sa iba.

Kapag binuksan mo ang iyong PC, ang PCIe system ay nagsasagawa ng proseso ng pagbilang ng device : tinutukoy nito kung ano ang konektado, inaayos ang bilang ng mga lane na gagamitin ng bawat link, at bumubuo ng isang uri ng internal traffic map. Ang magandang balita ay, bagama't magkakaiba ang electronics, ang detection at configuration protocol ay tugma sa PCI , kaya hindi na kinailangang mag-imbento pa ng mga bagong device ang mga operating system.

Ang bawat PCIe lane ay binubuo ng dalawang magkaibang pares ng linya , isa para sa pagpapadala at isa para sa pagtanggap ng data, at gumagana sa full-duplex mode: maaari itong magpadala sa magkabilang direksyon nang sabay-sabay. Ang bilis bawat lane ay nakadepende sa henerasyon ng PCIe (1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0…), at ang bawat henerasyon ay karaniwang nagdodoble ng bandwidth kumpara sa nauna.

Mga Henerasyon at Bandwidth ng PCI Express

Isa sa mga malalaking bentahe ng PCIe ay ang unlad nito nang hindi binabago ang pilosopiya ng disenyo ng slot, na nagpapanatili ng backward at forward compatibility sa karamihan ng mga kaso. Gayunpaman, ang epektibong bilis ay palaging natutukoy ng pinakamabagal na bersyon na kasangkot (slot o card).

Bilang gabay, para sa bawat lane (x1), ang tinatayang bandwidth na ito ay hinahawakan bawat henerasyon (data bawat direksyon):

• PCIe 1.0: humigit-kumulang 250 MB/s bawat lane.
• PCIe 2.0: humigit-kumulang 500 MB/s bawat lane.
• PCIe 3.0: humigit-kumulang 1 GB/s bawat lane.
• PCIe 4.0: humigit-kumulang 2 GB/s bawat linya.
• PCIe 5.0: humigit-kumulang 4 GB/s bawat linya (epektibong 3,938 GB/s).
• PCIe 6.0 (kasalukuyang binubuo at mga paunang implementasyon): mas mabilis pa, gamit ang mga advanced na pamamaraan ng coding upang ipagpatuloy ang pag-scale.

Kung paramihin mo ang mga halagang ito sa bilang ng mga lane, mauunawaan mo kung bakit kayang maglipat ng napakalaking dami ng data ang isang PCIe x16 connector . Halimbawa, kahit sa mga mas lumang henerasyon:

Ang isang simpleng 32-bit na PCI bus na tumatakbo sa 33 MHz ay ​​nagresulta sa bilis na humigit-kumulang 133 MB/s para sa lahat ng pinagsamang device. Sa kabaligtaran, ang isang modernong PCIe lane sa mga bersyon 4.0 o 5.0 ay lumalampas sa bilang na iyon nang ilang beses, at ang isang x16 link ay maaaring umabot ng ilang GB/s bawat direksyon.

Mga puwang ng PCIe: x1, x4, x8 at x16

Sa pagsasagawa, kapag tiningnan mo ang isang motherboard, makikita mo ang mga PCIe slot na may iba't ibang haba. Ang mga haba na ito ay tumutugma sa pinakamataas na bilang ng mga lane na maaari nilang pisikal na ialok:

• PCIe x1: ang pinakamaikli.
• PCIe x4: medyo mas matagal pa.
• PCIe x8: nasa pagitan.
• PCIe x16: ang pinakamahaba at pinakakaraniwan para sa mga graphics card.

Ang bawat uri ng slot ay maaaring mag-alok ng mula 1 hanggang 16 na epektibong lane , ngunit mahalagang makilala ang dalawang konsepto: ang mekanikal na haba ng slot at ang aktwal na koneksyon sa kuryente . Ang isang slot na hugis x16 ay maaaring naka-wire lamang bilang x8 o x4, na nagbabawas ng bandwidth kahit na pisikal nitong pinapayagan ang pagpasok ng mga x16 card.

Puwang ng PCIe x1

Ang PCIe x1 slot ang pinakamaliit at gumagamit ng iisang lane. Karaniwan itong ginagamit para sa mga card na hindi nangangailangan ng malaking bandwidth : mga sound card, network adapter, USB port expansion, mid-range capture card, atbp.

Sa kasalukuyang henerasyon ng PCIe (4.0 at 5.0), kahit ang isang x1 lane ay nag-aalok ng sapat na performance para sa Gigabit networking, professional audio, o karamihan sa auxiliary storage, kaya naman lubos na kapaki-pakinabang ang mga slot na ito.

Puwang ng PCIe x4

Ang x4 slot ay isang uri ng gitnang lugar. Nag-aalok ito ng apat na lane, kaya perpekto ito para sa mga napakabilis na network card, RAID controllers, NVMe adapters, o malalakas na capture card . Maraming NAS storage configuration o M.2 expansion ang gumagamit ng eksaktong x4 bandwidth.

Sa katunayan, ang mga modernong NVMe SSD, kahit na naka-mount ang mga ito sa mga M.2 socket, ay internal na gumagamit ng PCIe x4 , na siyang de facto na pamantayan para sa pagkamit ng napakataas na read at write transfer.

Puwang ng PCIe x8

Ang mga PCIe x8 slot ay nagiging mas karaniwan, lalo na sa mga mid-to-high-end na motherboard at sa mga propesyonal na aplikasyon. Dahil sa walong lane na magagamit, mainam ang mga ito para sa mga mid-range graphics card, multi-slot NVMe adapter, 40GbE network card, o mga kumplikadong configuration ng storage.

Ang ilang murang GPU ay idinisenyo upang gumana nang elektrikal sa x8 kahit na kasya ang mga ito sa mga x16 slot, at ang ibang mga motherboard ay gumagamit ng mga mekanikal na x16 slot na naka-wire bilang x8 kapag nagkabit ka ng higit sa isang graphics card.

Puwang ng PCIe x16

Ang bida sa palabas ay ang PCIe x16 slot . Ito ang pinakamahaba at pangunahing inilaan para sa mga nakalaang graphics card , bagama't ginagamit din ito para sa mga server-grade network at storage card.

Sa maraming motherboard, ang itaas na x16 slot ay direktang nakakonekta sa CPU na may 16 na buong lane , habang ang mga mas mababang slot, bagama't pareho ang haba, ay maaaring naka-wire bilang x8 o x4 dahil sa mga limitasyon sa mga magagamit na lane.

Mahalaga ito kung gusto mong mag-install ng maraming GPU o high-performance graphics card : dapat mong suriin ang mga detalye ng motherboard upang makita kung ilang lane ang inaalok ng bawat slot depende sa naka-install na kumbinasyon. Ang mga consumer platform (Ryzen, Intel Core) ay karaniwang mayroong nasa pagitan ng 16 at 24 na PCIe lane direkta sa CPU , habang ang mga high-end processor tulad ng Threadripper Pro o mga server processor (EPYC, Xeon) ay nag-aalok ng 64 na lane o higit pa , na nagpapahintulot sa maraming GPU sa totoong x16 na bilis.

Topolohiya ng datos: parallel vs serial

Ang pagkakaiba sa pilosopiya sa pagitan ng PCI/PCI-X at PCI Express ay maaaring ibuod bilang shared parallel laban sa point-to-point serial . Sa PCI at PCI-X, lahat ng device ay kumokonekta sa iisang bus, at ang data ay ipinapadala nang parallel sa maraming linya nang sabay-sabay. Gumana ito nang maayos sa mababang frequency, ngunit habang tumataas ang bilis, lumitaw ang mga problema sa interference at synchronization.

Sa PCI Express, sa halip na isang iisang shared bus, isang network ng mga nakalaang link ang ginagamit . Ang bawat device ay may kanya-kanyang link sa switch o CPU, na binubuo ng isa o higit pang mga lane. Ang resulta ay isang mas mahusay, scalable na sistema na hindi gaanong madaling kapitan ng interference , na nagbibigay-daan para sa mas mataas na frequency at bandwidth nang walang pisikal na limitasyon ng mga parallel bus.

Mga pisikal na laki ng puwang at pagiging tugma

Sa mga mas lumang motherboard, karaniwan nang makakahanap ng ilang 32-bit na PCI slot (mga 85 mm ang haba ) at kung minsan ay isang 64-bit o PCI-X slot (mga 130 mm). Ang mga ito ay kumukuha ng malaking espasyo at lahat ay gumagamit ng iisang bus.

Ang mga modernong motherboard ay pangunahing gumagamit ng mga PCIe x1, x4, x8, at x16 na slot . Ang isang praktikal na bentahe ng PCI Express ay maaaring maglagay ng mas maikling card sa mas mahabang slot (halimbawa, isang x1 card sa isang x4 o x16 na slot) hangga't bukas ang slot o pinapayagan ito ng disenyo. Gagana ang card ayon sa bilang ng mga lane kung para saan ito dinisenyo.

Ang hindi mo magagawa ay ang kabaligtaran: ang isang x16 card ay hindi pisikal na magkakasya sa isang x1 slot. Hindi mo rin maaaring paghaluin ang PCI at PCIe: hindi sila tugma sa slot , kahit na may mga partikular na adapter para sa ilang partikular na kaso.

Pagganap: Bakit ginawang lipas na ng PCIe ang PCI

Kung ikukumpara natin ang purong mga datos ng pagganap, malinaw na nahuhuli ang PCI. Ang isang 32-bit na PCI bus sa 33 MHz ay ​​limitado sa 133 MB/s para sa lahat ng pinagsamang device, habang ang isang modernong PCIe lane ay kayang humawak ng daan-daang MB/s o ilang GB/s depende sa henerasyon.

Kahit ang isang maagang henerasyon ng koneksyon sa PCIe x1 ay kayang pangasiwaan ang Gigabit networking, multi-channel audio, at basic storage nang hindi nagpapakahirap. Sa kabilang banda, ang isang mahusay na nagagamit na PCIe x16 connector ay kayang gumalaw nang ilang GB/s bawat direksyon , na mahalaga para sa mga high-performance graphics card, AI accelerators, o mass storage controllers.

Bukod sa raw bandwidth, nagpapakilala ang PCI Express ng mga pagpapabuti tulad ng pagbibigay-priyoridad sa trapiko, mga real-time na paglilipat, mas mahusay na pagtukoy ng error at mga algorithm ng pagpapasa ng packet , at ang kakayahang bigyan ang bawat device ng isang nakalaang channel, na pumipigil sa maraming device na mag-agawan para sa iisang bus.

PCIe at mga graphics card: Paalam na AGP, kumusta na ang multi-GPU

Bago naging laganap ang PCIe, ang malalakas na graphics card ay gumagamit ng mga AGP (Accelerated Graphics Port) slot . Hindi na kailangan ang AGP dahil sa PCI Express: ang PCIe x16 slot ay nag-aalok ng mas malaking bandwidth kaysa sa AGP 8x at maaari ring maghatid ng hanggang 75W ng kuryente sa GPU nang direkta mula sa motherboard.

Gamit ang tamang hardware, ang isang motherboard na may dalawang PCIe x16 slots ay kayang humawak ng dalawang graphics card nang sabay-sabay. Ang mga tagagawa tulad ng Nvidia at AMD ay bumuo ng sarili nilang mga teknolohiya (SLI, CrossFire, atbp.) upang payagan ang dalawang GPU na gumana nang magkakasabay, na naghahati sa rendering load sa pagitan nila. Sa ilang propesyonal at high-end gaming system, maraming GPU ang ginamit nang sabay-sabay para sa mga gawain sa computing, AI, o 3D rendering.

Sa kontekstong ito, ang PCI at AGP ay ganap nang napalitan. Ang mga modernong graphics card ay halos eksklusibong PCI Express , at ang interface ay napakahusay na naitatag kaya't nananatili itong pundasyon para sa mga AI accelerator at mga purpose-built card sa mga server.

Iba pang gamit ng mga PCIe slot

Hindi lang tungkol sa mga GPU ang PCIe. Nananatiling kapaki-pakinabang ang mga expansion slot para sa pagdaragdag ng mga feature o pagpapalawak ng performance ng computer, lalo na kapag limitado ang mga port ng motherboard o kapag kinakailangan ang mga propesyonal na kakayahan.

Ang mga karaniwang gamit ng PCIe ngayon ay kinabibilangan ng:

• Palawakin ang imbakan gamit ang mga card na nagdaragdag ng maraming NVMe SSD.
• I-update ang koneksyon sa network gamit ang 2,5G, 10G o mas mataas na Ethernet adapters, o mga advanced na WiFi card.
• Magdagdag ng mga karagdagang port USB, Thunderbolt, SATA o eSATA gamit ang mga partikular na card.
• Pagsamahin ang mga propesyonal na audio interface para sa mataas na kalidad na produksyon ng musika o pag-eedit ng tunog.
• Mag-mount ng mga nakalaang RAID controller para sa mga advanced storage server o NAS.
• Mag-install ng mga GPU accelerator, FPGA, o mga nakalaang card para sa AI, machine learning, at mga siyentipikong workload.

Dahil ang bawat slot ay may kanya-kanyang nakalaang link, ang performance ng isang PCIe card ay hindi gaanong bumababa kapag nagdadagdag ng mas maraming card , hindi tulad ng nangyari sa klasikong PCI bus.

Mga error at pagiging maaasahan sa PCI Express

Sa mga propesyonal at server system, ang pagiging maaasahan ng PCIe ay mahalaga. Tinutukoy ng pamantayan ang iba't ibang uri ng mga error at kung paano haharapin ang mga ito:

• Mga pagkakamaling maaaring itamaAng mga ito ay pinangangasiwaan mismo ng hardware ng PCIe, hindi nakakaapekto sa pangmatagalang integridad ng data, at kadalasang malinaw sa gumagamit.
• Mga error na hindi nakamamatay at hindi maitamaAng mga error na ito ay nagdudulot ng pagkawala ng data o impormasyon sa antas ng device, ngunit ang mismong PCIe interface ay nananatiling matatag. Karaniwang pinamamahalaan ang mga ito gamit ang software na partikular sa device.
• Mga nakamamatay at hindi maitama na pagkakamaliNakompromiso nila ang pagiging maaasahan ng interface ng PCIe. Karaniwan nilang pinipilit I-restart ang component o ang buong link para mabawi ang system.

Sa mga kagamitang galing sa tagagawa, kung sakaling magkaroon ng malubhang error sa PCIe, karaniwang inirerekomenda na gumamit ng mga diagnostic tool tulad ng mga proprietary utility (halimbawa, mga application ng SupportAssist) na maaaring magpatakbo ng mabibilis at komprehensibong mga pagsubok, mag-update ng mga driver, at mag-optimize ng system upang mabawasan ang mga problema.

Pagkakatugma ng PCI at PCIe

Bagama't magkaibang pamantayan ang PCI at PCI Express, ang PCIe ay dinisenyo sa antas ng software upang magamit ang parehong modelo ng programming . Nangangahulugan ito na maraming operating system at driver ang maaaring iakma nang walang malalaking pagbabago, at ang parehong pamantayan ay nagawang magsabay na gamitin sa loob ng maraming taon sa mga hybrid motherboard na nag-aalok ng parehong PCI at PCIe slot.

Gayunpaman, ang compatibility ay hindi pisikal: hindi mo maaaring ilagay ang isang PCI card sa isang PCIe slot o vice versa . May mga partikular na adapter na ginawa para sa mga partikular na gamit, ngunit hindi ito isang pangkalahatan o inirerekomendang solusyon maliban kung alam mo nang eksakto kung ano ang iyong ginagawa.

Sa paglipas ng panahon, at dahil ang PCIe ay nag-aalok ng mas mataas na bilis, kakayahang umangkop, at pagiging tugma sa mga modernong operating system, ang mga PCI card ay lalong napapabayaan sa merkado. Nagiging bibihira nang makakita ng mga PCI slot sa mga bagong motherboard, at itinuon ng mga tagagawa ang lahat ng kanilang pagsisikap sa PCI Express.

Bakit ang PCIe ang interface ng kasalukuyan at hinaharap

Ang kombinasyon ng bandwidth, scalability, at compatibility ang dahilan kung bakit ang PCI Express ang gulugod ng pagpapalawak sa mga PC, workstation, at server . Pareho itong angkop para sa pag-install ng isang simpleng sound card gaya ng pag-install ng maraming AI GPU o NVMe storage racks.

Ang mga pagsulong sa software (mga laro, 4K at 8K na pag-edit ng video, virtual reality, AI, big data) ay patuloy na nagtutulak sa pangangailangan para sa mas mabilis na bilis ng paglilipat . Ang magkakasunod na bersyon ng PCIe (4.x, 5.x, at ang 6.x na kasalukuyang ginagawa) ay nagsasara ng agwat sa pagitan ng kung ano ang hinihingi ng processor at kung ano ang kayang ibigay ng expansion subsystem.

Ngayon, kahit na maraming mga function na dating nangangailangan ng hiwalay na card ay direktang isinama na ngayon sa motherboard (audio, network, minsan ay Wi-Fi), ang mga PCIe slot ay nananatiling mahalaga para sa mga advanced na configuration . Kung gusto mong bumuo ng isang PC na hindi magiging lipas sa panahon sa maikling panahon, mainam na bantayan kung gaano karaming PCIe slot ang inaalok ng motherboard, kung ilang lane ang mayroon ang CPU, at kung paano inilalaan ang mga lane na iyon sa GPU, SSD, at anumang iba pang card na plano mong idagdag.

Ang PCI ay isang mahalagang pamantayan na nagbigay-kahulugan sa isang panahon, ngunit ang PCI Express na ngayon ang may hawak ng malaking bahagi ng pagganap sa mga modernong PC. Ang pag-unawa kung paano gumagana ang mga slot, lane, at bersyon nito ay isa sa mga pinakamahusay na paraan upang maiwasan ang mga bottleneck at masulit ang iyong sistema.