Pci e что лучше. Как работает шина PCI Express
Физический уровень интерфейса допускает как электрическую, так и оптическую реализацию. Базовое соединение электрического интерфейса (1x) состоит из двух дифференциальных низковольтных сигнальных пар — передающей (сигналы PETp0, PETn0) и принимающей (PERp0, PERn0). В интерфейсе применена развязка передатчиков и приемников по постоянному току, что обеспечивает совместимость компонентов независимо от технологии изготовления компонентов и снимает некоторые проблемы передачи сигналов. Для передачи используется самосинхронизирующееся кодирование, что позволяет достигать высоких скоростей передачи. Базовая скорость — 2,5 Гбит/с «сырых» данных (после кодирования 8B/10B) в каждую сторону, в перспективе планируются и более высокие скорости. Для масштабирования пропускной способности возможно агрегирование сигнальных линий (lanes, сигнальных пар в электрическом интерфейсе), по одинаковому числу в обоих направлениях. Спецификация рассматривает варианты соединений из 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 линий (обозначаются как x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32); передаваемые данные между ними распределяются побайтно. В каждой из линий самосинхронизация выплняется независимо, так что явление переноса (бич параллельных интерфейсов) отсутствует. Таким образом достижима скорость до 32×2,5 = 80 Гбит/с, что примерно соответствует пиковой скорости 8 Гбайт/с. Во время аппаратной инициализации в каждом соединении согласуется число линий и скорость передачи; согласование выполняется на низком уровне без какого-либо программного участия. Согласованные параметры соединения действуют на все время последующей работы.
Обеспечение «горячего» подключение на физическом уровне PCI Express не требует каких-либо дополнительных аппаратных затрат, поскольку двухточечное соединение не затрагивает «лишних» участников. Безопасная коммутация сигналов не требуется, возможности подключаемого устройства никак не влияют на режимы работы остальных устройств.
Малое число сигнальных контактов интерфейса дает большую свободу в выборе конструктивных реализаций PCI Express :
- соединение компонентов в пределах платы;
- слоты и карты расширения в конструктивах PC/AT и ATX;
- внутренние и внешние карты расширения мобильных ПК;
- малогабаритные модули ввода/вывода для серверов и коммуникационной аппаратуры;
- модули для промышленных компьютеров;
- разъемное подключение «дочерних» карт (mezannine interface);
- кабельные соединения блоков.
Для карт расширения в конструктивах PC/AT и ATX предусматриваются разные модификации разъема-слота PCI Express, отличающиеся числом пар сигнальных линий (x1, x4, x8, x16) и, соответственно, размером (см. рисунок ниже). При этом в слоты большего размера можно устанавливать карты с разъемом того же размера или меньшего (это называется Up-plugging). Однако противоположный вариант (Downplugging) — большую карту в меньший слот — механически невозможен (в PCI/PCI-X это возможно). Как было показано выше, самый маленький вариант PCI Express обеспечивает пропускную способность на уровне стандартной шины PCI.
Назначение контактов слотов PCI Express приведено в таблице ниже.
Набор сигналов интерфейса PCI Express невелик:
- PETp0, PETn0… PETp15, PETn15 — выходы передатчиков сигнальных пар 0…15;
- PERp0, PERn0… PERp15, PERn15 — входы приемников;
- REFCLK+ и REFCLK — сигналы опорной частоты 100 МГц;
- PERST# — сигнал сброса карты;
- WAKE# — сигнал «пробуждения» (от карты);
- PRSNT1#, PRSNT2# — сигналы обнаружения подключения-отключения карты для системы горячего подключения. На карте эти цепи соединяются между собой, причем для PRSNT2# выбирается контакт с самым большим номером. Это позволяет точнее отслеживать моменты подключения-отключения (в случае наклона карты). Для определения числа линий подключенной карты данные линии не используются — разрядность линий определяется автоматически при установлении соединения (в процедуре тренировки).
Дополнительно на слоте имеются необязательные сигналы шины SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA) и интерфейса JTAG (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).
Питание на карты подается по следующим шинам:
- +3,3V — основное питание +3 В при токе до 9 А;
- +12V — основное питание +12 В при токе до 0,5/2,1/4,4А для слотов x1/x4, x8/x16 соответственно;
- +3,3Vaux — дополнительное питание, ток до 375 мА в системах, способных к пробуждению по сигналу от карты и до 20 мА в непробуждаемых системах.
Таблица. Разъемы PCI Express
| № | Ряд B | Ряд A |
| 1 | +12V | PRSNT1# |
| 2 | +12V | +12V |
| 3 | Резерв | +12V |
| 4 | GND | GND |
| 5 | SMB_CLK | TCK |
| 6 | SMB_DATA | TDI |
| 7 | GND | TDO |
| 8 | +3.3 V | TMS |
| 9 | TRST# | +3.3 V |
| 10 | +3.3 Vaux | +3.3 V |
| 11 | WAKE# | PERST# |
| КЛЮЧ | ||
| 12 | Резерв | GND |
| 13 | GND | REFCLK+ |
| 14 | PETp0 | REFCLK- |
| 15 | PETn0 | GND |
| 16 | GND | PERp0 |
| 17 | PRSNT2# | PERn0 |
| 18 | GND | GND |
| Конец x1-коннектора | ||
| 19 | PETp1 | Резерв |
| 20 | PETn1 | GND |
| 21 | GND | PERp1 |
| 22 | GND | PERn1 |
| 23 | PETp2 | GND |
| 24 | PETn2 | GND |
| 25 | GND | PERp2 |
| 26 | GND | PERn2 |
| 27 | PETp2 | GND |
| 28 | PETn2 | GND |
| 29 | GND | PERp3 |
| 30 | Резерв | PERn3 |
| 31 | PRSNT2# | GND |
| 32 | GND | Резерв |
| Конец x4-коннектора | ||
| 33 | PETp4 | Резерв |
| 34 | PETn4 | GND |
| 35 | GND | PERp4 |
| 36 | GND | PERn4 |
| 37 | PETp5 | GND |
| 38 | PETn5 | GND |
| 39 | GND | PERp5 |
| 40 | GND | PERn5 |
| 41 | PETp6 | GND |
| 42 | PETn6 | GND |
| 43 | GND | PERp6 |
| 44 | GND | PERn6 |
| 45 | PETp7 | GND |
| 46 | PETn7 | GND |
| 47 | GND | PERp7 |
| 48 | PRSNT2# | PERn7 |
| 49 | GND | GND |
| Конец x8-коннектора | ||
| 50 | PETp8 | Резерв |
| 51 | PETn8 | GND |
| 52 | GND | PERp8 |
| 53 | GND | PERn8 |
| 54 | PETp9 | GND |
| ..... | ..... | ..... |
| 79 | PETn15 | GND |
| 80 | GND | PERp15 |
| 81 | PRSNT2# | PERn15 |
| 82 | GND | GND |
| Конец x16-коннектора | ||
Для мобильных компьютеров PCMCIA ввела конструктив ExpressCard (см. следующий рисунок), для которого на системный разъем выводится два интерфейса: PCI Express (1x) и USB 2.0. Модули ExpressCard компактнее прежних карт PCMCIA (PC Card и CardBus); предлагается две модификации, различающиеся по ширине: ExpressCard/34 (34×75×5 мм) и ExpressCard/54 (54×75×5 мм). Толщина модулей всего 5 мм, но, если требуется, то более длинные модули могут иметь утолщения в части, выходящие за габариты корпуса компьютера (за пределами 75 мм от края разъема). Как и прежние карты PCIMCIA, карты ExpressCard доступны пользователям и поддерживают «горячее» подключение.
Для внутренних карт расширения блокнотных ПК введен конструктив Mini PCI Express (см. рисунок ниже), формат которого происходит от Mini PCI Type IIIA. Благодаря уменьшению числа контактов ширина карты уменьшена до 30 мм, так что на месте одной карты Mini PCI можно разместить пару карт Mini PCI Express. На разъем карты (см. таблицу ниже) кроме PCI Express выведены интерфейсы последовательных шин USB 2.0 (USB_D+ и USB_D-) и SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA), питание +3,3 В (750 мА основное и 250 мА дополнительное) и +1,5 В (375 мА). Собственно интерфейс PCI Express (x1) занимает всего 6 контактов (выходы передатчика PETp0 и PETn0, входы приемника PERp0 и PERn0, а также сигналы опорной частоты 100 МГц REFCLK+ и REFCLK-. Сигнал PERST# — сброс карты, сигнал WAKE# — «пробуждение» (от карты). Сигналы LED_Wxxx# служат для управления светодиодными индикаторами состояния.
Таблица. Разъемы Mini PCI Express
| № | Цепь | № | Цепь |
| 1 | WAKE# | 2 | 3.3 V |
| 3 | Резерв | 4 | GND |
| 5 | Резерв | 6 | 1.5 V |
| 7 | Резерв | 8 | Резерв |
| 9 | GND | 10 | Резерв |
| 11 | REFCLK+ | 12 | Резерв |
| 13 | REFCLK- | 14 | Резерв |
| 15 | GND | 16 | Резерв |
| Ключ | |||
| 17 | Резерв | 18 | GND |
| 19 | Резерв | 20 | Резерв |
| 21 | GND | 22 | PERST# |
| 23 | PERn0 | 24 | +3.3 V |
| 25 | PERp0 | 26 | GND |
| 27 | GND | 28 | +1.5 V |
| 29 | GND | 30 | SMB_CLK |
| 31 | PETn0 | 32 | SMB_DATA |
| 33 | PETp0 | 34 | GND |
| 35 | GND | 36 | USB_D- |
| 37 | Резерв | 38 | USB_D+ |
| 39 | Резерв | 40 | GND |
| 41 | Резерв | 42 | LED_WWAN# |
| 43 | Резерв | 44 | LED_WLAN# |
| 45 | Резерв | 46 | LED_WPAN# |
| 47 | Резерв | 48 | +1.5 V |
| 49 | Резерв | 50 | GND |
| 51 | Резерв | 52 | +3.3 V |
С интерфейсом PCI Express удобно компонуются модули ввода/вывода и сетевых интерфейсов для серверов и коммуникационных устройств стоечного исполнения. Такие модули могут быть достаточно компактными (высота 2U не вызывает проблем размещения разъема), при этом производительности интерфейса достаточно даже для таких критичных модулей, как Fibre Channel, Gigabit Ethernet (GbE), 10GbE.
Интерфейс PCI Express принимается и для промышленных компьютеров, для чего имеются спецификации PICMG 3.4 (малогабаритные конструктивы для x1, x2 и x4), а также конструктивы в формате Compact PCI.
Интерфейс PCI Express существует и в кабельном исполнении для кабельных соединений блоков, находящихся на небольшом удалении друг от друга. Так, например, по PCI Express можно подключать док-станции к блокнотным ПК. Возможность вывода интерфейса системного уровня за пределы корпуса компьютера из предшественников PCI Express поддерживала только шина ISA, и то только при низких скоростях обмена (на частотах до 5 МГц). Из новых последовательных интерфейсов системного уровня эта возможность имеется и в InfiniBand. Наличие кабельного варианта высокопроизводительного интерфейса системного уровня может позволить отойти от традиционной компоновки компьютера, при которой в системном блоке концентрируются все компоненты, требующие интенсивного обмена с ядром компьютера.
Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 - просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель - хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).
Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы - или все-таки на практике можно поступиться принципами ? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься... А пока вкратце ознакомимся с теорией.
PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность
Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка-точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).
Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко - и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении - лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию - в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки - от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме - RAID-контроллеры или SSD.
Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед - интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась - теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто... не нужна. А где нужна - работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 - это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть - много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.
Методика тестирования
Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий - сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом - есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.
Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X - родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c) ). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения - нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй - PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.
В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.
В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ . Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет - результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.
Результаты тестов
Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев - в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы:) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 - это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 - вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 - еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.
Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет : максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1 . Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый - разве что не вреден.
А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд - принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер - плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти - она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме:)
На записи положение дел принципиально не изменилось - во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться...
При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма - наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики - дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.
Итого
Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным - по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.
Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то - за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки - как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.
В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности - лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 - и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 - даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.
В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза - теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы - их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.
При смене одной только видеокарты обязательно нужно учитывать, что новые модели могут просто не подходить к вашей материнской плате, так как существует не просто несколько разных типов слотов расширения, но и несколько разных их версий (применительно и к AGP, и к PCI Express). Если вы не уверены в своих знаниях по этой теме, внимательно ознакомьтесь с разделом.
Как мы уже отметили выше, видеокарта вставляется в специальный разъем расширения на системной плате компьютера, через этот слот видеочип обменивается информацией с центральным процессором системы. На системных платах чаще всего есть слоты расширения одного-двух разных типов, отличающихся пропускной способностью, параметрами электропитания и другими характеристиками, и не все из них подходят для установки видеокарт. Важно знать имеющиеся в системе разъемы и покупать только ту видеокарту, которая им соответствует. Разные разъемы расширения несовместимы физически и логически, и видеокарта, предназначенная для одного типа, в другой не вставится и работать не будет.
К счастью, за прошедшее время успели кануть в лету не только слоты расширения ISA и VESA Local Bus (которые интересны лишь будущим археологам) и соответствующие им видеокарты, но практически исчезли и видеокарты для слотов PCI, а все AGP-модели безнадежно устарели. И все современные графические процессоры используют только один тип интерфейса — PCI Express. Ранее был широко распространён стандарт AGP, эти интерфейсы значительно отличаются друг от друга, в том числе пропускной способностью, предоставляемыми возможностями для питания видеокарты, а также другими менее важными характеристиками.
Лишь очень малая часть современных системных плат не имеет слотов PCI Express, и если ваша система настолько древняя, что использует AGP видеокарту, то заняться её апгрейдом не получится — нужно менять всю систему. Рассмотрим эти интерфейсы подробнее, именно эти слоты вам нужно искать на своих системных платах. Смотрите фотографии и сравнивайте.
AGP (Accelerated Graphics Port или Advanced Graphics Port) — это высокоскоростной интерфейс, основанный на спецификации PCI, но созданный специально для соединения видеокарт и системных плат. Шина AGP хотя и лучше подходит для видеоадаптеров по сравнению с PCI (не Express!), предоставляет прямую связь между центральным процессором и видеочипом, а также некоторые другие возможности, увеличивающие производительность в некоторых случаях, например, GART — возможность чтения текстур напрямую из оперативной памяти, без их копирования в видеопамять; более высокую тактовую частоту, упрощенные протоколы передачи данных и др., но этот тип слотов безнадёжно устарел и новых изделий с ним давно не выпускают.
Но всё же, для порядка упомянем и об этом типе. Спецификации AGP появились в 1997 году, тогда Intel выпустил первую версию описания, включающую две скорости: 1x и 2x. Во второй версии (2.0) появился AGP 4x, а в 3.0 — 8x. Рассмотрим все варианты подробнее:
AGP 1x — это 32-битный канал, работающий на частоте 66 МГц, с пропускной способностью 266 Мбайт/с, что в два раза выше полосы PCI (133 Мбайт/с, 33 МГц и 32 бит).
AGP 2x — 32-битный канал, работающий с удвоенной пропускной способностью 533 Мбайт/с на той же частоте 66 МГц за счет передачи данных по двум фронтам, аналогично DDR памяти (только для направления
«к видеокарте»).
AGP 4x — такой же 32-битный канал, работающий на 66 МГц, но в результате дальнейших ухищрений была достигнута учетверенная
«эффективная» частота 266 МГц, с максимальной пропускной способностью более 1 ГБ/с.
AGP 8x — дополнительные изменения в этой модификации позволили получить пропускную способность уже до 2,1 ГБ/с.
Видеокарты с интерфейсом AGP и соответствующие слоты на системных платах совместимы в определенных пределах. Видеокарты, рассчитанные на 1,5 В, не работают в слотах 3,3 В, и наоборот. Впрочем, существуют и универсальные разъемы, которые поддерживают оба типа плат. Видеокарты, рассчитанные на морально и физически устаревший слот AGP, давно не рассматриваются, поэтому чтобы узнать о старых AGP-системах, лучше будет ознакомиться со статьей:
PCI Express (PCIe или PCI-E, не путать с PCI-X), ранее известная как Arapahoe или 3GIO, отличается от PCI и AGP тем, что это последовательный, а не параллельный интерфейс, что позволило уменьшить число контактов и увеличить пропускную способность. PCIe — это лишь один из примеров перехода от параллельных шин к последовательным, вот другие примеры этого движения: HyperTransport, Serial ATA, USB и FireWire. Важное преимущество PCI Express в том, что он позволяет складывать несколько одиночных линий в один канал для увеличения пропускной способности. Многоканальность последовательного дизайна увеличивает гибкость, медленным устройствам можно выделять меньшее количество линий с малым числом контактов, а быстрым — большее.
Интерфейс PCIe 1.0 пропускает данные на скорости 250 Мбайт/с на одну линию, что почти вдвое превышает возможности обычных слотов PCI. Максимально поддерживаемое слотами PCI Express 1.0 количество линий — 32, что дает пропускную способность до 8 ГБ/с. А слот PCIe с восемью рабочими линиями примерно сопоставим по этому параметру с быстрейшей из версий AGP — 8x. Что еще больше впечатляет при учете возможности одновременной передачи в обоих направлениях на высокой скорости. Наиболее распространенные слоты PCI Express x1 дают пропускную способность одной линии (250 Мбайт/с) в каждом направлении, а PCI Express x16, который применяется для видеокарт и в котором сочетается 16 линий, обеспечивает пропускную способность до 4 ГБ/с в каждом направлении.
Несмотря на то, что соединение между двумя PCIe-устройствами иногда собирается из нескольких линий, все устройства поддерживают одиночную линию, как минимум, но опционально могут работать с большим их количеством. Физически, карты расширения PCIe входят и работают нормально в любых слотах с равным или большим количеством линий, так, карта PCI Express x1 будет спокойно работать в разъемах x4 и x16. Также, слот физически большего размера может работать с логически меньшим количеством линий (например, на вид обычный разъем x16, но разведены лишь 8 линий). В любом из приведенных вариантов PCIe сам выберет максимально возможный режим, и будет нормально работать.
Чаще всего для видеоадаптеров используются разъемы x16, но есть платы и с разъемами x1. А большая часть системных плат с двумя слотами PCI Express x16 работает в режиме x8 для создания SLI- и CrossFire-систем. Физически другие варианты слотов, такие как x4, для видеокарт не используются. Напоминаю, что всё это относится только к физическому уровню, попадаются и системные платы с физическими разъемами PCI-E x16, но в реальности с разведенными 8, 4 или даже 1 каналами. И любые видеокарты, рассчитанные на 16 каналов, работать в таких слотах будут, но с меньшей производительностью. Кстати, на фотографии выше показаны слоты x16, x4 и x1, а для сравнения оставлен и PCI (снизу).
Хотя разница в играх получается не такой уж и большой. Вот, например, обзор двух системных плат на нашем сайте, в котором исследуется разница в скорости трехмерных игр на двух системных платах, пара тестовых видеокарт в которых работает в режимах 8 каналов и 1 канала соответственно:
Интересующее нас сравнение — в конце статьи, обратите внимание на две последние таблицы. Как видите, разница при средних настройках весьма небольшая, но в тяжелых режимах начинает увеличиваться, причем, большая разница отмечена в случае менее мощной видеоплаты. Примите это к сведению.
PCI Express отличается не только пропускной способностью, но и новыми возможностями по энергопотреблению. Эта необходимость возникла потому, что по слоту AGP 8x (версия 3.0) можно передать лишь не более 40 с небольшим ватт суммарно, чего уже не хватало видеокартам тогдашних поколений, рассчитанных для AGP, на которых устанавливали по одному или двум стандартным четырехконтактным разъемам питания. По разъему PCI Express можно передавать до 75 Вт, а дополнительные 75 Вт получают по стандартному шестиконтактному разъему питания (см. последний раздел этой части). В последнее время появились видеокарты с двумя такими разъемами, что в сумме даёт до 225 Вт.
В дальнейшем группа PCI-SIG, которая занимается разработкой соответствующих стандартов, представила основные спецификации PCI Express 2.0. Вторая версия PCIe вдвое увеличила стандартную пропускную способность, с 2,5 Гбит/с до 5 Гбит/с, так что разъем x16 позволяет передавать данные на скорости до 8 ГБ/с в каждом направлении. При этом PCIe 2.0 совместим с PCIe 1.1, старые карты расширения обычно нормально работают в новых системных платах.
Спецификация PCIe 2.0 поддерживает скорости передачи как 2,5 Гбит/с, так и 5 Гбит/с, это сделано для обеспечения обратной совместимости с существующими решениями PCIe 1.0 и 1.1. Обратная совместимость PCI Express 2.0 позволяет использовать устаревшие решения с 2,5 Гбит/с в слотах 5,0 Гбит/с, которые просто будут в таком случае работать на меньшей скорости. А устройства, разработанные по спецификациям версии 2.0, могут поддерживать скорости 2,5 Гбит/с и/или 5 Гбит/с.
Хотя основное нововведение в PCI Express 2.0 — это удвоенная до 5 Гбит/с скорость, но это не единственное изменение, есть и другие модификации для увеличения гибкости, новые механизмы для программного управления скоростью соединений и т. п. Нас больше всего интересуют изменения, связанные с электропитанием устройств, так как требования видеокарт к питанию неуклонно растут. В PCI-SIG разработали новую спецификацию для обеспечения увеличивающегося энергопотребления графических карт, она расширяет текущие возможности энергоснабжения до 225/300 Вт на видеокарту. Для поддержки этой спецификации используется новый 2×4-штырьковый разъем питания, предназначенный для обеспечения питанием топовых моделей видеокарт.
Видеокарты и системные платы с поддержкой PCI Express 2.0 появились в широкой продаже уже в 2007 году, а теперь на рынке других и не встретить. Оба основных производителя видеочипов, AMD и NVIDIA, выпустили новые линейки GPU и видеокарт на их основе, поддерживающие увеличенную пропускную способность второй версии PCI Express и пользующиеся новыми возможностями по электрическому питанию для карт расширения. Все они обратно совместимы с системными платами, имеющими на борту слоты PCI Express 1.x, хотя в некоторых редких случаях наблюдается несовместимость, так что нужно быть осторожным.
Собственно, появление третьей версии PCIe было очевидным событием. В ноябре 2010 года спецификации третьей версии PCI Express окончательно утвердили. Хотя этот интерфейс обладает скоростью передачи 8 гигатранзакций/с вместо 5 Гт/с у версии 2.0, его пропускная способность снова возросла ровно вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Для этого применили иную схему кодирования пересылаемых по шине данных, но совместимость с предыдущими версиями PCI Express при этом сохранилась. Первые продукты версии PCI Express 3.0 были представлены летом 2011-го, а реальные устройства только-только начали появляться на рынке.
Среди производителей системных плат разгорелась целая война за право первым представить продукт с поддержкой PCI Express 3.0 (в основном, на базе чипсета Intel Z68), и соответствующие пресс-релизы представили сразу несколько компаний. Хотя на момент обновления путеводителя видеокарт с такой поддержкой просто нет, так что это просто неинтересно. К тому времени, когда поддержка PCIe 3.0 будет нужна, появятся совершенно иные платы. Скорее всего, это произойдёт не ранее 2012 года.
К слову, можно предполагать, что PCI Express 4.0 будет представлена в течение ещё нескольких следующих лет, и новая версия также будет иметь ещё раз удвоенную пропускную способность, востребованную к тому времени. Но это произойдёт совсем нескоро, и нам пока неинтересно.
External PCI Express
В 2007 году группа PCI-SIG, занимающаяся официальной стандартизацией решений PCI Express, объявила о принятии спецификации PCI Express External Cabling 1.0, описывающей стандарт передачи данных по внешнему интерфейсу PCI Express 1.1. Эта версия позволяет передавать данные со скоростью 2,5 Гбит/с, а следующая должна увеличить пропускную способность до 5 Гбит/с. В рамках стандарта представлены четыре внешних разъема: PCI Express x1, x4, x8 и x16. Старшие разъемы оснащены специальным язычком, облегчающим подключение.
Внешний вариант интерфейса PCI Express может использоваться не только для подключения внешних видеокарт, но и для внешних накопителей и других плат расширения. Максимальная рекомендованная длина кабеля при этом равна 10 метров, но её можно увеличить при помощи соединения кабелей через повторитель.
Теоретически, это могло облегчить жизнь любителей ноутбуков, когда при работе от батарей используется маломощное встроенное видеоядро, а при подключении к настольному монитору — мощная внешняя видеокарта. Значительно облегчается апгрейд подобных видеокарт, не нужно вскрывать корпус ПК. Производители могут делать совершенно новые системы охлаждения, не ограниченные особенностями карт расширения, да и с питанием должно быть меньше проблем — скорее всего, будут использоваться внешние блоки питания, рассчитанные специально на определенную видеокарту, их можно встроить в один внешний корпус с видеокартой, используя одну систему охлаждения. Может облегчиться сборка систем на нескольких видеокартах (SLI/CrossFire), да и с учётом постоянного роста популярности мобильных решений такие внешние PCI Express должны были завоевать определенную популярность.
Должны были, но не завоевали. По состоянию на осень 2011 года внешних вариантов видеокарт на рынке практически нет. Их круг ограничен устаревшими моделями видеочипов и узким выбором совместимых ноутбуков. К сожалению, дело внешних видеокарт дальше не пошло, и потихоньку заглохло. Не слышно уже даже победных рекламных заявлений от производителей ноутбуков… Возможно, мощностей современных мобильных видеокарт просто стало хватать даже для требовательных 3D-приложений, в т. ч. и многих игр.
Остаётся надежда на развитие внешних решений в перспективном интерфейсе для подключения периферийных устройств Thunderbolt, ранее известном как Light Peak. Его разработала корпорация Intel на базе технологии DisplayPort, и первые решения уже выпущены компанией Apple. Thunderbolt объединяет возможности DisplayPort и PCI Express и позволяет подключать внешние устройства. Впрочем, пока таковых просто не существует, хотя кабели уже есть:
В статье мы не трогаем устаревшие интерфейсы, абсолютное большинство современных видеоплат рассчитано на интерфейс PCI Express 2.0, поэтому при выборе видеокарты мы предлагаем рассматривать только его, все данные о AGP приведены лишь для справки. Новые платы используют интерфейс PCI Express 2.0, объединяющий скорость 16 линий PCI Express, что дает пропускную способность до 8 ГБ/с в каждом направлении, это в несколько раз больше по сравнению с той же характеристикой лучшего из AGP. Кроме того, PCI Express работает с такой скоростью в каждом из направлений, в отличие от AGP.
С другой стороны, продукты с поддержкой PCI-E 3.0 ещё толком не вышли, поэтому рассматривать их тоже не имеет особого смысла. Если речь идёт об апгрейде старой или покупке новой платы или одновременной смене системной и видеоплаты, то просто нужно приобретать платы с интерфейсом PCI Express 2.0, который будет вполне достаточен и наиболее распространен еще несколько лет, тем более что продукты разных версий PCI Express совместимы между собой.
Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельнуrю шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант AGP. Несмотря на похожие наименования, шины PCI и PCI Express имеют мало общего. Протокол параллельной передачи данных, используемый в PCI, накладывает ограничения на ширину полосы пропускания и частоту работы шины; последовательная передача данных, примененная в PCI Express, обеспечивает возможность масштабирования (в спецификациях описываются реализации PCI Express 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x). На данный момент актуальной является версия шины с индексом 3.0
PCI-E 3.0
В ноябре 2010 года организация PCI-SIG, которая занимается стандартизацией технологии PCI Express, объявила о принятии спецификации PCIe Base 3.0.
Ключевым отличием от предыдущих двух версий PCIe можно считать измененную схему кодирования - теперь вместо 8 бит полезной информации из 10 бит переданной (8b/10b), по шине можно передать 128 бит полезной информации из 130 бит отправленной, т.е. коэффициент полезной нагрузки практически приблизился к 100%. Кроме того, увеличилась скорость передачи данных до 8 GT/s. Напомним, что это значение для PCIe 1.x составляло 2.5 GT/s, а для PCIe 2.x - 5 GT/s.
Все вышеперечисленные изменения привели к удвоению пропускной способности шины, по сравнению с шиной PCI-E 2.x. Это значит, что общая пропускная способность шины PCIe 3.0 в конфигурации 16x будет достигать 32 Гб/с. Первыми процессорами, которые были оснащены контроллером PCIe 3.0, стали процессоры Intel, созданные на основе микроархитектуры Ivy Bridge.
Несмотря на увеличившуюся более чем в три раза пропускную способность PCI-E 3.0 по сравнению с PCI-E 1.1, производительность одних и тех же видеокарт при использовании разных интерфейсов отличается не сильно. В таблице ниже представлены результаты тестов GeForce GTX 980 в разных тестах. Измерения проводились при одних графических настройках, в одной конфигурации Версия шины PCI-E изменялась в настройках BIOS.
PCI Express 3.0 по-прежнему сохраняет обратную совместимость с предыдущими версиями PCIe.
PCI-E 2.0
В 2007 году была принята новая спецификация шины PCI Express - 2.0, главное отличие которой заключается в удвоенной пропускной способности каждой линии передачи в каждом направлении, т.е. в случае с самой популярной версии PCI-E 16x, применяемой в видеокартах, пропускная способность составляет 8Гб/cек в каждом направлении. Первым чипсетом с поддержкой PCI-E 2.0 стал Intel X38.
PCI-E 2.0 полностью обратно совместим с PCI-E 1.0, т.е. все существующие устройства с интерфейсом PCI-E 1.0 могут работать в слотах PCI-E 2.0 и наоборот.
PCI-E 1.1
Первая версия интерфейса PCI Express, появившаяся в 2002 году. Обеспечивала пропускную способность 500 МБ/с на одну линию.
Сравнение скорости работы различных поколений PCI-E
Шина PCI работает на частоте 33 или 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 133 или 266 Мб/сек, но эта пропускная способность делится между всеми устройствами PCI. Частота, на которой работает шина PCI Express 1.1 - 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбит/сек = 250 Мб/сек (из-за избыточного кодирования для передачи 8 бит данных реально передается 10 бит информации) для каждого устройства PCI Express 1.1 x1 в одном направлении. При наличии нескольких линий для вычисления пропускной способности величину 250 Мб/сек надо умножить на число линий и на 2, т.к. PCI Express является двунаправленной шиной.
| Число линий PCI Express 1.1 | Пропускная способность в одном направлении | Суммарная пропускная способность |
| 1 | 250 МБ/сек | 500 МБ/сек |
| 2 | 500 Мб/сек | 1 ГБ/сек |
| 4 | 1 ГБ/сек | 2 ГБ/сек |
| 8 | 2 ГБ/сек | 4 ГБ/сек |
| 16 | 4 ГБ/сек | 8 ГБ/сек |
| 32 | 8 ГБ/сек | 16 ГБ/сек |
Обратите внимание! Не следует пытаться установить плату PCI Express в слот PCI, и, наоборот, платы PCI не устанавливаются в слоты PCI Express. Тем не менее, плата PCI Express 1x, например, может быть установлена и, скорее всего, будет нормально функционировать в слоте PCI Express 8x или 16x, но не наоборот: плата PCI Express 16x в слот PCI Express 1x не влезет.
PCI Express vs. PCI
Вести со звуковых фронтов
Когда нам ждать звуковых карт на PCIe?
Наши читатели задаются вопросом задержки выхода PCI Express звуковых карт. Цитата из форума: «На новых материнских платах обычные PCI слоты в дефиците, а встроенный звук слишком посредственный. Чего там производители тянут? Вроде времени прошло уже немало, где PCI Express карты?»
Действительно, спецификация PCI Express была объявлена ещё в середине 2002 года. PCIe призвана сменить шину PCI, бывшую общепринятым стандартом для карт расширения в течение более чем десятка лет.
Основные отличия PCI Express от PCI:
- PCI Express — шина последовательная, а не параллельная. Основные преимущества — снижение стоимости, миниатюризация, лучшее масштабирование, более выгодные электрические и частотные параметры (нет необходимости синхронизировать все сигнальные линии);
- Спецификация разделена на стек протоколов, каждый уровень которого может быть усовершенствован, упрощен или заменен, не сказываясь на остальных;
- В спецификации заложены возможности горячей замены карт;
- В спецификации заложены возможности создания виртуальных каналов, гарантирования пропускной полосы и времени отклика, сбора статистики QoS (Quality of Service);
- В спецификации заложены возможности контроля целостности передаваемых данных (CRC);
- В спецификации заложены возможности управления питанием.
Реально из устройств на рынке доступны лишь видеокарты, где большая пропускная способность может найти наилучшее применение. Слот для видеокарты PCIe 16x имеет наибольшую скорость и подсоединен к северному мосту чипсета. Однако даже внедрение видеокарт прошло с большими проблемами. Из-за отсутствия спроса и весьма невысокого прироста производительности по сравнению с AGP производители понесли убытки. И это учитывая полное отсутствие альтернативы, в виду того что слот AGP в новых PCIe чипсетах был убран.
Что говорить о периферийных слотах PCIe 1x для карт расширения, таких как звуковые карты, модемы, TV-тюнеры и прочее? Для них мало того, что присутствуют слоты PCI, но и отсутствуют потенциальные преимущества для перехода на новую шину. Стоит ли удивляться, что наученные опытом гигантов видеокарто-строения, производители периферии, имеющие более скромные бюджеты и возможности для маневра, не стали рисковать и бросаться выпускать PCIe карты. Всё же PCIe 16х для видео — это одно, а PCIe 1x для периферии — совсем другое. Все помнят судьбу изобретённых Intel неполноценных разъемов для звуковух/модемов/сетевых плат AMR, CNR, ACR.
Мотивация пользователей ослаблена ещё одним фактором. Современные чипсеты и основанные на них материнские платы предлагают обширные встроенные возможности: AC"97/HDA-звук, 100 Мбит/1 Гбит сеть, RAID массив, 8 портов USB2.0. Что ещё нужно рядовому пользователю? Категория энтузиастов, скорее всего, озаботится наличием PCI слотов в материнской плате, чтобы не идти на бессмысленные траты. Особенно если это касается тех устройств, которым с запасом хватает PCI. Для звука есть также альтернатива — USB и FireWire устройства.
Можно лишь пожалеть покупателей, в очередной раз купивших «мегагерцы» и оказавшихся в ситуации с отсутствием свободных слотов PCI. Но это неизбежная участь тех, кто бежит впереди паровоза и безоглядно покупает что-то «на будущее» — оплачивать прогресс из своего кошелька и наживать язву, чертыхаясь на проблемы, глюки и обвиняя крупные компании в мировом заговоре. Приверженцы PCIe поневоле живут надеждами на скорое появление периферии под новую шину.
В сфере аудио у многих была надежда на появление под PCIe нового поколения звуковых карт Creative. Но разработка X-Fi под шину PCI длилась более 5 лет. По заявлению производителя, попытки адаптации под PCIe вызвали технические затруднения, в частности, с latency (время задержки звука на буферизацию и обработку), так что в ближайшее время выход карт под новую шину не ожидается. Что касается опасений в отношении упущенной прибыли от потенциальных продаж несуществующих пока PCIe карт, Creative не успевает отгружать в магазины карты X-Fi с шиной PCI. Уже несколько месяцев подряд новые карты в дефиците и раскупаются моментально.
С технической стороны последовательная шина с той же частотой имеет большую latency, чем параллельная, так как отсутствуют служебные сигнальные линии, посему для звуковых задач, где важнее не пиковая скорость при пересылке гигабайт, а быстрый доступ на малых объемах, подходит хуже. К сожалению, в сети сложно найти тесты сравнения именно карт PCIe 1x vs. PCI. Рекламные заявления о превосходстве шины PCIe во всём сложно принимать на веру.
Независимая энциклопедия Wikipedia говорит следующее: «PCIe посылает все управляющие команды, включая прерывания, по тем же линиям, что и данные. Последовательный протокол нельзя разделить на отдельные части, так что latency сравнима с PCI. <...> Спецификация PCIe называет эти чередующиеся данные «полосы данных» <...> такие данные не обязательно уменьшают latency на небольших пакетах данных, передаваемых по шине».
Почему некоторые считают PCI морально устаревшим интерфейсом для звуковых карт, так и не удается понять. Из спецификаций ясно одно: существующие звуковые устройства не ограничены параметрами PCI. Обычно за недостатком аргументов, основанных на достоверных фактах, дискуссия перерастает в религиозную войну.
Ведущий английский журнал профессионального звукового оборудования Sound on Sound в декабрьском номере 2005 года провел круглый стол с представителями проаудио производителей и задал им подобные вопросы. Мы публикуем часть дискуссии в русском переводе (полную версию на английском языке можно прочесть на сайте упомянутого журнала).
Поддержка PCI Express
PC со слотами PCI Express доступны на рынке более года, но пока ни одного аудио интерфейса PCI Express не анонсировано. Что вы думаете о способностях новой шины, ожидается ли разработка новых продуктов с поддержкой PCI Express?
Матиас Карстенс, RME: Устройство шины PCI Express намного сложнее, чем в случае PCI. Без сомнений индустрии проаудио потребуется год или больше для исследований и производства образцов. Согласно некоторым источникам, рано или поздно готовые решения появятся.
PCI имеет все необходимое для обычных нужд. PCI Express будет полезна только для профессионального мультитрекового использования, когда лимитирующим фактором будет шина. Например, при использовании нескольких карт HDSP MADI (каждая имеет 64 входа/выхода), ожидается, что PCI Express значительно поможет. Поэтому неудивительно, что у нас в планах портировать карту MADI на PCI Express, но точная дата пока неизвестна.
Интересно отметить, что первые PCI Express Firewire карты сейчас доступны. Первые тесты показывают, что все работает как обычно. Это хороший знак, потому как в случае полной непригодности PCI Express (например, постоянные щелчки, несмотря на высокую пропускную способность) никто бы в аудио мире не удивился. Дальнейшие тесты с несколькими устройствами Firefaces, работающими на 192 кГц, будут необходимы для выявления предела использования PCI Express для аудио целей. Если новая шина подойдет лучше (а пока все Firewire интерфейсы основаны на PCI), внедрение PCI Express пойдет быстрее.
Клаус Райтмюллер, ESI: Шина PCI Express как минимум такая же продвинутая и гибкая, как и PCI или PCI-X. Однако они несовместимы. Это на сегодня представляет большие затруднения для производителей железа. В любом случае, PCI Express, несомненно, в планах ESI Professional в будущих разработках.
Мило Стрит, Echo: Мы пока оцениваем шину PCI Express и, вероятно, будем производить продукты с её поддержкой в будущем. Одно потенциальное преимущество над PCI заключается в качестве обслуживания и возможности управления полосой пропускания. В теории это может позволить иметь меньшую latency, чем PCI, что уже лучше, чем Firewire или USB.
Брет Костин, M-Audio: PCI Express обещает увеличенную полосу пропускания, но наши пользователи пока вполне довольны продуктами на Firewire, USB and PCI. Малая часть из сегодняшних компьютеров имеет дополнительные PCI Express слоты для аудио, а поддержки PCI Express среди производителей звуковых чипов, кажется, пока нет.
Фил Палмер, Edirol: У нас пока нет планов в отношении PCI Express. Edirol/Roland возглавил разработку USB-интерфейсов для PC и Mac. Мы и сейчас плотно работаем с Apple над Firewire продуктами. Мы чувствуем, что концентрация на этих технологиях — это лучший способ произвести передовые продукты. Протокол PCI Express пока еще слишком новый и, как и все высоко-скоростные технологии, скорее всего, изначально предназначен для определенного рода непрерывной однонаправленной передачи данных, что характерно для дисковых контроллеров и графических карт.
Марио Мичел, Terratec: Звуковые PCI системы Terratec Producer всегда основаны на специализированных чипах контроллеров на шине PCI, таких как VIA1712(24). До сегодняшнего дня мы не слышали о стандартных чипах звуковых PCI Express контроллеров, поэтому у нас нет никаких планов. В любом случае, PCI Express нужно в основном для гигантского количества аудиоканалов (как, например, 64 канала у MADI). Мы не планируем выпускать такие устройства в ближайшем будущем.
Питер Пек, Yamaha: Yamaha не может комментировать какие-либо новые разработки, которые ведутся. Мы сосредоточены на разработке продуктов mLAN, так как потребности наших пользователей более чем удовлетворены возможностями шины IEEE1394. В данный момент нет острой необходимости бросаться разрабатывать PCI Express, тогда как уже есть такое количество входов и выходов через mLAN, что превышает большинство запросов для работы со звуком. Однако… никогда не говори никогда!
Джим Купер, MOTU: Как ведущий производитель звуковых интерфейсов, MOTU
серьезно приглядывается ко всем новым интерфейсным технологиям.Смерть PCI карт
С анонсом PCI Express и популярностью интерфейсов на USB и Firewire, многие музыканты начинают предполагать, что звуковые карты на PCI сродни вымирающему виду. Как вы думаете, сколько времени потребуется для полного исчезновения интерфейса PCI, как это произошло в случае с предыдущим стандартом ISA?
Клаус Райтмюллер, ESI: На текущий момент, решения на шинах PCI и PCI-X наиболее рентабельны, как в высшем сегменте, где требуется множество аудио каналов (например, наша серия MaXiO), так и на рынке устройств начального уровня (такие продукты, как Juli@ или ESP1010). Шина PCI позволяет реализовать решения с наивысшим соотношением цена/качество, что пока невозможно для устройств на USB или Firewire по той же цене, или с тем же качеством. Даже по этой причине, мы продолжим видеть PCI аудиоустройства в течение продолжительного времени в будущем. В конечном счете, PCI Express заменит PCI и ещё более упрочит себя в роли решения, более предпочтительного, чем Firewire и уж точно USB.
Джим Купер, MOTU: Текущие системы MOTU на PCI все ещё более производительны, чем Firewire или USB продукты, даже на шинах второго поколения Firewire B (800 Мбит/с) и USB 2.0 (480 Мбит/с). И наши продажи подтверждают это. PCI системы MOTU всё ещё весьма привлекательны для многих пользователей — в основном для high-end покупателей, которым нужно высочайшее качество АЦП/ЦАП, насколько только возможно, большое количество каналов, различные форматы интерфейсов, низкая latency и широкомасштабное межинтерфейсное микширование, предоставляемое нашей серией продуктов PCI424. Мы полагаем, что система PCI424 является самой лучшей системой, среди доступных в продаже.
Брет Костин, M-Audio: Скорее, это будет двумя годами позже. Производительность звуковых карт ISA и PCI сильно отличалась, так как последние имели серьезные преимущества над ISA. Сегодняшние преимущества не так значительны, в результате продвижение идет недостаточно агрессивно для внедрения новой технологии.
Марио Мичел, Terratec: Наши разработки сосредоточены на USB 1.1/2.0 и IEEE1394 Firewire 400/800. Мы не планируем новых PCI систем в ближайшем будущем, и будем обновлять драйвера и софт для существующих PCI продуктов ещё долгое время. Мы будем продавать наши PCI системы столько, сколько покупатели будут готовы их покупать, и я уверен, что стабильные продажи PCI устройств сохранятся в ближайшие 2-3 года.
Фил Палмер, Edirol: Сложно предсказывать, но я полагаю, что PCI продукты сохранятся до тех пор, пока производители не перестанут устанавливать PCI слоты в компьютерах.
Матиас Карстенс, RME: Как минимум 5 последующих лет. IMHO.
Мило Стрит, Echo: Преимущества PCI Express над PCI для аудио не такие значительные, как это было в случае превосходства PCI над ISA. Наверное, PCI будет существовать, пока PCI слоты не исчезнут с материнских плат (это заняло несколько лет в случае ISA), так что покупаемые сегодня звуковые PCI интерфейсы останутся пригодными надолго. Однако можно ожидать, что большинство производителей со временем или перейдут на PCI Express, или будут поддерживать только последовательные интерфейсы.
Питер Пек, Yamaha: По моему опыту, музыкантам больше нравится гибкость внешних устройств — с возможностью переносить железо на другой компьютер без вскрытия корпуса. Далее, с увеличением использования ноутбуков для музыкального продакшена, внешние устройства окажутся ещё более привлекательными для покупателя. Эта гибкость позволяет продлить срок службы внешнего устройства по сравнению с внутренними картами и отработать большие деньги. Это еще один фактор, который ставит шину PCI под удар.
Спасибо Sound on Sound за интересное интервью. Совершенно недавно о первом появлении звукового PCIe интерфейса, правда, только под Mac.
Digidesign предлагает две равноправные версии своей профессиональной аудио-продакшн системы Pro Tools|HD. Производитель стремится обеспечить совместимость с максимально возможным количеством компьютеров, оборудованных шинами PCI, PCI-X и PCIe, поэтому продолжает выпускать существующую версию под PCI и анонсирует новую версию под PCI Express.
Предполагается выпуск Pro Tools|HD версии PCIe для нового ряда Apple Power Mac G5. Так как новые компьютеры Power Mac G5 имеют лишь три разъема PCIe, первоначально поддержка PCIe-версии Pro Tools|HD ограничено установкой максимум трех карт. Если требуется большее число карт, необходимо воспользоваться Digidesign Expansion|HD (стоимостью $2400), исполненном во внешнем 4U модуле адаптером расширения с шин PCI, PCI-X, PCIe на 6 слотов PCI.
Варианта для платформы Windows в настоящий момент не имеется. Digidesign планирует протестировать и адаптировать PCIe систему для Windows-компьютеров, как только на этой платформе станет стандартом как минимум три свободных PCIe слота в каждой машине. До этого момента можно без проблем использовать PCI версию.
PCIe-совместимые системы Pro Tools|HD имеют ту же цену, что и PCI решения. Digidesign предлагает специальную программу апгрейда Pro Tools LE или Pro Tools TDM до систем Pro Tools|HD на шинах PCI, PCIe. Также имеется программа замены PCI версии на PCIe.
На сайте Digidesign приведен интересный FAQ, из которого можно понять, что: Digidesign не собирается прекращать выпуск PCI версии в обозримом будущем, PCIe решения требуют для работы программный пакет Digidesign Pro Tools HD версии 7.1, более трех карт PCIe установить никак не удастся, решений расширения PCIe-to-PCIe не существует.
Напомним, система Pro Tools|HD в обоих вариантах с одной картой HD Core (PCI) или Accel Core (PCIe) обеспечивает 32 канала вход/выход, 96 аудио дорожек и предлагается по цене $7995. Две карты предлагают вдвое более высокую функциональность по цене $10995. Три карты обойдутся в $13995.
Поздравляем поклонников шины PCIe — лед тронулся!
Участник круглого стола Sound On Sound, Матиас Карстенс из RME, после анонса Pro Tools|HD PCIe так прокомментировал ситуацию: «Естественно мы добавим PCI Express версии существующих продуктов в нашу линейку». По его мнению, первые анонсы должны состояться в следующем году на Frankfurt Musikmesse. «Используя последние технологии FPGA , мы сможем полностью реализовать все существующие наработки RME. Например, HDSP 9652, где технология FPGA полностью воплощена в текущей модели. Эта карта не имеет Steady Clock, и также отсутствует инверсия фазы и опциональное усиление +6dB в микшере Total Mix. В версии PCI Express мы можем добавить эти функции. Мы также сделаем PCI Express версию выпускаемой интерфейсной HDSP карты для пользователей Digiface и Multiface, но она будет функционально идентична PCI модели, для совместимости с внешними устройствами».
Пока что у RME нет планов предложить пользователям возможность апгрейда PCI карт на PCI Express, и Матиас отметил, что анонс PCIe продукта для платформы Apple не повлиял на планы его компании по продвижению PCI Express продуктов на рынок. Причина, почему другие производители не анонсируют PCI Express карты, может быть в том, что нет сопутствующих решений для внедрения новой шины, таких как мосты «PCIe-to-PCI», или готовые чипы контроллеров, как Via Envy24, которые повсеместно используются в массовых PCI звуковых картах и интерфейсах. А подобных решений нет из-за отсутствия на них спроса. Получаем замкнутый круг, разомкнуть который, очевидно, под силу лишь лидерам рынка, остальные подтянутся. Слово за производителями чипов.