Что такое pci express

Предыстория появления слота расширения

В начале 2000-х годов со слотом расширения AGP, который на тот момент использовался для установки дискретных видеокарт, сложилась такая ситуация, когда максимальный уровень быстродействия достигнут и его возможностей уже недостаточно. В результате этого был создан консорциум PCI-SIG, который приступил к разработке программной и аппаратной составляющих будущего слота для установки графических ускорителей. Плодом его творчества и стала в 2002 году первая спецификация PCI Express 16х 1.0.

Некоторые компании для обеспечения совместимости двух существовавших на тот момент времени портов установки дискретных графических адаптеров разрабатывали специальные устройства, которые позволяли устанавливать устаревшие графические решения в новый слот расширения. На языке профессионалов такая разработка имела свое название – переходник PCI-E x16/AGP. Основное его назначение – это минимизация затрат на модернизацию ПК за счет использования комплектующих с предыдущей конфигурации системного блока. Но такая практика не получила большого распространения по той причине, что видеоплаты начального уровня на новом интерфейсе имели стоимость практически равную цене переходника.

Параллельно с этим были созданы и более простые модификации этого слота расширения для внешних контроллеров, которые пришли на смену привычным на то время портам PCI. Несмотря на внешнюю схожесть, эти устройства существенно различались. Если AGP и PCI могли похвастаться параллельной передачей информации, то вот PCI Express был последовательным интерфейсом. Его более высокое быстродействие обеспечивалось значительно увеличенной скоростью передачи данных в дуплексном режиме (информация в этом случае могла передаваться сразу по двум направлениям).

Преимущества PCI-E

Технология PCI Express позволила получить преимущество по сравнению с PCI в следующих пяти областях:

1. Более высокая производительность. При наличии всего одной линии пропускная способность PCI Express в два раза выше, чем у PCI. При этом пропускная способность увеличивается пропорционально количеству линий в шине, максимальное количество которых может достигать 32. Дополнительным преимуществом является то, что информация по шине может передаваться одновременно в обоих направлениях.
2. Упрощение ввода-вывода. PCI Express использует преимущества таких шин, как AGP и PCI-X и обладает при этом менее сложной архитектурой, а также сравнительной простотой реализации.
3. Многоуровневая архитектура. PCI Express предлагает архитектуру, которая может подстраиваться к новым технологиям и не требует значительного обновления ПО.
4. Технологии ввода/вывода нового поколения.  PCI Express дает новые возможности получения данных при помощи технологии одновременных передач данных,  обеспечивающей своевременное получение информации.
5. Простота использования. PCI-E значительно упрощает обновление и расширение системы пользователем. Дополнительные форматы плат Express, такие, как ExpressCard, значительно увеличивают возможности добавления высокоскоростных периферийных устройств в серверы и ноутбуки.

Как убить жесткий диск. Правила для начинающих киллеров

Экспорт в Word

Как выбрать желаемую карту PCIe?

Прежде всего, чтобы использовать карту PCI Express, на вашем компьютере должен быть хотя бы один свободный слот PCI Express. Если вы применяете проводную сеть, не приобретая разработанную систему, вам следует поискать некоторые карты PCIe. Однако выбрать подходящую карту PCIe сбивает с толку

При выборе следует обратить внимание на некоторые факторы:

• Версия карты PCIe и ширина слота: убедитесь, что тип карты PCI Express совместим с вашим текущим оборудованием и сетевым окружением.

• Стандарты протокола: Перед покупкой необходимо понять, поддерживает ли карта требуемые стандарты, такие как RDMA, RoCE, iSCSI и FCoE.

• Контроллер: чипы от Intel, Broadcom, Mellanox и Realtek.

После определения вышеупомянутых трех факторов, все еще есть некоторые переменные, которые будут влиять на ваш выбор, такие как скорость передачи, номер порта, тип разъема, операционная система, марка и цена. Вам может помочь полное руководство по покупке сетевого адаптера: Как выбрать сетевую карту?

PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года. Основные нововведения в PCI Express 2.0:

• Увеличенная пропускная способность: ПСП одной линии 500 МБ/с, или 5 ГТ/с (Гигатранзакций/с).
• Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.
• Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).
• Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).
• Расширения структуры возможностей[уточнить] — расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом).
• Службы управления доступом — опциональные возможности управления транзакциями точка-точка.
• Управление таймаутом выполнения.
• Сброс на уровне функций — опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI functions) внутри устройства (англ. PCI device).
• Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1 (старые видеокарты будут работать в системных платах с новыми разъёмами, но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную скорость передачи данных; новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъёмах стандарта PCI Express 1.х.).

Внешняя кабельная спецификация PCIe

7 февраля 2007 года PCI-SIG выпустила спецификацию внешней кабельной системы PCIe. Новая спецификация позволяет использовать кабели длиной до 10 метров, работающие с пропускной способностью 2,5 ГТ/с.

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаётся с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

Задел на будущее

Переход на PCI Express вызвал немало вопросов. К моменту появления интерфейса в 2004 году многие лишь недоуменно поднимали бровь — зачем нужна пропускная способность порядка 4 Гб/с, если видеокарты до сих пор не используют всех возможностей AGP 8x? И зачем возвращаться к PCI?

Уже потом люди узнали, что от PCI-архитектуры в PCI Express осталось только название, шина таит в себе много новых возможностей. Так, инновационный интерфейс вернул позабытую технологию 3Dfx SLI в виде подретушированных NVIDIA SLI и ATI CrossFire. Как обычно, при переходе на новую шину широко использовали переходные мосты. История повторяется вот уже который раз, и с каждым новым витком она становится все интереснее!

PCIe SSD на шине PCI-e 2.0 или 1.0

PCI-E 2.0 x8 SSD

FusionСтив Возняк

1. Они не могут быть загрузочными
2. Нужен драйвер для использования. Драйвера есть практически подо всё, но под последние версии Linux их придётся компилировать.
3. Оптимальный размер сектора у них 4096 байт. (512 тоже поддерживается)
4. Драйвер при наихудшем сценарии может потреблять довольно много RAM (при размере сектора 512 байт)
5. Скорость работы зависит от скорости процессора, поэтому энергосберегающие технологии лучше отключать. Это и плюс и минус, так как с помощью мощного процессора устройство может работать даже быстрее, чем это указано в спецификациях
6. Нуждается в хорошем охлаждении. Для серверов это не должно быть проблемой.
7. Не рекомендуется для ESXi, так как ESXi предпочитает диски с сектором 512N, а это может повлечь большой расход памяти драйвером.
8. Брендированные версии этих SSD, как правило, не поддерживаются вендорами до уровня последнего драйвера от SanDisk (март 2019)

Вторая модификация PCI-E

На смену первому поколению данного графического интерфейса в 2007 году пришел PCI-E 2. 0 x16. Видеокарты 2-го поколения, как было отмечено ранее, физически и программно были совместимы с первой модификацией этого интерфейса. Только в таком случае существенно снижалось быстродействие графической системы до уровня версии интерфейса PCI Express 1.0 16х.

Теоретически предел передачи информации в этом случае был равен 16 Гб/с. Но 20 процентов полученного прироста расходовалось на служебную информацию. В итоге в первом случае реальная передача была равна: 8 Гб/с – (8 Гб/с х 20% : 100%) = 6,4 Гб/с. А для второго исполнения графического интерфейса это значение было уже таким: 16 Гб/с – (16 Гб/с х 20% : 100%) = 12,8 Гб/с. Разделив же 12,8 Гб/с на 6,4 Гб/с, получаем реальный практический прирост быстродействия в 2 раза между 1-м и 2-м исполнением PCI Express.

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.

Внешний вид

Накопитель собран на стандартной пластине черного текстолита форм-фактора М.2 размером 2280 с ключом M-Key.

Все элементы с двух сторон заклеены информационными бумажными стикерами, которые перед эксплуатацией следует удалить.

Сняв стикеры, мы видим, что кристаллы памяти расположены с обеих сторон текстолита, что очень редко встречается в накопителях М.2.

Но это не сказывается значительно на толщине самого накопителя, тем более что для установки в ПК это не имеет значения.

Память промаркирована как TA7AG65AWV – это разработки Toshiba на базе 96-слойной 3D TLC BiCS4 с интерфейсом Toggle NAND Mode 3.0, который работает со скоростью 667-800 Мбит/с при напряжении 1,2 В.

Для SLC-кэширования используется оперативная память объемом 512 Мбайт DDR4-1600 SDRAM производства SK Hynix – HSAN4G8N8JR. Это должно способствовать более высокому потенциалу при последовательной записи большего объема данных на максимально заявленной скорости.

Еще мы видим микросхему IC Phison PS6106, осуществляющую управление питанием и защиту по току.

Контроллер Phison PS5016-E16 закрыт собственной металлической теплоотводящей пластиной. Пластина здесь не лишняя — несмотря на напряжение, уменьшенное до 1,2 В, тепловыделение кристалла под нагрузкой составляет 6,7 Вт.

Это — восьмиканальный контроллер на 28-нм техпроцессе, который обеспечивает пропускную способность до 8 ГБ/с. Он имеет скорость последовательного чтения до 5000, последовательной записи — до 4400 МБ/с. Кроме стандартных функций (технология ускоренной записи, алгоритм LDPC-кодирования и исправления ошибок четвёртого поколения, аппаратное шифрование по схеме AES256), контроллер способен контролировать температуру, что позволяет избежать троттлинга.

Для эффективного отведения тепла в комплекте имеется металлический радиатор со сложным рисунком ребер.

В центральной части верхняя площадка ребер выполнена в виде логотипа IRDM и окрашена в красный цвет. На контактной площадке наклеен термоскотч.

Высота радиатора — 8 мм. Если слот PCI-E находится под видеокартой, то радиатор установить не получится. Но чаще всего он может вообще не понадобиться.

Материнские платы на чипсете Х570, как правило, комплектуются собственными радиаторами над слотами M.2.

Разъёмы

• MiniCard (Mini PCIe) — замена форм-фактора Mini PCI

  M.2 — вторая версия Mini PCIe, до x4 PCIe и SATA.

  . На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, USB 2.0 и SMBus.

• ExpressCard — подобен форм-фактору PCMCIA. На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
• AdvancedTCA, MicroTCA — форм-фактор для модульного телекоммуникационного оборудования.
• Mobile PCI Express Module (MXM) — промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA. Его используют для подключения графических ускорителей.
• Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков метров, что делает возможным создание ЭВМ, периферийные устройства которой находятся на значительном удалении.
• StackPC — спецификация для построения наращиваемых компьютерных систем. Данная спецификация описывает разъёмы расширения StackPC, FPE и их взаимное расположение.

PCI Express X1

Mini PCI-E

См. также M.2

Mini PCI Express — формат шины PCI Express для портативных устройств.

Для этого стандарта разъёма выпускается много периферийных устройств:

• WiFi-карты
• WiMax-карты
• GSM-модемы
• GPS-приёмники
• SSD-накопители — использует нестандартную распиновку разъёма Mini PCI-E (SSD Mini PCI Express)
• Контроллеры USB (2.0 или 3.0), SATA (I, II или III)
• Контроллер COM-портов (RS232)
• SMBus
• Выводы для индикаторных светодиодов
• Выводы подключения SIM-карт (для GSM WCDMA)
• Имеет зарезервированные контакты (для будущих устройств)
• Питание 1,5 В и 3,3 В

MiniPCI и MiniPCI Express

SSD Mini PCI Express

• PATA
• SATA
• USB
• Питание 3.3 В

ExpressCard

Слоты ExpressCard применяются в ноутбуках для подключения:

• Плат SSD накопителей
• Видеокарт
• Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
• Док-станций
• Измерительных приборов
• Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
• Сетевых адаптеров
• Контроллеров параллельных и последовательных портов
• Адаптеров PC Card/PCMCIA
• Дистанционного управления
• Контроллеров SATA
• Адаптеров SmartCard
• ТВ-тюнеров
• Контроллеров USB
• Беспроводных сетевых адаптеров Wi-Fi
• Беспроводных широкополосных интернет-адаптеров (3G, CDMA, EVDO, GPRS, UMTS, и т. д.)
• Звуковых карт для домашнего мультимедиа и профессиональных аудиоинтерфейсов.

Какие типы карт PCI Express существуют?

Благодаря требованию более быстрых, реалистичных видеоигр и инструментов редактирования видео, видеокарты были первыми типами компьютерной периферии,
чтобы воспользоваться преимуществами, предлагаемыми непосредственно PCIe.

В то время как видеокарты по-прежнему остаются наиболее распространенным типом PCIe-карты, вы обнаружите, что другие девайсы, которые значительно
быстрее подключаются к системной плате, процессору и ОЗУ. Также все чаще производятся PCIe-соединения вместо обычного PCI.
Например, многие высококачественные звуковые карты теперь используют высокоскоростной порт, а также повышают количество проводных и беспроводных сетевых
интерфейсных карт.

Карты контроллера жесткого диска могут быть наиболее полезными для PCI-E после видеокарты. Подключение высокоскоростного PCIe SSD-накопителя к этому
высокоскоростному интерфейсу позволяет значительно быстрее считывать, потом записывать диск. Некоторые контроллеры жестких дисков PCIe даже включают
встроенный SSD, сильно изменяя, как устройства хранения традиционно подключены внутри пк.

Конечно, замена PCIe на PCI и AGP полностью на более новые системные платы, почти каждый тип внутренней карты расширения, основанной на старых
интерфейсах, перестраивается для возможности использования шины PCI Express. Это включает в себя такие вещи, как карты расширения USB, карты Bluetooth и т.д.

Помните: размер порта PCI-E и и количество полос могут не совпадать

Вот одна из наиболее запутанных частей настройки PCI-E: порт может быть размером с карту x16, но иметь достаточно линий данных только для чего-то гораздо менее быстрого, например x4. Это связано с тем, что хотя PCI-E может поддерживать практически неограниченное количество отдельных подключений, все же существует практический предел пропускной способности чипсета. Более дешёвые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут подойти только до одного слота x8, даже если этот слот физически может вместить карту x16. Между тем, материнские платы для «геймеров» будут иметь до четырёх полных слотов PCI-E размера x16 и x16 для максимальной совместимости с графическим процессором.

Эта материнская плата для энтузиастов включает пять полноразмерных слотов PCI-E x16, но только два из них имеют полные 16 линий передачи данных — остальные — x8 и x4.

Очевидно, это может вызвать проблемы. Если на вашей материнской плате есть два слота размером x16, но один из них имеет только x4 полосы, то установка новой модной видеокарты в неправильный слот может снизить её производительность на 75%. Конечно, это теоретический результат: архитектура материнских плат означает, что вы не увидите такого резкого спада. Дело в том, что правильная карта должна быть вставлена в правильный слот.

К счастью, пропускная способность определённых слотов PCI обычно указывается в руководстве к компьютеру или материнской плате с указанием того, какой слот имеет какую ёмкость. Если у вас нет руководства, количество полос обычно указывается на печатной плате материнской платы рядом с портом, например:

Этикетки на этих портах показывают доступные полосы: порт x1 вверху имеет одну полосу, а порт x16 внизу — только четыре, несмотря на его физический размер. PCIEX1_2 означает, что это второй порт x1 на материнской плате.

Кроме того, более короткая карта x1 или x4 может физически поместиться в более длинный слот x8 или x16: первоначальная конфигурация контактов электрических контактов делает её совместимой. Карта может немного болтаться физически, но когда она закреплена в слотах расширения корпуса ПК, она сидит более чем крепко. Естественно, если контакты карты физически больше слота, вставить её нельзя.

Поэтому помните, что при покупке карт расширения или обновлений для слотов PCI Express вы должны учитывать как размер, так и скорость передачи доступных портов.

Связанная статья: PCIe 4.0: что нового и почему это важно

Подделки из китая

Когда его можно будет использовать

Как мы упоминали ранее, в Computex 2019 дебютировала PCIe 4.0 с анонсами продуктов от AMD, Corsair и Gigabyte. Intel ничего не сказала о PCIe 4.0 для потребительского оборудования — и даже утверждала, что это не поможет ускорить Ваши игры на ПК — поэтому сейчас PCIe 4.0 — это все о системах AMD.

AMD анонсировала свой чипсет X570 на Computex с поддержкой PCIe 4.0, а производители представили десятки материнских плат X570, включая ASRock, Asus, Gigabyte и MSI. Эти платы X570 не будут дешевыми, и ожидается, что они также будут генерировать большое количество тепла. Почти на каждой плате, от среднего бюджетного геймера до ультра роскошного RGB-оборудованного монстра, были вентиляторы для охлаждения компонентов. Платы более высокого уровня также добавили дополнительные радиаторы, трубы, а в некоторых случаях системы жидкостного охлаждения. Это только для самой платы.

Несколько дней спустя компания выступила на игровой конференции E3 2019 с двумя новыми видеокартами, поддерживающими PCIe 4.0, включая Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700. Новые карты также были выпущены 7 июля 2019 года.