Практически все современные материнские платы на текущий момент оснащены слотом расширения PCI-E x16. В этом нет ничего удивительного: в него устанавливается дискретный графический акселератор, без которого создание производительного персонального компьютера вообще невозможно. Именно о его предыстории появления, технических спецификациях и возможных режимах работы пойдет в дальнейшем речь.

Предыстория появления слота расширения

В начале 2000-х годов со слотом расширения AGP, который на тот момент использовался для установки 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).

Скорость передачи и метод шифрования

В обозначении интерфейса PCI-E x16цифра указывает на количество задействованных полос для передачи данных. В данном случае их 16. Каждая из них, в свою очередь, состоит из 2 пар проводов для передачи информации. Как было отмечено, более высокая скорость обеспечивается тем, что эти пары работают в дуплексном режиме. То есть передача информации может идти сразу в двух направлениях.

Для защиты от возможных потерь или искажения передаваемых данных применяется в этом интерфейсе специальная система защиты информации, которая называется 8В/10В. Это обозначение расшифровывается следующим образом: для правильной и корректной передачи 8 бит данных необходимо их дополнить 2 служебными битами для выполнения проверки правильности. В этом случае система вынуждена передавать 20 процентов служебной информации, которая для пользователя компьютера не несет полезной нагрузки. Но это плата за надежную и стабильную работу графической подсистемы персонального компьютера, и без этого уж точно никак не обойтись.

Версии PCI-E

Разъем PCI-E x16 внешне одинаковый на всех системных платах. Только вот скорость передачи информации в каждом случае может существенно отличаться. Как результат, быстродействие устройства тоже разное. А модификации у этого графического интерфейса такие:

• 1-я модификация PCI - Express х16 v. 1.0 имела теоретическую пропускную способность в 8 Гб/с.
• 2-е поколение PCI - Express х16 v. 2.0 уже могло похвастаться увеличенным вдвое значением пропускной способности - 16 Гб/с.
• Аналогичная тенденция сохранилась уже и для третьей версии данного интерфейса. В этом случае этот показатель был установлен на отметке 64 Гб/с.

Визуально отличить по расположению контактов невозможно. При этом они совместимы между собой. Например, если в слот версии 3.0 установить плату графического адаптера, которая соответствует на физическом уровне спецификациям 2.0, то вся система обработки автоматически переключится в наименее скоростной режим (то есть 2.0) и будет уже в дальнейшем функционировать именно с пропускной способностью в 64 Гб/с.

Первое поколение PCI Express

Как было отмечено ранее, впервые PCI Express был представлен в 2002 году. Его выход ознаменовал появление персональных компьютеров с несколькими графическими адаптерами, которые к тому же могли похвастаться даже с одним установленным акселератором повышенным быстродействием. Стандарт AGP 8Х позволял получить пропускную способность 2,1 Гб/с, а первая ревизия PCI Express - 8 Гб/с.

Конечно, говорить о восьмикратном приросте не приходится. 20 процентов прироста использовалось на передачу служебной информации, которая позволяла находить ошибки.

Вторая модификация PCI-E

На смену первому поколению данного 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.

Третье поколение

Последнее и наиболее актуальное обновление этого интерфейса увидело свет в 2010 году. Пиковая скорость PCI-E x16 в этом случае увеличилась до 64 Гб/с, а максимальная мощность графического адаптера без дополнительного питания в этом случае может быть равна 75 Вт.

Варианты конфигураций с несколькими графическими акселераторами в составе одного ПК. Их плюсы и минусы

Одним из наиболее важных нововведений данного интерфейса является возможность наличия сразу нескольких графических адаптеров в x16. Видеокарты при этом объединяются между собой и образуют, по существу, единое устройство. Их общая производительность суммируется, и это позволяет в разы повысить быстродействие ПК с позиции обработки выводимого изображения. Для решений от NVidia такой режим называется SLI, а для графических процессоров от АМД - CrossFire.

Будущее данного стандарта

Слот PCI-E x16в обозримом будущем уж точно не будет изменяться. Это позволит более производительные видеокарты использовать в составе устаревших ПК и за счет этого осуществлять поэтапный апгрейд компьютерной системы. Сейчас же прорабатываются спецификации уже 4-й версии этого способа передачи данных. Для графических адаптеров в этом случае будет предусмотрена максимальная 128 Гб/с. Это позволит выводить изображение на экран монитора в качестве «4К» и более.

Итоги

Как бы там ни было, а PCI-E x16 на текущий момент является безальтернативным графическим слотом и интерфейсом. Он будет актуальным еще достаточно долгое время. Его параметры позволяют создавать как компьютерные системы начального уровня, так и высокопроизводительные ПК с несколькими акселераторами. Именно за счет такой гибкости и не предвидится существенных изменений в этой нише.

Весной 1991 года компания Intel завершает разработку первой макетной версии шины PCI. Перед инженерами была поставлена задача разработать недорогое и производительное решение, которое позволило бы реализовать возможности процессоров 486, Pentium и Pentium Pro. Кроме того, было необходимо учесть ошибки, допущенные VESA при проектировании шины VLB (электрическая нагрузка не позволяла подключать более 3 плат расширения), а также реализовать автоматическую настройку устройств.

В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым, и создаёт PCI Special Interest Group. Благодаря этому любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии. Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32- или 64-битной, а устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически пропускная способность шины 133 Мбайт/с, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/с.

Основные характеристики:

• частота шины - 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;
• разрядность шины - 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
• пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц - 133 Мбайт/с;
• адресное пространство памяти - 32 бита (4 байта);
• адресное пространство портов ввода-вывода - 32 бита (4 байта);
• конфигурационное адресное пространство (для одной функции) - 256 байт;
• напряжение - 3,3 или 5 В.

Фото разъемов:

MiniPCI - 124 pin
MiniPCI Express MiniSata/mSATA - 52 pin
Apple MBA SSD, 2012
Apple SSD, 2012
Apple PCIe SSD
MXM, Graphics Card, 230 / 232 pin
MXM2 NGIFF 75 pins KEY A PCIe x2 KEY B PCIe x4 Sata SMBus
MXM3, Graphics Card, 314 pin
PCI 5V
PCI Universal
PCI-X 5v
AGP Universal
AGP 3.3 v
AGP 3.3 v + ADS Power
PCIe x1
PCIe x16
Custom PCIe
ISA 8bit
ISA 16bit
eISA
VESA
NuBus
PDS
PDS
Apple II / GS Expasion slot
PC/ XT / AT expasion bus 8 bit
ISA (industry standard architecture) - 16 bit
eISA
MBA - Micro Bus architecture 16 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 16 bit
MBA - Micro Bus architecture 32 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 32 bit
ISA 16 + VLB (VESA)
Processor Direct Slot PDS
601 Processor Direct Slot PDS
LC Processor Direct Slot PERCH
NuBus
PCI (Peripheral Computer Interconnect) - 5v
PCI 3.3v
CNR (Communications / network Riser)
AMR (Audio / Modem Riser)
ACR (Advanced communication Riser)
PCI-X (Периферийный PCI) 3.3v
PCI-X 5v
PCI 5v + RAID option - ARO
AGP 3.3v
AGP 1.5v
AGP Universal
AGP Pro 1.5v
AGP Pro 1.5v+ADC power
PCIe (peripheral component interconnect express) x1
PCIe x4
PCIe x8
PCIe x16

PCI 2.0

Первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5 вольт. Пиковая пропускная способность - 133 Мбайт/с.

PCI 2.1 - 3.0

Отличались от версии 2.0 возможностью одновременной работы нескольких шинных задатчиков (англ. bus-master, т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в слотах, использующих напряжение 5 вольт, так и в слотах, использующих 3,3 вольта (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц - 133 Мбайт/с, а для 66 МГц - 266 Мбайт/с.

• Версия 2.1 - работа с картами, рассчитанными на напряжение 3,3 вольта, и наличие соответствующих линий питания являлись опциональными.
• Версия 2.2 - сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный ключ разъёма по питанию и способны работать во многих более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах версии 2.1.
• Версия 2.3 - несовместима с картами PCI, рассчитанными на использование 5 вольт, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5-вольтовым ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5-вольтовых слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
• Версия 3.0 - завершает переход на карты PCI 3,3 вольт, карты PCI 5 вольт больше не поддерживаются.

PCI 64

Расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Слот PCI 64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности). Работает на тактовой частоте 33 МГц. Пиковая пропускная способность - 266 Мбайт/с.

• Версия 1 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 5 вольт.
• Версия 2 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 3,3 вольта.

PCI 66

Версия PCI 66 является работающим на тактовой частоте 66 МГц развитием PCI 64; использует напряжение 3,3 вольта в слоте; карты имеют универсальный, либо форм-фактор на 3,3 В. Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI 64/66

Комбинация PCI 64 и PCI 66 позволяет вчетверо увеличить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI; использует 64-битные 3,3-вольтовые слоты, совместимые только с универсальными, и 3,3-вольтовые 32-битные карты расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют либо универсальный (но имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами), либо 3,3-вольтовый форм-фактор (последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33-мегагерцовыми слотами популярных стандартов). Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI-X

PCI-X 1.0 - расширение шины PCI64 с добавлением двух новых частот работы, 100 и 133 МГц, а также механизма раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами. PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3,3 В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3. В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в работоспособности комбинации из материнской платы и карты расширения, надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility lists) производителей обоих устройств.

PCI-X 2.0

PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0; добавлены частоты 266 и 533 МГц, а также - коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC ). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах ; сигнальное напряжение снижено до 1,5 В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3,3 В. В настоящее время для не профессионального сегмента рынка высокопроизводительных компьютеров (мощных рабочих станций и серверов начального уровня), в которых находит применение шина PCI-X, выпускается крайне мало материнских плат с поддержкой шины. Примером материнской платы для такого сегмента является ASUS P5K WS. В профессиональном сегменте применяется в RAID-контроллерах, в SSD-накопителях под PCI-E.

Mini PCI

Форм-фактор PCI 2.2, предназначен для использования, в основном, в ноутбуках.

PCI Express

PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X и PXI ) - компьютерная шина (хотя на физическом уровне шиной не является, будучи соединением типа «точка-точка»), использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол , основанный на последовательной передаче данных . Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.

В отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда . Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

• горячая замена карт;
• гарантированная полоса пропускания (QoS );
• управление энергопотреблением;
• контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X . Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.

• MiniCard (Mini PCIe ) - замена форм-фактора Mini PCI . На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, 2.0 и SMBus.
  • M.2 - вторая версия Mini PCIe, до x4 PCIe и SATA.
• 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.

Несмотря на то, что стандарт допускает x32 линий на порт, такие решения физически достаточно громоздки и не выпускаются.

Год выпуска	Версия PCI Express	Кодирование	Скорость передачи	Пропускная способность на x линий
				×1	×2	×4	×8	×16
2002	1.0	8b/10b	2,5 ГТ/с	2	4	8	16	32
2007	2.0	8b/10b	5 ГТ/с	4	8	16	32	64
2010	3.0	128b/130b	8 ГТ/с	~7,877	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031
2017	4.0	128b/130b	16 ГТ/с	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031	~252,062
2019	5.0	128b/130b	32 ГТ/с	~32	~64	~128	~256	~512

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).
• 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 будут работать в системных платах с новыми разъемами, 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 разъемах стандарта PCI Express 1.х.).

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 продаются с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s (Гигатранзакций/с ). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных, пересылаемых по шине, кодируются 130 битами. При этом сохранилась полная совместимость с предыдущими версиями PCI Express. Карты PCI Express 1.x и 2.x будут работать в разъёме 3.0 и, наоборот, карта PCI Express 3.0 будет работать в разъёмах 1.х и 2.х.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до конца 2016 года, однако на середину 2016 года, когда ряд чипов уже готовился к изготовлению, СМИ сообщали, что стандартизация ожидается в начале 2017. Ожидается, что он будет иметь пропускную способность 16 GT/s, то есть будет в два раза быстрее PCIe 3.0.

Оставьте свой комментарий!

#PCI_Express

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:

1. 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);
2. Спецификация разделена на стек протоколов, каждый уровень которого может быть усовершенствован, упрощен или заменен, не сказываясь на остальных;
3. В спецификации заложены возможности горячей замены карт;
4. В спецификации заложены возможности создания виртуальных каналов, гарантирования пропускной полосы и времени отклика, сбора статистики QoS (Quality of Service);
5. В спецификации заложены возможности контроля целостности передаваемых данных (CRC);
6. 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.

PCI — Express (PCIe , PCI — E ) – последовательная, универсальная шина впервые обнародованная 22 июля 2002 года.

Является общей , объединяющей шиной для всех узлов системной платы, в которой соседствуют все подключённые к ней устройства. Пришла на замену устаревающей шине PCI и её вариации AGP , по причине возросших требований к пропускной способности шины и невозможности за разумные средства улучшить скоростные показатели последних.

Шина выступает как коммутатор , просто направляя сигнал из одной точки в другую не изменяя его. Это позволяет без явных потерь скорости, с минимальными изменениями и ошибками передать и получить сигнал.

Данные по шине идут симплексно (полный дуплекс), то есть одновременно в обе стороны с одинаковой скоростью, причём сигнал по линиям, течёт непрерывно , даже при отключении устройства (как постоянный ток, или битовый сигнал из нулей).

Синхронизация построена избыточным методом. То есть вместо 8 бит информации, передаётся 10 бит , два из которых являются служебными (20% ) и в определённой последовательности служат маячками для синхронизации тактовых генераторов или выявления ошибок . Поэтому, заявленная скорость для одной линии в 2.5 Гбитс , на самом деле равна примерно 2.0 Гбитс реальных.

Питание каждого устройства по шине, подбирается отдельно и регулируется с помощью технологии ASPM (Active State Power Management ). Она позволяет при простое (без подачи сигнала) устройства занижать его тактовый генератор и переводить шину в режим пониженного энергопотребления . Если сигнал не поступал в течение нескольких микросекунд, устройство считается неактивным и переводится в режим ожидания (время зависит от типа устройства).

Скоростные характеристики в двух направлениях PCI — Express 1.0 :*

1 x PCI —E ~ 500 Мбс

4х PCI —E ~ 2 Гбс

8 x PCI —E ~ 4 Гбс

16х PCI —E ~ 8 Гбс

32х PCI-E ~ 16 Гбс

*Скорость передачи данных в одном направлении в 2 раза ниже данных показателей

15 января 2007 года, PCI —SIG выпустила обновлённую спецификацию именуемую PCI-Express 2.0

Основным улучшением стала в 2 раза увеличенная скорость передачи данных (5.0 Ггц , против 2.5Ггц в старой версии). Усовершенствованию подвергся также двухточечный протокол передачи данных (точка-точка), доработана программная составляющая и добавлена система программного мониторинга за скоростью шины. При этом сохранилась совместимость с версиями протокола PCI —E 1.х

В новой версии стандарта (PCI — Express 3.0 ), главным нововведением будет измененная система кодирования и синхронизации . Вместо 10 битной системы (8 бит информации, 2 бита служебных), будет применяться 130 битная (128 бит информации, 2 бита служебных). Это позволит снизить потери в скорости с 20% до ~1.5% . Будет также переработан алгоритм синхронизации передатчика и приёмника, улучшен PLL (phase-locked loop). Скорость передачи увеличится предположительно в 2 раза (в сравнении с PCI —E 2.0 ), при этом сохранится совместимость с прошлыми версиями PCI —Express .