PCI Express

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. prosince 2020; kontroly vyžadují 39 úprav .
PCI Express

Sloty (žluté) v pořadí: x4 PCI Express, x16 PCI Express, x1 PCI Express, x16 PCI Express, standardní 32bitový slot PCI
Typ pneumatika
Příběh
Vývojář Intel , PCI SIG , Dell , HP , IBM
Rozvinutý 2003
vyhnáni AGP , PCI-X , PCI
Specifikace
Hot swap Ne
Externí Ano
Možnosti dat
Šířka pásma od 250 Mb/s do 126 Gb/s
Protokol konzistentní
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

PCI Express ( anglicky  Peripheral Component Interconnect Express ) nebo PCIe nebo PCI-e ; také známý jako 3GIO ( I/O 3. generace ) - počítačová sběrnice (ačkoli to není sběrnice na fyzické úrovni , jedná se o připojení typu point-to-point), která využívá softwarový model sběrnice PCI a vysoce výkonný fyzický protokol založené na sériovém přenosu dat .

Vývoj standardu PCI Express zahájil Intel po opuštění sběrnice InfiniBand . Oficiálně se první základní specifikace PCI Express objevila v červenci 2002 [1] [2] . Standard PCI Express vyvíjí PCI Special Interest Group .

Popis

Na rozdíl od standardu PCI, který používal společnou sběrnici pro přenos dat s několika paralelně zapojenými zařízeními, je PCI Express obecně paketovou sítí s hvězdicovou topologií .

Zařízení PCI Express spolu komunikují prostřednictvím média tvořeného přepínači, přičemž každé zařízení je přímo připojeno k přepínači spojením typu point-to-point .

Sběrnice PCI Express navíc podporuje [1] [2] :

Sběrnice PCI Express je určena k použití pouze jako místní sběrnice. Vzhledem k tomu, že softwarový model PCI Express je z velké části zděděn z PCI, lze stávající systémy a řadiče upravit tak, aby využívaly sběrnici PCI Express, a to nahrazením pouze fyzické vrstvy, aniž by bylo nutné upravovat software. Vysoký špičkový výkon sběrnice PCI Express umožňuje její použití místo sběrnic AGP a ještě více PCI a PCI-X [2] . De facto PCI Express nahradil tyto sběrnice v osobních počítačích.

Konektory

PCI Express X1

Mini PCI-E

Viz také M.2

Mini PCI Express je formát sběrnice PCI Express pro přenosná zařízení.

Pro tento standard konektorů je k dispozici mnoho periferních zařízení:

SSD Mini PCI Express

ExpressCard

Sloty ExpressCard se používají v přenosných počítačích k připojení: [4]

Popis protokolu

Pro připojení zařízení PCI Express se používá obousměrné sériové spojení point-to-point , nazývané linka ( angl.  lane  - lane, row); to se výrazně liší od PCI , ve kterém jsou všechna zařízení připojena ke společné 32bitové paralelní obousměrné sběrnici.

Spojení ( anglicky  link  - connection, connection) mezi dvěma zařízeními PCI Express se skládá z jedné (x1) nebo několika (x2, x4, x8, x16 a x32) obousměrných sériových linek [1] [2] . Každé zařízení musí být připojeno alespoň k jedné lince (x1).

Na elektrické úrovni každé připojení využívá nízkonapěťový diferenciální přenos signálu ( LVDS ), každé zařízení PCI Express přijímá a vysílá informace na samostatných dvou vodičích, takže v nejjednodušším případě je zařízení připojeno k přepínači PCI Express pouze čtyřmi vodičů.

Použití tohoto přístupu má následující výhody:

V obou případech bude sběrnice PCI Express využívat maximální počet drah dostupných pro kartu i slot. To však neumožňuje zařízení pracovat ve slotu určeném pro karty s nižší šířkou pásma PCI Express sběrnice. Například karta x4 se fyzicky nevejde do standardního slotu x1, i když by mohla fungovat ve slotu x1 využívajícím pouze jeden pruh. Na některých základních deskách se můžete setkat s nestandardními x1 a x4 sloty, které nemají extrémní ozvučnici, takže mohou osadit karty delší než konektor. Tím není zajištěno napájení a uzemnění vyčnívající části karty, což může vést k různým problémům.

PCI Express posílá všechny řídicí informace, včetně přerušení , přes stejné linky, které se používají k přenosu dat. Sériový protokol nelze nikdy zablokovat, takže latence sběrnice PCI Express jsou zcela srovnatelné s latencí sběrnice PCI (všimněte si, že sběrnice PCI používá samostatné fyzické linky pro signalizaci požadavku na přerušení IRQ#A , IRQ#B , IRQ#C , IRQ#D ).

Ve všech vysokorychlostních sériových protokolech (jako je gigabitový ethernet ) musí být informace o časování zabudovány do přenášeného signálu. Na fyzické vrstvě používá PCI Express metodu kódování spoje 8b/10b (8 bitů z deseti, 20% redundance) [1] [2] k eliminaci DC z přenášeného signálu a k vložení informací o časování do datového toku. Počínaje PCI Express 3.0 se používá ekonomičtější kódování 128b/130b s 1,5% redundancí.

Některé protokoly (jako SONET / SDH ) používají techniku  ​​zvanou scrambling pro vkládání informací o časování do datového toku a pro rozmazání spektra přenášeného signálu. Specifikace PCI Express také poskytuje funkci kódování, ale kódování PCI Express se liší od kódování SONET .

Šířka pásma

PCIe je plně duplexní [5] protokol. To znamená, že toky příjmu a vysílání mají nezávislé kanály a stejné maximální rychlosti. Rychlost počítačových sběrnic se obvykle vyjadřuje v gigatransakcích za sekundu . Pro 1 transakci je přeneseno jedno kódové slovo. Pro výpočet propustnosti 1 sběrnicové linky je nutné vzít v úvahu kódování 8b / 10b ( eng.  8b / 10b encoding ) [1] [2] (pro PCI-E 3.0 a vyšší - 128b / 130b ( angl.  128b / 130b kódování ). Například šířka pásma PCIe 1.0 je:

2,5 GT/s 8/10 bitů/T = 2 Gb/s = 0,25 GB/s

Navzdory skutečnosti, že standard umožňuje 32 linek na port, taková řešení jsou fyzicky těžkopádná pro přímou implementaci a jsou dostupná pouze v proprietárních konektorech.

Šířka pásma PCI Express, GB/s

Rok vydání		 Verze
PCI Express 		Kódování
Přenosová rychlost
po jedné
lince 		Šířka pásma na x řádků
x1 x2 x4 x8 x16
2002 1,0 8b/10b 2,5 GT/s 256 MB/s = 0,25 GB/s 0,50 GB/s 1,0 GB/s 2,0 GB/s 4,0 GB/s
2007 2,0 8b/10b 5 GT/s 512 MB/s = 0,5 GB/s 1,0 GB/s 2,0 GB/s 4,0 GB/s 8,0 GB/s
2010 3.0 128b/130b 8 GT/s 1008,246 MB/s = 0,985 GB/s 1 969 GB/s 3,938 GB/s 7,877 GB/s 15,754 GB/s (126 Gb/s)
2017 4,0 128b/130b 16 GT/s 1 969 GB/s 3,938 GB/s 7,877 GB/s 15,754 GB/s 31,508 GB/s (252 Gb/s)
2019 5,0 128b/130b 32 GT/s 3,938 GB/s 7,877 GB/s 15,754 GB/s 31,508 GB/s 64,008 GB/s (512 Gb/s)
2022 6.0 242B/256B, PAM-4 , FEC , FLIT 64 GT/s 7,563 GB/s 15,125 GB/s 30 250 GB/s 60 500 GB/s 121 000 GB/s (968 Gb/s)

Konkurenční protokoly

Kromě PCI Express existuje řada vysokorychlostních standardizovaných sériových rozhraní, z nichž některá jsou HyperTransport , InfiniBand , RapidIO a StarFabric . Každé rozhraní má své přívržence mezi průmyslovými společnostmi, protože specifikace protokolů již utratily značné množství peněz a každé konsorcium se snaží zdůraznit výhody svého konkrétního rozhraní oproti ostatním.

Standardizované vysokorychlostní rozhraní by na jedné straně mělo být flexibilní a rozšiřitelné a na druhé straně by mělo poskytovat nízkou latenci a nízkou režii (to znamená, že režie paketů by neměla být velká). Rozdíly mezi rozhraními v podstatě spočívají právě v kompromisu zvoleném vývojáři konkrétního rozhraní mezi těmito dvěma protichůdnými požadavky.

Například dodatečné informace o směrování v paketu umožňují organizovat složité a flexibilní směrování paketů, ale zvyšují režii zpracování paketů, také snižují šířku pásma rozhraní a komplikují software, který inicializuje a konfiguruje zařízení připojená k rozhraní. Pokud je nutné zajistit hot-plugging zařízení, je potřeba speciální software, který by sledoval změny v topologii sítě. Příklady rozhraní, která jsou k tomu přizpůsobena, jsou RapidIO, InfiniBand a StarFabric.

Zkrácením paketů je zároveň možné snížit zpoždění přenosu dat, což je důležitý požadavek na paměťové rozhraní. Ale malá velikost paketů vede k tomu, že se zvyšuje podíl režijních polí paketu, což snižuje efektivní propustnost rozhraní. Příkladem tohoto typu rozhraní je HyperTransport.

Pozice PCI Express je mezi popsanými přístupy, protože sběrnice PCI Express je navržena tak, aby fungovala jako místní sběrnice, spíše než sběrnice procesor-paměť nebo složitá směrovaná síť. PCI Express byl navíc původně koncipován jako sběrnice logicky kompatibilní se sběrnicí PCI, což také přineslo svá vlastní omezení.

Existují také specializované sběrnice pro připojení čipsetů (mezi northbridge a southbridge ), založené na fyzickém protokolu PCI Express (obvykle x4), ale s jinými logickými protokoly. Například platformy Intel používají sběrnici DMI , zatímco systémy AMD s čipovou sadou AMD Fusion využívají  sběrnici UMI [6] .

PCI Express 2.0

PCI-SIG vydala specifikaci PCI Express 2.0 15. ledna 2007 . Hlavní inovace v PCI Express 2.0:

PCI Express 2.0 je plně kompatibilní s PCI Express 1.1 (staré grafické karty budou fungovat na základních deskách s novými konektory, ale pouze rychlostí 2,5GT/s, protože starší čipové sady nepodporují dvojnásobnou rychlost přenosu dat; novější grafické karty budou fungovat bez problémů i ve starém standardní sloty PCI Express 1.x).

Specifikace externího kabelu PCIe

7. února 2007 vydala PCI-SIG specifikaci externí kabeláže PCIe. Nová specifikace umožňuje kabely o délce až 10 metrů při šířce pásma 2,5 GT/s.

PCI Express 2.1

Z hlediska fyzických vlastností (rychlost, konektor) odpovídá verzi 2.0, softwarová část má přidané funkce, které jsou plánovány s plnou implementací ve verzi 3.0. Protože většina základních desek se prodává s verzí 2.0, použití pouze grafické karty s 2.1 neumožňuje aktivaci režimu 2.1.

PCI Express 3.0

V listopadu 2010 [7] byly schváleny specifikace pro verzi PCI Express 3.0. Rozhraní má rychlost přenosu dat 8 GT/s ( Gigatransactions/s ). Ale i přes to byla jeho skutečná propustnost stále dvojnásobná ve srovnání se standardem PCI Express 2.0. Toho bylo dosaženo díky agresivnějšímu schématu kódování 128b/130b, kdy 128 bitů dat odeslaných po sběrnici je zakódováno ve 130 bitech. Zároveň byla zachována plná kompatibilita s předchozími verzemi PCI Express. Karty PCI Express 1.xa 2.x budou fungovat ve slotu 3.0 a naopak karta PCI Express 3.0 bude fungovat ve slotech 1.xa 2.x (ačkoli nebude schopna odhalit svůj plný rychlostní potenciál). Pro 4 linky je rychlost přenosu dat 4 GB/s, pro 16 linek - 16 GB/s [8] .

Podle PCI-SIG začaly první testy PCI Express 3.0 v roce 2011, nástroje pro testování kompatibility pro partnery se objevily až v polovině roku 2011 a skutečná zařízení až v roce 2012.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) uvedla, že PCI Express 4.0 by mohlo být standardizováno do konce roku 2016 [9] , nicméně v polovině roku 2016, kdy se již řada čipů připravovala k výrobě, média uvedla, že standardizace se očekávalo na začátku roku 2017 [10] . Očekávalo se, že bude mít propustnost 16 GT/s, což znamená, že bude dvakrát rychlejší než PCIe 3.0 [11] [12] . Později byly termíny standardizace odloženy a specifikace byla zveřejněna až 5. října 2017 [13] . Ve srovnání se specifikací PCI Express 3.0 byla maximální rychlost přenosu dat na sběrnici PCI Express zdvojnásobena z 8 na 16 GT/s. Navíc se snížila latence, zlepšila se škálovatelnost a podpora virtualizace [14] . Pro 4 linky je rychlost přenosu dat 8 GB/s, pro 16 linek - 32 GB/s [8] .

7. listopadu 2018 AMD oznámilo plány na vydání prvního GPU podporujícího PCI Express 4.0 x16 ve čtvrtém čtvrtletí roku 2018 [15] . Dne 27. května 2019 společnost Gigabyte oznámila vydání základních desek řady X570 Aorus. Tyto desky podle výrobce „otevírají éru PCIe 4.0“ [16] .

PCI Express 5.0

V květnu 2019 se objevila finální specifikace standardu PCI Express 5.0 [8] . Rychlost přenosu dat na sběrnici PCI Express byla 32 GT/s. Očekává se, že taková rychlost bude mít pozitivní dopad na projekty související s virtuální realitou [17] . Pro 4 linky je rychlost přenosu dat 16 GB/s, pro 16 linek - 64 GB/s [8] .

PCI Express 6.0

Konečná specifikace standardu PCI Express 6.0 má být zveřejněna v roce 2022. Předpokládaná rychlost přenosu dat bude 32 GB/s pro 4 linky a 128 GB/s pro 16 linek [18] [19] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Slyusar V. I. Nové standardy průmyslových počítačových systémů. //Elektronika: věda, technologie, obchod. - 2005. - Č. 6. - S. 52 - 53. Stáhnout soubor PDF Archivní kopie ze dne 4. března 2016 na Wayback Machine
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Slusar V. I. PCI Express. Tvář standardu.// Svět automatizace. - 2006. - č. 1. - C. 38 - 41. [1] Archivní kopie z 27. srpna 2018 na Wayback Machine
  3. ↑ Pinout a popis karty PCI Express Mini Card (Mini PCIe) @ pinouts.ru . pinouts.ru _ Získáno 28. července 2022. Archivováno z originálu dne 1. června 2022.
  4. ↑ ExpressCard. Stránka Kde koupit. (nedostupný odkaz) . Získáno 10. dubna 2010. Archivováno z originálu 16. února 2011. 
  5. ↑ PCI Express 3.0. Často kladené otázky. PCI SIG. Archivováno z originálu 18. února 2010.  Získáno 23. listopadu 2008 . (Angličtina)
  6. ↑ Scott Mueller. "Architektura rozbočovače", "Propojení jiných procesorů/čipových sad" // Upgrade a opravy počítačů. 21. vydání  (anglicky) . — Que Publishing, 2013-03-07. - S. 187-188. — ISBN 978-0-13-310536-0 . Archivováno 2. srpna 2017 na Wayback Machine
  7. ↑ Specifikace PCI Express 3.0 schválena – rychlost zdvojnásobena (odkaz není dostupný) . Staženo 15. 5. 2018. Archivováno z originálu 20. 11. 2010. 
  8. ↑ 1 2 3 4 Andrey Schilling. PCI Express 5.0 – odhalení konečných specifikací . "Hardwareluxx" (30. května 2019). Získáno 28. června 2019. Archivováno z originálu dne 28. června 2019.
  9. ↑ PCI Express® 4.0 FAQ: (downlink) . PCI SIG (18. prosince 2014). Archivováno z originálu 18. prosince 2014. 
  10. ↑ PCIe 4.0 míří do Fab, 5.0 do Lab Archivováno 28. srpna 2016 na Wayback Machine / EETimes, 2016-06-28: „nebude finální až do začátku příštího roku  “
  11. ↑ PCI Express 4.0 přinese zrychlení minimálně 2x . 3DNews - Daily Digital Digest . Získáno 27. července 2022. Archivováno z originálu dne 29. června 2011.
  12. ↑ Časté otázky PCI Express® 4.0: Jaká je přenosová rychlost pro specifikaci PCIe 4.0 a jaká je ve srovnání s předchozími generacemi PCIe? . PCI SIG. — "Na základě analýzy proveditelnosti PCI-SIG bude přenosová rychlost pro specifikaci PCIe 4.0 16GT/s." Získáno 22. října 2016. Archivováno z originálu 18. září 2017.
  13. ↑ Specifikace | PCI-SIG  (anglicky) . pcisig.com. Datum přístupu: 18. ledna 2018. Archivováno z originálu 18. ledna 2018.
  14. ↑ Blog PCIe 4.0 . Získáno 18. ledna 2018. Archivováno z originálu 27. října 2017.
  15. ↑ AMD Radeon Instinct MI60: První 7nm akcelerátor Vega . Staženo 7. listopadu 2018. Archivováno z originálu 7. listopadu 2018.
  16. ↑ GIGABYTE přechází na PCIe 4.0 se základními deskami X570 AORUS | Novinky - GIGABYTE Global . GIGABYTE. Staženo 27. 5. 2019. Archivováno z originálu 27. 5. 2019.
  17. ↑ Hot Chips 2017: PCIe 4.0 uvidíme letos, PCIe 5.0 v roce 2019  , Tom's Hardware (  29. srpna 2017). Staženo 18. ledna 2018.
  18. ↑ Standard PCI Express 6.0 bude schválen v roce 2022 . Overclockers.ru (19. června 2019). Získáno 28. června 2019. Archivováno z originálu 19. června 2019.
  19. ↑ Galadei, Andrej. Konečné specifikace PCI Express 6.0 budou zveřejněny v roce 2021 . Hazardní hry (11. června 2020). Staženo 12. června 2020. Archivováno z originálu dne 11. června 2020.

Literatura

Odkazy

 Počítačové sběrnice a rozhraní
Základní pojmy
Procesory
Vnitřní
notebooky
Pohony
Obvod
Správa zařízení
Univerzální
Video rozhraní
Vestavěné systémy