Wenn es um Schnittstellen im Zusammenhang mit Computersystemen geht, muss man sehr darauf achten, nicht auf inkompatible Schnittstellen für dieselben Komponenten innerhalb des Systems zu „stoßen“.

Glücklicherweise wird es bei der PCI-Express-Schnittstelle zum Anschluss einer Grafikkarte praktisch keine Probleme mit Inkompatibilitäten geben. In diesem Artikel gehen wir näher darauf ein und sprechen auch darüber, was PCI-Express ist.

Warum wird PCI-Express benötigt und was ist das?

Beginnen wir wie immer mit den Grundlagen. PCI-Express (PCI-E)-Schnittstelle- Hierbei handelt es sich um ein Interaktionsmittel, in diesem Zusammenhang bestehend aus einem Buscontroller und dem entsprechenden Steckplatz (Abb. 2). Hauptplatine(zur Verallgemeinerung).

Dieses Hochleistungsprotokoll wird, wie oben erwähnt, verwendet, um eine Grafikkarte an das System anzuschließen. Dementsprechend verfügt das Motherboard über einen entsprechenden PCI-Express-Steckplatz, in dem der Videoadapter installiert ist. Früher wurden Grafikkarten über die AGP-Schnittstelle angeschlossen, aber als diese Schnittstelle, vereinfacht gesagt, „nicht mehr ausreichte“, kam PCI-E zur Rettung, über deren detaillierte Eigenschaften wir jetzt sprechen werden.

Abb.2 (PCI-Express 3.0-Steckplätze auf dem Motherboard)

Hauptmerkmale von PCI-Express (1.0, 2.0 und 3.0)

Obwohl die Namen PCI und PCI-Express sehr ähnlich sind, unterscheiden sich ihre Verbindungsprinzipien (Interaktionsprinzipien) grundlegend. Bei PCI-Express kommt eine Leitung zum Einsatz – eine bidirektionale serielle Verbindung vom Typ Punkt-zu-Punkt; es können mehrere dieser Leitungen vorhanden sein. Bei Grafikkarten und Mainboards (Cross Fire und SLI berücksichtigen wir nicht), die PCI-Express x16 unterstützen (also die Mehrheit), kann man leicht erraten, dass es 16 solcher Leitungen gibt (Abb. 3), Auf Mainboards mit PCI-E 1.0 war häufig ein zweiter x8-Steckplatz für den Betrieb im SLI- oder Cross-Fire-Modus zu sehen.

Nun, bei PCI ist das Gerät an einen gemeinsamen 32-Bit-Parallelbus angeschlossen.

Reis. 3. Beispiel für Slots mit unterschiedlicher Zeilenanzahl

(wie bereits erwähnt, wird x16 am häufigsten verwendet)

Die Schnittstellenbandbreite beträgt 2,5 Gbit/s. Wir benötigen diese Daten, um Änderungen dieses Parameters in verschiedenen PCI-E-Versionen zu verfolgen.

Darüber hinaus entwickelte sich Version 1.0 zu PCI-E 2.0. Durch diese Transformation haben wir den doppelten Durchsatz, also 5 Gbit/s, erhalten, allerdings möchte ich anmerken, dass die Grafikkarten nicht viel an Leistung gewonnen haben, da es sich lediglich um eine Version der Schnittstelle handelt. Der größte Teil der Leistung hängt von der Grafikkarte selbst ab; die Schnittstellenversion kann die Datenübertragung nur geringfügig verbessern oder verlangsamen (in diesem Fall gibt es keine „Bremsung“ und es gibt einen guten Spielraum).

Auf die gleiche Weise wurde 2010 mit Vorbehalt die Schnittstelle entwickelt PCI-E 3.0, im Moment wird es in allen neuen Systemen verwendet, aber wenn Sie noch 1.0 oder 2.0 haben, dann machen Sie sich keine Sorgen – im Folgenden werden wir über die relative Abwärtskompatibilität verschiedener Versionen sprechen.

Mit PCI-E 3.0 wurde die Bandbreite im Vergleich zur Version 2.0 verdoppelt. Auch dort wurden viele technische Änderungen vorgenommen.

Voraussichtlich im Jahr 2015 geboren PCI-E 4.0, was für die dynamische IT-Branche absolut nicht überraschend ist.

Nun gut, lassen Sie uns mit diesen Versionen und Bandbreitenzahlen abschließen und auf das sehr wichtige Thema der Abwärtskompatibilität verschiedener PCI-Express-Versionen eingehen.

Abwärtskompatibel mit den Versionen PCI-Express 1.0, 2.0 und 3.0

Diese Frage beunruhigt viele, besonders wenn Auswahl einer Grafikkarte für das aktuelle System. Da man sich mit einem System mit einem Motherboard zufrieden gibt, das PCI-Express 1.0 unterstützt, entstehen Zweifel, ob eine Grafikkarte mit PCI-Express 2.0 oder 3.0 ordnungsgemäß funktioniert? Ja, das wird es sein, das versprechen zumindest die Entwickler, die diese Kompatibilität sichergestellt haben. Nur wird sich die Grafikkarte nicht in ihrer ganzen Pracht entfalten können, aber die Leistungseinbußen werden in den meisten Fällen unbedeutend sein.

Im Gegenteil, Sie können Grafikkarten mit einer PCI-E 1.0-Schnittstelle bedenkenlos in Motherboards installieren, die PCI-E 3.0 oder 2.0 unterstützen. Es gibt keinerlei Einschränkungen, Sie können sich also auf die Kompatibilität verlassen. Wenn natürlich auch bei anderen Faktoren alles in Ordnung ist, gehören dazu ein nicht ausreichend leistungsstarkes Netzteil usw.

Insgesamt haben wir viel über PCI-Express gesprochen, was Ihnen helfen sollte, viele Verwirrungen und Zweifel an der Kompatibilität auszuräumen und die Unterschiede zwischen PCI-E-Versionen zu verstehen.

Diese Frage wurde mir mehr als einmal gestellt, daher werde ich jetzt versuchen, sie so klar und kurz wie möglich zu beantworten. Dazu stelle ich zum besseren Verständnis Bilder der PCI-Express- und PCI-Erweiterungssteckplätze zur Verfügung. Natürlich werde ich auf die wesentlichen Unterschiede in den Eigenschaften hinweisen, d.h. .e. Was diese Schnittstellen sind und wie sie aussehen, erfahren Sie in Kürze.

Beantworten wir zunächst kurz die Frage: Was genau ist PCI Express und PCI?

Was ist PCI Express und PCI?

PCI ist ein paralleler Computer-Eingabe-/Ausgabebus zum Anschluss von Peripheriegeräten an die Hauptplatine des Computers. PCI wird verwendet, um Folgendes anzuschließen: Grafikkarten, Soundkarten, Netzwerkkarten, TV-Tuner und andere Geräte. Die PCI-Schnittstelle ist veraltet, sodass Sie beispielsweise wahrscheinlich keine moderne Grafikkarte finden werden, die eine Verbindung über PCI herstellt.

PCI-Express(PCIe oder PCI-E) ist ein serieller Computer-Eingabe-/Ausgabebus zum Anschluss von Peripheriegeräten an die Hauptplatine eines Computers. Diese. Hierbei wird bereits eine bidirektionale serielle Verbindung verwendet, die über mehrere Leitungen (x1, x2, x4, x8, x12, x16 und x32) verfügen kann. Je mehr solcher Leitungen vorhanden sind, desto höher ist die Bandbreite des PCI-E-Busses. Die PCI-Express-Schnittstelle dient zum Anschluss von Geräten wie Grafikkarten, Soundkarten, Netzwerkkarten, SSD-Laufwerken und anderen.

Es gibt verschiedene Versionen der PCI-E-Schnittstelle: 1,0, 2,0 und 3,0 (Version 4.0 wird bald veröffentlicht). Üblicherweise wird diese Schnittstelle beispielsweise so bezeichnet PCI-E 3.0 x16, was eine PCI-Express-3.0-Version mit 16 Lanes bedeutet.

Wenn wir beispielsweise darüber sprechen, ob eine Grafikkarte mit einer PCI-E 3.0-Schnittstelle auf einem Motherboard funktioniert, das nur PCI-E 2.0 oder 1.0 unterstützt, sagen die Entwickler, dass alles funktionieren wird, aber bedenken Sie das natürlich Die Bandbreite wird durch die Fähigkeiten des Motherboards begrenzt. Daher glaube ich nicht, dass es sich in diesem Fall lohnt, für eine Grafikkarte mit einer neueren Version von PCI Express zu viel zu bezahlen ( wenn auch nur für die Zukunft, d.h. Planen Sie den Kauf eines neuen Motherboards mit PCI-E 3.0?). Und umgekehrt: Nehmen wir an, Ihr Motherboard unterstützt die Version PCI Express 3.0 und Ihre Grafikkarte unterstützt die Version 1.0. Dann sollte diese Konfiguration auch funktionieren, jedoch nur mit PCI-E 1.0-Funktionen, d. h. Hier gibt es keine Einschränkung, da die Grafikkarte in diesem Fall an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit arbeitet.

Unterschiede zwischen PCI Express und PCI

Der Hauptunterschied in den Eigenschaften ist natürlich der Durchsatz; bei PCI Express ist er viel höher, zum Beispiel hat PCI bei 66 MHz einen Durchsatz von 266 MB/s und PCI-E 3.0 (x16). 32 Gbit/s.

Auch äußerlich sind die Schnittstellen unterschiedlich, sodass der Anschluss beispielsweise einer PCI-Express-Grafikkarte an einen PCI-Erweiterungssteckplatz nicht funktioniert. Auch PCI-Express-Schnittstellen mit unterschiedlicher Anzahl an Lanes sind unterschiedlich, das alles zeige ich jetzt in Bildern.

PCI-Express- und PCI-Erweiterungssteckplätze auf Motherboards

PCI- und AGP-Steckplätze

PCI-E x1, PCI-E x16 und PCI-Steckplätze

PCI-Express-Schnittstellen auf Grafikkarten

Das ist alles, was ich jetzt habe!

Der PCI-Express-Standard ist eine der Grundlagen moderner Computer. PCI-Express-Steckplätze nehmen seit langem einen festen Platz auf der Hauptplatine jedes Desktop-Computers ein und verdrängen andere Standards wie PCI. Aber auch der PCI-Express-Standard weist eigene Variationen und Anschlussmuster auf, die sich voneinander unterscheiden. Auf neuen Mainboards ab etwa 2010 sieht man eine ganze Reihe von Anschlüssen auf einem Motherboard, die als bezeichnet werden PCIE oder PCI-E, die sich in der Anzahl der Zeilen unterscheiden können: eine x1 oder mehrere x2, x4, x8, x12, x16 und x32.

Lassen Sie uns also herausfinden, warum es beim scheinbar einfachen PCI-Express-Peripherieanschluss so viel Verwirrung gibt. Und welchen Zweck haben die einzelnen PCI Express x2-, x4-, x8-, x12-, x16- und x32-Standards?

Was ist der PCI-Express-Bus?

Bereits in den 2000er Jahren, als der Übergang vom veralteten PCI-Standard (Erweiterung – Verbindung von Peripheriekomponenten) zu PCI Express erfolgte, hatte letzterer einen großen Vorteil: Anstelle eines seriellen Busses, der PCI war, ein Punkt-zu-Punkt Es wurde ein Zugangsbus verwendet. Dies bedeutete, dass jeder einzelne PCI-Port und die darin installierten Karten die maximale Bandbreite voll ausnutzen konnten, ohne sich gegenseitig zu stören, wie es bei einer PCI-Verbindung der Fall war. Damals gab es reichlich Peripheriegeräte, die in Erweiterungskarten gesteckt wurden. Netzwerkkarten, Audiokarten, TV-Tuner usw. – sie alle erforderten eine ausreichende Menge an PC-Ressourcen. Aber im Gegensatz zum PCI-Standard, der einen gemeinsamen Bus für die Datenübertragung mit mehreren parallel verbundenen Geräten nutzte, handelt es sich bei PCI Express im Allgemeinen um ein Paketnetzwerk mit Sterntopologie.

PCI Express x16, PCI Express x1 und PCI auf einer Platine

Laienhaft ausgedrückt: Stellen Sie sich Ihren Desktop-PC wie ein kleines Geschäft mit ein oder zwei Verkäufern vor. Der alte PCI-Standard war wie ein Lebensmittelgeschäft: Alle warteten in der gleichen Schlange, um bedient zu werden, und es gab Geschwindigkeitsprobleme, da nur ein Verkäufer hinter der Theke saß. PCI-E ähnelt eher einem SB-Warenhaus: Jeder Kunde folgt seinem individuellen Einkaufsweg, und an der Kasse nehmen mehrere Kassierer gleichzeitig die Bestellung auf.

Offensichtlich ist ein Hypermarkt hinsichtlich der Servicegeschwindigkeit um ein Vielfaches schneller als ein normales Geschäft, da das Geschäft nicht die Kapazität von mehr als einem Verkäufer an einer Registrierkasse aufbringen kann.

Außerdem mit dedizierten Datenleitungen für jede Erweiterungskarte oder integrierte Motherboard-Komponente.

Der Einfluss der Zeilenanzahl auf den Durchsatz

Um unsere Metapher von Laden und Hypermarkt zu erweitern, stellen Sie sich vor, dass jede Abteilung des Hypermarkts ihre eigenen Kassierer hat, die nur für sie reserviert sind. Hier kommt die Idee mehrerer Datenspuren ins Spiel.

PCI-E hat seit seiner Einführung viele Veränderungen durchgemacht. Heutzutage verwenden neue Motherboards typischerweise Version 3 des Standards, wobei die schnellere Version 4 immer häufiger vorkommt und Version 5 für 2019 erwartet wird. Verschiedene Versionen verwenden jedoch dieselben physischen Verbindungen, und diese Verbindungen können in vier Hauptgrößen hergestellt werden: x1, x4, x8 und x16. (x32-Ports gibt es, sind aber auf normalen Computer-Motherboards äußerst selten).

Die unterschiedlichen physikalischen Größen der PCI-Express-Ports ermöglichen eine klare Unterteilung nach der Anzahl gleichzeitiger Verbindungen zum Motherboard: Je größer der Port physikalisch ist, desto mehr maximale Verbindungen kann er an die Karte übertragen oder umgekehrt. Diese Verbindungen werden auch genannt Linien. Man kann sich eine Leitung als eine Spur vorstellen, die aus zwei Signalpaaren besteht: eines zum Senden von Daten und das andere zum Empfangen.

Verschiedene Versionen des PCI-E-Standards ermöglichen unterschiedliche Geschwindigkeiten auf jeder Spur. Aber im Allgemeinen gilt: Je mehr Lanes an einem einzelnen PCI-E-Port vorhanden sind, desto schneller können Daten zwischen dem Peripheriegerät und dem Rest des Computers fließen.

Zurück zu unserer Metapher: Wenn wir von einem Verkäufer in einem Geschäft sprechen, dann ist der x1-Streifen dieser einzige Verkäufer, der einen Kunden bedient. Ein Geschäft mit 4 Kassierern hat bereits 4 Zeilen x4. Und so weiter können Sie Kassierer nach der Anzahl der Zeilen zuweisen, multipliziert mit 2.

Verschiedene PCI-Express-Karten

Gerätetypen, die PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 und x32 verwenden

Bei der PCI-Express-3.0-Version beträgt die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit insgesamt 8 GT/s. In Wirklichkeit liegt die Geschwindigkeit bei der PCI-E-3-Version bei etwas weniger als einem Gigabyte pro Sekunde und Spur.

Somit kann ein Gerät, das den PCI-E x1-Port nutzt, beispielsweise eine Low-Power-Soundkarte oder eine Wi-Fi-Antenne, Daten mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1 Gbit/s übertragen.

Eine Karte, die physisch in einen größeren Steckplatz passt – x4 oder x8 Beispielsweise kann eine USB-3.0-Erweiterungskarte Daten vier- bzw. achtmal schneller übertragen.

Die Übertragungsgeschwindigkeit von PCI-E x16-Ports ist theoretisch auf eine maximale Bandbreite von etwa 15 Gbit/s begrenzt. Das ist im Jahr 2017 mehr als genug für alle modernen Grafikkarten von NVIDIA und AMD.

Die meisten separaten Grafikkarten verwenden einen PCI-E x16-Steckplatz

Das PCI Express 4.0-Protokoll ermöglicht die Verwendung von 16 GT/s, und PCI Express 5.0 wird 32 GT/s verwenden.

Derzeit gibt es jedoch keine Komponenten, die diese Anzahl an Spuren mit maximalem Durchsatz nutzen könnten. Moderne High-End-Grafikkarten verwenden normalerweise x16 PCI Express 3.0. Es macht keinen Sinn, die gleichen Lanes für eine Netzwerkkarte zu verwenden, die nur eine Lane am x16-Port nutzt, da der Ethernet-Port nur Daten mit bis zu einem Gigabit pro Sekunde übertragen kann (was etwa einem Achtel des Durchsatzes entspricht). eine PCI-E-Lane – denken Sie daran: acht Bits in einem Byte).

Es gibt PCI-E-SSDs auf dem Markt, die den x4-Port unterstützen, aber sie werden voraussichtlich durch den sich schnell entwickelnden neuen M.2-Standard ersetzt. für SSDs, die auch den PCI-E-Bus nutzen können. High-End-Netzwerkkarten und Hardware für Enthusiasten wie RAID-Controller verwenden eine Kombination aus x4- und x8-Formaten.

PCI-E-Port- und Lane-Größen können variieren

Dies ist eines der verwirrendsten Probleme bei PCI-E: Ein Port kann im x16-Formfaktor hergestellt werden, verfügt aber nicht über genügend Lanes, um Daten zu übertragen, z. B. nur x4. Denn obwohl PCI-E eine unbegrenzte Anzahl einzelner Verbindungen übertragen kann, gibt es dennoch eine praktische Grenze für die Bandbreitenkapazität des Chipsatzes. Billigere Motherboards mit Chipsätzen der unteren Preisklasse verfügen möglicherweise nur über einen x8-Steckplatz, selbst wenn dieser Steckplatz physisch eine Karte mit x16-Formfaktor aufnehmen kann.

Darüber hinaus verfügen Motherboards für Gamer über bis zu vier vollständige PCI-E-Steckplätze mit x16 und der gleichen Anzahl an Lanes für maximale Bandbreite.

Offensichtlich kann dies zu Problemen führen. Wenn das Motherboard über zwei x16-Steckplätze verfügt, einer davon jedoch nur über x4-Lanes, dann verringert das Hinzufügen einer neuen Grafikkarte die Leistung der ersten um bis zu 75 %. Dies ist natürlich nur ein theoretisches Ergebnis. Die Architektur von Motherboards ist so ausgelegt, dass Sie keinen starken Leistungsabfall feststellen werden.

Die richtige Konfiguration von zwei Grafikkarten sollte genau zwei x16-Steckplätze verwenden, wenn Sie maximalen Komfort aus einem Tandem aus zwei Grafikkarten wünschen. Mithilfe des Handbuchs im Büro können Sie herausfinden, wie viele Leitungen ein bestimmter Steckplatz auf Ihrem Motherboard hat. Website des Herstellers.

Manchmal markieren Hersteller sogar die Anzahl der Leitungen auf der Motherboard-Platine neben dem Steckplatz

Sie müssen wissen, dass eine kürzere x1- oder x4-Karte physisch in einen längeren x8- oder x16-Steckplatz passen kann. Die Pinbelegung der elektrischen Kontakte macht dies möglich. Wenn die Karte physisch größer als der Steckplatz ist, können Sie sie natürlich nicht einführen.

Denken Sie daher daran, beim Kauf von Erweiterungskarten oder beim Aufrüsten aktueller Karten immer sowohl die Größe des PCI-Express-Steckplatzes als auch die Anzahl der benötigten Lanes zu berücksichtigen.

"Fahndung1908„Die Unterstützung des Motherboards für den neuen PCI Express v.3.0-Standard ist eigentlich kein Wettbewerbsvorteil.“ Grundsätzlich zeigt sich, dass PCI Express 3.0 eigentlich keine wirklichen Vorteile hat und die Geschwindigkeit in modernen Spielen nicht erhöht. Dann braucht oder interessiert es niemand mehr, es gibt kein Wachstum, was bedeutet, dass es scheiße ist, aber neben den Gaming-Funktionen des PCI Express v.3.0-Standards hat es auch andere Funktionen, insbesondere hängt USB 3.0 direkt davon ab das Motherboard mit PCI-Express-Unterstützungsfunktion v.3.0, sagen sie selbst, dass das Vorhandensein von zwei oder vier USB-3.0-Anschlüssen in einem Computer nach heutigen Maßstäben einfach notwendig ist, 3.0 ist viel schneller als 2.0, viele haben dies getestet Was auch immer man sagen mag, es wird ein Motherboard mit PCI Express v. 3.0 benötigt, viele der neuesten Technologien sind an diesen speziellen Standard gebunden. Angesichts der Tatsache, dass sich jemand weigern würde, eine so lange Liste an Bord zu haben unten!
SupremeFX IV
Perfekter Klang
Dieses Motherboard verfügt über ein hochwertiges Audiosystem, das auf der integrierten SupremeFX IV-Soundkarte basiert und auf der Leiterplatte mit einer speziellen Linie gekennzeichnet ist. Hochleistungskondensatoren und elektromagnetische Abschirmung tragen zu höchster Klangqualität bei. Darüber hinaus verfügt der SupremeFX IV über einen speziellen Kopfhörerverstärker.

GameFirst II
Die auf der cFos Traffic Shaping-Technologie basierende GameFirst II-Funktion hilft dabei, die Priorität der Internetkanalnutzung durch verschiedene Anwendungen festzulegen. Nachdem sie die maximale Priorität erhalten haben, funktionieren Online-Spiele so schnell wie möglich, ohne störende „Verzögerungen“, und andere Online-Anwendungen, die eine niedrige Priorität für die Nutzung des Internetkanals haben, werden sie nicht stören. Für den Zugriff auf diese Funktion gibt es eine benutzerfreundliche GUI im ROG-Stil.

Gigabit-Ethernet-Controller
Intel-Netzwerkcontroller sind für ihren stabilen und effizienten Betrieb bei geringer CPU-Auslastung bekannt.

mPCIe-Combo-Adapter und Wi-Fi/Bluetooth 4.0-Controller
Um die Haupterweiterungssteckplätze einzusparen, ist dieses Motherboard mit einem speziellen zusätzlichen Steckplatz mit einem mPCIe-Combo-Adapter ausgestattet, an den Sie Geräte mit mSATA-Schnittstellen (z. B. ein Solid-State-Laufwerk) und mPCIe (drahtlose Adapter Wi-Fi, 3G/4G, GPS usw. .). Darüber hinaus ist im Paket bereits eine mPCIe-Karte mit Unterstützung für Wi-Fi 802.11 a/b/g/n und Bluetooth 4.0 enthalten.

Fusion Thermo-Kühlsystem
Um die Elemente des Stromversorgungssystems auf diesem Motherboard zu kühlen, wird ein spezieller ROG Fusion Thermo-Kühler verwendet, der aus einem Kupferwasserblock, massiven Heizkörpern und einem Heatpipe besteht. Somit kann es sowohl als Teil eines Flüssigkeitskühlsystems als auch zur konventionellen Kühlung mit Lüftern eingesetzt werden. > Erfahren Sie mehr
ROG Connect

Schnittstelle zum Übertakten und Konfigurieren ROG Connect
Mithilfe der ROG Connect-Funktion können Sie den Status Ihres Computers überwachen und dessen Einstellungen in Echtzeit mithilfe eines Laptops konfigurieren, indem Sie diesen über ein USB-Kabel mit dem Hauptsystem verbinden.

Extreme Engine Digi+ II
Hocheffizientes digitales Stromversorgungssystem
Das Energieverwaltungssystem Extreme Engine Digi+ II sorgt dank der Pulsweitenmodulation mit variabler Frequenz der digitalen Spannungsregler für Prozessor und Speicher für einen hocheffizienten Betrieb. Außerdem werden hochwertige Kondensatoren japanischer Hersteller verwendet. Ein zuverlässiges und leistungsstarkes Stromversorgungssystem ist der Schlüssel zum erfolgreichen Betrieb eines Computers im Übertaktungsmodus!

ROG CPU-Z
Neues Gesicht eines berühmten Versorgungsunternehmens
ROG CPU-Z ist eine angepasste Version des berühmten Informationsdienstprogramms von CPUID. Es bietet die gleiche Funktionalität und Genauigkeit der Systemdaten wie das Original, verfügt jedoch über eine einzigartige Benutzeroberfläche im Stil von Republic of Gamers. Mit ROG CPU-Z erhalten Sie vollständige Informationen über den Prozessor und einige andere Komponenten Ihres Computers.

Multi-GPU-Technologien
LucidLogix Virtu MVP
Hohe Geschwindigkeit in Grafikanwendungen
Die LucidLogix Virtu MVP-Technologie ist eine Software für Windows 7, die automatisch zwischen dem integrierten Grafikkern des Prozessors und einer separaten Grafikkarte wechselt. Indem die separate Grafikkarte zu Zeiten, in denen ihre Ressourcen nicht benötigt werden, in den Ruhemodus versetzt wird, werden Energieeinsparungen erzielt, der Geräuschpegel des Computers verringert und die Temperatur im Inneren der Systemeinheit gesenkt, was zu einem günstigeren Betriebsmodus beiträgt alle Komponenten. Darüber hinaus können Sie den integrierten Grafikkern nutzen, um die Hauptgrafikkarte zu beschleunigen und so die Leistung um 60 % zu steigern (basierend auf 3DMark Vantage-Tests). Erwähnenswert ist auch, dass diese Technologie vollständig mit der schnellen Videotranskodierungsfunktion Intel Quick Sync 2.0 kompatibel ist.

Einführung

Das Mooresche Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Siliziumchip, dessen Produktion sich rentiert, alle paar Jahre verdoppelt. Aber denken Sie nicht, dass sich auch die Prozessorgeschwindigkeit alle paar Jahre verdoppelt. Dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis, und Benutzer gehen häufig davon aus, dass die PC-Leistung exponentiell ansteigt.

Wie Sie wahrscheinlich bemerkt haben, verharren die Top-Prozessoren auf dem Markt seit etwa sechs Jahren auf dem Niveau zwischen 3 und 4 GHz. Und die Computerindustrie musste nach neuen Wegen suchen, um die Rechenleistung zu steigern. Die wichtigste dieser Methoden besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen Plattformkomponenten aufrechtzuerhalten, die den PCI-Express-Bus verwenden, einen offenen Standard, der den Austausch von Informationen durch Hochgeschwindigkeits-Grafikkarten, Erweiterungskarten und andere Komponenten ermöglicht. Und die PCI-Express-Schnittstelle ist für die Skalierungsleistung nicht weniger wichtig als Multicore-Prozessoren. Während Dual-Core-, Quad-Core- und Six-Core-Prozessoren nur mit Thread-optimierten Anwendungen geladen werden können, interagiert jedes auf Ihrem Computer installierte Programm auf irgendeine Weise mit über PCI Express verbundenen Komponenten.

Viele Journalisten und Experten erwarteten, dass Motherboards und Chipsätze, die die PCI Express 3.0-Schnittstelle der nächsten Generation unterstützen, im ersten Quartal 2010 erscheinen würden. Leider verzögerten Abwärtskompatibilitätsprobleme die Veröffentlichung von PCI Express 3.0, und heute sind es bereits sechs Monate, aber wir warten noch auf offizielle Informationen zur Veröffentlichung des neuen Standards.

Wir haben jedoch mit der PCI-SIG (Special Interest Group, die für die PCI- und PCI-Express-Standards verantwortlich ist) gesprochen, wodurch wir einige Antworten erhalten konnten.

PCI Express 3.0: Pläne

Al Yanes, Präsident und Vorsitzender von PCI-SIG, und Ramin Neshati, Vorsitzender der PCI-SIG Serial Communications Workgroup, teilten aktuelle Pläne für die Implementierung von PCI Express 3.0.

Am 23. Juni 2010 wurde Version 0.71 der PCI Express 3.0-Spezifikation veröffentlicht. Jans argumentierte, dass Version 0.71 alle Abwärtskompatibilitätsprobleme beheben sollte, die zu der anfänglichen Verzögerung führten. Neshati wies darauf hin, dass das Hauptkompatibilitätsproblem die „DC-Wanderung“-Funktion sei. Er erklärte, dass PCI Express 2.0 und frühere Geräte „nicht die notwendigen Nullen und Einsen bereitstellten“, um mit der PCI Express 3.0-Schnittstelle kompatibel zu sein.

Da die Probleme mit der Abwärtskompatibilität heute behoben sind, ist PCI-SIG bereit, die Basisversion 0.9 „später in diesem Sommer“ zu veröffentlichen. Und nach dieser Basisversion wird im vierten Quartal dieses Jahres die Version 1.0 erwartet.

Die spannendste Frage ist natürlich, wann PCI-Express-3.0-Motherboards in den Handel kommen. Neshati gab an, dass er mit dem Erscheinen der ersten Produkte im ersten Quartal 2011 rechnet (Dreieck „FYI“ im Bild mit dem Plan).

Neshati fügte hinzu, dass es zwischen den Versionen 0.9 und 1.0 keine Änderungen auf Siliziumebene geben sollte (das heißt, alle Änderungen wirken sich nur auf Software und Firmware aus), sodass einige Produkte vor der endgültigen 1.0-Spezifikation auf den Markt kommen sollten. Und Produkte können bereits nach der „Integrator's List“ (Dreieck „IL“) von PCI-SIG zertifiziert werden, einer Variante des PCI-SIG-Compliance-Logos.

Neshati bezeichnete das dritte Quartal 2011 scherzhaft als „Fry's and Buy“-Datum (wahrscheinlich in Bezug auf Frys.com, Buy.com oder Best Buy). Das heißt, wir sollten in diesem Zeitraum mit dem Erscheinen einer großen Anzahl von Produkten mit PCI Express 3.0-Unterstützung in Einzelhandelsgeschäften und Online-Shops rechnen.

PCI Express 3.0: Auf Geschwindigkeit ausgelegt

Für Endbenutzer besteht der Hauptunterschied zwischen PCI Express 2.0 und PCI Express 3.0 in der deutlichen Steigerung des maximalen Durchsatzes. PCI Express 2.0 hat eine Signalübertragungsrate von 5 GT/s, was bedeutet, dass der Durchsatz 500 MB/s pro Leitung beträgt. So bietet der Haupt-PCI-Express-2.0-Grafiksteckplatz, der typischerweise 16 Lanes nutzt, einen bidirektionalen Durchsatz von bis zu 8 GB/s.

Mit PCI Express 3.0 werden wir diese Zahlen verdoppeln. PCI Express 3.0 verwendet eine Signalgeschwindigkeit von 8 GT/s, was einen Durchsatz von 1 GB/s pro Lane ergibt. Somit erhält der Haupt-Grafikkartensteckplatz einen Durchsatz von bis zu 16 GB/s.

Auf den ersten Blick scheint die Erhöhung der Signalgeschwindigkeit von 5 GT/s auf 8 GT/s keine Verdoppelung zu sein. Der PCI Express 2.0-Standard verwendet jedoch ein 8b/10b-Kodierungsschema, bei dem 8 Datenbits als 10-Bit-Zeichen für den Fehlerkorrekturalgorithmus übertragen werden. Dadurch erhalten wir eine Redundanz von 20 %, also eine Reduzierung des Nutzdurchsatzes.

PCI Express 3.0 wechselt zu einem wesentlich effizienteren 128b/130b-Kodierungsschema und eliminiert 20 % Redundanz. Daher sind 8 GT/s keine „theoretische“ Geschwindigkeit mehr; Dies ist eine tatsächliche Rate, deren Leistung mit der Signalrate von 10 GT/s vergleichbar ist, wenn das 8b/10b-Kodierungsprinzip verwendet würde.

Wir haben Jans nach Geräten gefragt, die eine Geschwindigkeitssteigerung erfordern. Er antwortete, dass dazu „PLX-Switches, 40-Gbit/s-Ethernet-Controller, InfiniBand, Solid-State-Geräte, die immer beliebter werden, und natürlich Grafikkarten“ gehören würden. Er fügte hinzu: „Uns gehen die Innovationen nicht aus, sie passieren nicht statisch, sie sind ein kontinuierlicher Strom“ und ebnen damit den Weg für weitere Verbesserungen in zukünftigen Versionen der PCI-Express-Schnittstelle.

Analyse: Wo werden wir PCI Express 3.0 einsetzen?

Fährt

AMD hat die Unterstützung für SATA 6 Gb/s bereits in seine 8. Chipsatzreihe integriert, und Motherboard-Hersteller fügen USB 3.0-Controller hinzu. Intel liegt in diesem Bereich etwas zurück, da es in seinen Chipsätzen weder USB 3.0 noch SATA 6 Gb/s unterstützt (wir haben bereits vorläufige Muster von P67-Motherboards in unserem Labor, und sie unterstützen SATA 6 Gb/s, aber USB 3.0 werden wir in dieser Generation nicht erhalten). Wie wir jedoch in der Konfrontation zwischen AMD und Intel immer wieder gesehen haben, inspirieren AMDs Innovationen Intel oft. Angesichts der Schnittstellengeschwindigkeiten von Laufwerken und Peripheriegeräten der nächsten Generation besteht noch keine Notwendigkeit, eine der Technologien auf PCI Express 3.0 zu migrieren. Sowohl für USB 3.0 (5 Gbit/s) als auch für SATA 6 Gbit/s (es sind noch keine Laufwerke erschienen, die in die Grenzen dieser Schnittstelle passen) reicht eine PCI-Express-Leitung der zweiten Generation.

Wenn es um Antriebe geht, ist die Interaktion zwischen Antrieben und Controllern natürlich nur ein Teil der Geschichte. Stellen Sie sich ein Array aus mehreren SATA-6-Gb/s-SSDs am Chipsatz vor, wobei das RAID-0-Array möglicherweise die einzelne Gen-2-PCI-Express-Lane belasten könnte, die die meisten Motherboard-Hersteller zum Anschließen des Controllers verwenden. So können Sie nach einigen einfachen Berechnungen entscheiden, ob USB 3.0- und SATA 6 Gb/s-Schnittstellen wirklich PCI Express 3.0-Unterstützung benötigen.

Wie bereits erwähnt, bietet die USB 3.0-Schnittstelle eine maximale Geschwindigkeit von 5 Gbit/s. Aber wie der PCI Express 2.1-Standard verwendet USB 3.0 die 8b/10b-Kodierung, was bedeutet, dass die tatsächliche Spitzengeschwindigkeit 4 Gbit/s beträgt. Teilen Sie die Bits durch acht, um sie in Bytes umzuwandeln, und Sie erhalten einen Spitzendurchsatz von 500 MB/s – genau das gleiche wie bei einer Single Lane des aktuellen PCI Express 2.1-Standards. SATA 6 Gb/s arbeitet mit 6 Gb/s, verwendet aber auch ein 8b/10b-Kodierungsschema, das die theoretischen 6 Gb/s in tatsächliche 4,8 Gb/s umwandelt. Wenn Sie diesen Wert erneut in Bytes umrechnen, erhalten Sie 600 MB/s oder 20 % mehr, als eine PCI Express 2.0-Lane bieten kann.

Das Problem liegt jedoch darin, dass selbst die schnellsten SSDs heutzutage eine SATA 3 Gb/s-Verbindung nicht vollständig auslasten können. Die Peripherie erreicht nicht einmal annähernd die Belastung der USB-3.0-Schnittstelle, das Gleiche gilt auch für die neueste Generation von SATA 6 Gb/s. Zumindest heute ist die PCI Express 3.0-Schnittstelle für ihre aktive Förderung auf dem Plattformmarkt nicht erforderlich. Hoffen wir jedoch, dass die Taktraten steigen werden, wenn Intel zur Produktion von NAND-Flash-Speichern der dritten Generation übergeht und wir Geräte erhalten, die die 3-Gbit/s-Marke von SATA-Ports der zweiten Generation überschreiten können.

Grafikkarten

Wir haben unsere eigene Untersuchung zum Einfluss der PCI-Express-Bandbreite auf die Leistung von Grafikkarten durchgeführt – nachdem PCI Express 2.0 auf den Markt kam , Anfang 2010, und auch vorkurzem. Wir haben festgestellt, dass es sehr schwierig ist, die derzeit verfügbare x16-Bandbreite auf PCI-Express-2.1-Motherboards zu laden. Sie benötigen ein Multi-GPU-Setup oder eine extreme High-End-Grafikkarte auf einer einzelnen GPU, um den Unterschied zwischen x8- und x16-Verbindungen erkennen zu können.

Wir haben AMD und Nvidia gebeten, sich zum Bedarf an PCI Express 3.0 zu äußern – wird dieser schnelle Bus benötigt, um das volle Leistungspotenzial der Grafikkarten der nächsten Generation auszuschöpfen? Ein AMD-Sprecher teilte uns mit, dass man sich derzeit nicht dazu äußern könne.

Ein Nvidia-Sprecher war entgegenkommender: „Nvidia spielte eine Schlüsselrolle in der Branche bei der Entwicklung von PCI Express 3.0, von dem erwartet wird, dass es den Durchsatz des Standards der aktuellen Generation (2.0) verdoppelt. Wenn es zu erheblichen Durchsatzsteigerungen wie diesen kommt, entstehen solche Anwendungen.“ „Verbraucher und Profis werden vom neuen Standard mit erhöhter Grafik- und Rechenleistung in mit GPUs ausgestatteten Laptops, Desktops, Workstations und Servern profitieren.“

Vielleicht lautet der Schlüsselsatz: „Es wird Anwendungen geben, die sie nutzen können.“ Es sieht so aus, als ob in der Grafikwelt nichts kleiner wird. Die Displays werden immer größer, die hohe Auflösung ersetzt die Standardauflösung und die Texturen in Spielen werden detaillierter und faszinierender. Heute glauben wir nicht, dass selbst die neuesten High-End-Grafikkarten eine PCI-Express-3.0-Schnittstelle mit 16 Lanes benötigen. Aber Jahr für Jahr sehen Enthusiasten, wie sich die Geschichte wiederholt, da Fortschritte in der Technologie den Weg für neue Wege ebnen, „dickere Rohre“ zu nutzen. Möglicherweise erleben wir eine Explosion von Anwendungen, die GPU-Computing mehr zum Mainstream machen. Oder vielleicht wird der Leistungsabfall, der beobachtet wird, wenn der Grafikkartenspeicher die Grenzen überschreitet, wenn der Austausch aus dem Systemspeicher beginnt, bei Massenmarkt- und Low-End-Produkten nicht mehr so ​​​​auffällig sein. Auf jeden Fall müssen wir abwarten, welche Innovationen AMD und Nvidia mit PCI Express 3.0 umsetzen können.

Anschlüsse der Motherboard-Komponenten

AMD und Intel geben stets sehr zurückhaltend Informationen über die Schnittstellen weiter, die sie zur Verbindung von Chipsatzkomponenten oder logischen „Bausteinen“ in den Nord-Süd-Brücken verwenden. Wir wissen, wie schnell diese Schnittstellen arbeiten und dass sie darauf ausgelegt sind, Engpässe so weit wie möglich zu vermeiden. Manchmal wissen wir, wer einen bestimmten Teil der Systemlogik erstellt hat, zum Beispiel hat AMD im SB600 einen SATA-Controller basierend auf dem Silicon Logic-Design verwendet. Doch die Technologien zur Überbrückung der Lücken zwischen den Komponenten bleiben oft blinde Flecken. PCI Express 3.0 scheint sicherlich eine sehr attraktive Lösung zu sein, ähnlich der A-Link-Schnittstelle, die AMD verwendet.

Auch das jüngste Auftauchen von USB 3.0- und SATA 6 Gb/s-Controllern auf einer Vielzahl von Mainboards lässt uns die Situation einschätzen. Da der Intel X58-Chipsatz keine der beiden Technologien nativ unterstützt, müssen Unternehmen wie Gigabyte Controller über verfügbare Leitungen auf Motherboards integrieren, um sie zu verbinden.

Das Gigabyte EX58-UD5-Motherboard unterstützt weder USB 3.0 noch SATA 6 Gbit/s. Es verfügt jedoch über einen x4-PCI-Express-Steckplatz.

Gigabyte hat das EX58-UD5-Motherboard durch das neue X58A-UD5 ersetzt, das zwei USB-3.0-Ports und zwei SATA-6-Gbit/s-Ports unterstützt. Wo hat Gigabyte die Bandbreite gefunden, um diese beiden Technologien zu unterstützen? Das Unternehmen nutzte für jeden Controller eine PCI Express 2.0-Leitung, wodurch die Möglichkeit zur Installation von Erweiterungskarten verringert wurde, gleichzeitig aber die Funktionalität des Motherboards erweitert wurde.

Abgesehen von der Hinzufügung von USB 3.0 und SATA 6 Gbit/s ist der einzige spürbare Unterschied zwischen den beiden Motherboards die Entfernung des x4-Steckplatzes.

Ermöglicht die PCI-Express-3.0-Schnittstelle, wie auch die Standards zuvor, das Hinzufügen zukünftiger Technologien und Controller zu Motherboards, die in den aktuellen Generationen von Chipsätzen nicht in integrierter Form vorhanden sein werden? Es scheint uns, dass es so sein wird.

CUDA und paralleles Rechnen

Wir betreten das Zeitalter des Desktop-Supercomputings. Unsere Systeme werden von parallelintensiven Grafikprozessoren, Netzteilen und Motherboards angetrieben, die bis zu vier Grafikkarten gleichzeitig unterstützen können. Mit der Nvidia CUDA-Technologie können Sie eine Grafikkarte in ein Werkzeug verwandeln, mit dem Programmierer Berechnungen nicht nur in Spielen, sondern auch in wissenschaftlichen Bereichen und technischen Anwendungen durchführen können. Die Programmierschnittstelle hat sich bereits bestens bewährt Entwicklung verschiedener Lösungen für den Unternehmensbereich, einschließlich Bildverarbeitung in der Medizin, Mathematik, Öl- und Gasexploration.

Wir haben den OpenGL-Programmierer Terry Welsh vom Unternehmen gefragt Wirklich schicke Bildschirmschonerüber PCI Express 3.0 und GPU-Computing. Terry sagte uns: „PCI Express hat einen großen Sprung gemacht und ich finde es gut, dass Entwickler die Bandbreite verdoppeln, wann immer sie wollen – wie bei Version 3.0. Bei den Projekten, an denen ich arbeite, erwarte ich jedoch keinen Unterschied.“ Die meisten meiner Arbeiten beziehen sich auf Flugsimulatoren, aber diese sind in der Regel durch die Speicher- und Festplatten-I/O-Leistung begrenzt; der Grafikbus stellt überhaupt keinen Engpass dar, aber ich kann leicht vorhersehen, dass PCI Express 3.0 einen erheblichen Fortschritt bringen wird das. Bereiche des GPU-Computing; für Leute, die wissenschaftlich mit großen Datenmengen arbeiten.“

Die Möglichkeit, die Datenübertragungsraten bei der Ausführung mathematikintensiver Arbeitslasten zu verdoppeln, motiviert sicherlich die Entwicklung von CUDA und Fusion. Und dies ist einer der vielversprechendsten Bereiche für die kommende PCI Express 3.0-Schnittstelle.

Jeder Gamer mit einem Intel P55-Chipsatz kann über die Vor- und Nachteile des Intel P55 im Vergleich zum Intel X58-Chipsatz sprechen. Vorteil: Die meisten Motherboards mit P55-Chipsatz sind günstiger als Intel-X58-Modelle (im Allgemeinen natürlich). Nachteil: Der P55 verfügt über eine minimale PCI-Express-Konnektivität; die Hauptaufgabe liegt bei Intel Clarkdale- und Lynnfield-Prozessoren, die über 16 PCIe-Lanes der zweiten Generation in der CPU selbst verfügen. Mittlerweile verfügt der X58 über 36 PCI-Express-2.0-Lanes.

Für P55-Käufer, die zwei Grafikkarten nutzen möchten, müssen diese jeweils über x8-Lanes angebunden werden. Wenn Sie der Intel P55-Plattform eine dritte Grafikkarte hinzufügen möchten, müssen Sie Chipsatzleitungen verwenden – diese sind jedoch leider durch die Geschwindigkeit der ersten Generation begrenzt, und der Chipsatz kann maximal vier Leitungen für eine zuweisen Erweiterungssteckplatz.

Als wir Al Jans von PCI-SIG fragten, wie viele Lanes wir in PCI Express 3.0-fähigen Chipsätzen von AMD und Intel erwarten könnten, sagte er, es handele sich um „proprietäre Informationen“, die er „nicht offenlegen dürfe“. Mit einer Antwort hatten wir natürlich nicht gerechnet, aber es hat sich trotzdem gelohnt, die Frage zu stellen. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass AMD und Intel, die dem PCI-SIG-Vorstand angehören, Zeit und Geld in PCI Express 3.0 investiert hätten, wenn sie geplant hätten, den neuen PCI Express-Standard lediglich zur Reduzierung der Anzahl zu nutzen von Fahrspuren. Es scheint uns, dass AMD- und Intel-Chipsätze auch in Zukunft auf die gleiche Weise segmentiert werden, wie wir es heute sehen, High-End-Plattformen werden über genügend Fähigkeiten verfügen, um ein Paar Grafikkarten mit einer vollständigen x16-Schnittstelle anzuschließen, und das Bei Chipsätzen für den Massenmarkt wird die Anzahl der Leitungen reduziert.

Stellen Sie sich einen Chipsatz ähnlich dem Intel P55 vor, jedoch mit 16 verfügbaren PCI Express 3.0-Lanes. Da diese 16 Lanes doppelt so schnell sind wie PCI Express 2.0, erhalten wir das Äquivalent von 32 Lanes des alten Standards. In einer solchen Situation liegt es an Intel, ob es den Chipsatz mit 3-Wege- und 4-Wege-GPU-Konfigurationen kompatibel machen möchte. Wie wir bereits wissen, werden die Intel P67- und

Neben dem CUDA/Fusion-Parallel-Computing sehen wir durch die erhöhte Kommunikationsgeschwindigkeit von PCI-Express-3.0-Komponenten auch eine Steigerung der Leistungsfähigkeit von Massenmarktsystemen – auch hier sehen wir erhebliches Potenzial. Ohne Zweifel wird PCI Express 3.0 die Fähigkeiten von Low-Cost-Motherboards verbessern, die in der vorherigen Generation nur für High-End-Plattformen verfügbar waren. Und High-End-Plattformen, die über PCI Express 3.0 verfügen, werden es uns ermöglichen, dank Innovationen bei Grafik-, Speicher- und Netzwerktechnologien, die die verfügbare Busbandbreite nutzen können, neue Leistungsrekorde aufzustellen.