PCI Express — отличия между x1, x4, x8, x16

Процессоры

В чем отличия PCI Express x16, x8, x4 и x1?

отличия PCI Express x16, x8, x4 и x1

Стандарт PCI Express является одной из основ современных компьютеров. Слоты PCI Express уже давно занимают прочное место на любой материнской плате декстопного компьютера, вытесняя другие стандарты, например, такие как PCI. Но даже стандарт PCI Express имеет свои разновидности и отличающийся друг от друга характер подключения. На новых материнских платах, начиная примерно с 2010 года, можно увидеть на одной материнской плате целую россыпь портов, обозначенных как PCIE или PCI-E, которые могут отличаться по количеству линий: одной x1 или нескольких x2, x4, x8, x12, x16 и x32.

Итак, давайте выясним почему такая путаница среди казалось бы простого периферийного порта PCI Express. И какое предназначение у каждого стандарта PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32?

Что такое шина PCI Express?

В далеких 2000-х, когда состоялся переход с устаревающего стандарта PCI (расш. — взаимосвязь периферийных компонентов) на PCI Express, у последнего было одно огромное преимущество: вместо последовательной шины, которой и была PCI, использовалась двухточечная шина доступа. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установленные в него карты, могли в полной мере использовать максимальную пропускную способность не мешая друг другу, как это происходило при подключении к PCI. В те времена количество периферийных устройств, вставляемых в карты расширения, было предостаточно. Сетевые карты, аудио карты, ТВ-тюнеры и так далее — все требовали достаточное количество ресурсов ПК. Но в отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, если рассматривать в общем, является пакетной сетью с топологией типа звезда.

С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице одного продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется за продуктами по своему индивидуальному маршруту, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.

Очевидно, что гипермаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина, благодаря тому, что магазин не может себе позволить пропускную способность больше чем один продавец с одной кассой.

Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.

Влияние количества линий на пропускную способность

Теперь, чтобы расширить нашу метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипремаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.

PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах : x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).

Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями. Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.

Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.

Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в магазине, то полоса x1 и будет этим единственным продавцом, обслуживающим одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами — уже 4 линии х4. И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.

Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32

Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 ГТ/с (Гигатранзакций/с), В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.

Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна смогут передавать данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.

Карта, которая физически подходит в более крупный слот — x4 или x8, например, карта расширения USB 3.0, сможет передавать данные в четыре или восемь раз быстрее соответственно.

Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.

Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с(Гигатранзакций/с), а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с (Гигатранзакций/с).

Но в настоящее время не существует компонентов, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью. Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0. Нет смысла использовать те же полосы и для сетевой карты, которая на порту x16 будет использовать только одну линию, так как порт Ethernet способен передавать данные только до одного гигабита в секунду (что, около одной восьмой пропускной способности одной PCI-E полосы — помните: восемь бит в одном байте).

На рынке можно найти твердотельные накопители PCI-E, которые поддерживают порт x4, но они, похоже, скоро будут вытеснены быстро развивающимся новым стандартом M.2. для твердотельных накопителей, которые также могут использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как RAID-контроллеры, используют сочетание форматов x4 и x8.

Размеры портов и линий PCI-E могут различаться

Это одна из наиболее запутанных задач по PCI-E: порт может быть выполнен размером в форм-факторе x16, но иметь недостаточное количество полос для пропуска данных, например, всего например x4. Это связано с тем, что даже если PCI-E может нести на себе неограниченное количество отдельных соединений, все же существует практический предел пропускной способности полосы пропускания чипсета. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут иметь только один слот x8, даже если этот слот может физически разместить карту форм-фактора x16.

Кроме того, материнские платы, ориентированные на геймеров, включают до четырех полных слотов PCI-E с x16 и столько же линий для максимальной пропускной способности.

Очевидно, это может вызывать проблемы. Если материнская плата имеет два слота размером x16, но один из них имеет только полосы x4, то подключение новой графической карты снизит производительность первой аж на 75%. Это, конечно, только теоретический результат. Архитектура материнских плат такова, что Вы не увидите резкого снижения производительности.

Правильная конфигурация двух графических видео карт должна задействовать именно два слота x16, если Вы хотите максимального комфорта от тандема двух видеокарт. Выяснить сколько линий на Вашей материнской плате имеет тот или иной слот поможет руководство на оф. сайте производителя.

Иногда производители даже помечают на текстолите материнской платы рядом со слотом количество линий

Нужно знать, что более короткая карта x1 или x4 может физически вписаться в более длинный слот x8 или x16. Конфигурация контактов электрических контактов делает это возможным. Естественно, если карта физически больше, чем слот, то вставить ее не получится.

Поэтому помните, при покупке карт расширения или обновления текущих необходимо всегда помнить как размер слота PCI Express, так и количество необходимых полос.

Влияние количества линий PCI-e на производительность

Производительность компьютера в основном зависит от мощности процессора (CPU) и видеокарты. Это основные компоненты, которые производят расчеты и вычисления. Также есть дополнительные компоненты, которые влияют на скорость работы самой операционной системы и приложений, это оперативная память и накопитель. От скорости накопителя зависит то, насколько быстро будут открываться все игры/программы. От объема оперативной памяти также зависит плавность и скорость работы операционной системы, программ и игр. Но это простые и понятные условия, на которые мы привыкли ориентироваться при сборке или оценке компьютера. Есть менее заметные параметры, но в определенных случаях, они могут очень сильно влиять на производительность системы.

Один из таких параметров — количество линий PCI-e на вашей материнской плате, в которую установлена игровая видеокарта. Сам PCI-e, пришедший на смену AGP в середине нулевых, уже дорос до третей генерации, и скоро, похоже, дорастет до четвертой. Но на текущий момент вершиной творения является PCI Express 3.0 16x. Последнее обозначение (16х) — как раз и означает количество линий. Очень часто мы слышим нечто вроде «на этой материнской плате лучше не собирать SLI/CF, она держит только режим 16/8, бедует просадка производительности». Но это лишь наше понимание, основанное на простой логике, которая твердит нам, что раз количество линий урезано в двое, то и производительность пострадает, так как видеокарта не сможет оперативно обмениваться данными. Так сколько же на самом деле нужно линий PCI-e для того, чтобы производительность не просаживалась, даже при использовании ТОПовой видеокарты?

Самый простой и верный способ выяснить зависимость производительности от количества доступных линий PCI-E — взять материнскую плату с тремя слотами PCI-e, каждый из которых общается с видеокартой по разному количеству линий PCI-e. Наш выбор пал на материнскую плату ASUS ROG Maximus X Formula. У нее три разъема PCI-E, и каждый функционирует на разной мощности. Первому разъему доступны все 16 линий PCI-e, второму 8 линий, а третьему лишь 4 линии — PCI-e. Как вы уже догадались, мы прогоним одинаковые тесты по очереди переставляя видеокарту в каждый разъем. В качестве процессора используется Intel Core i7-8700K, объем оперативной памяти 16 Гбайт, накопитель SSD на 256 Гбайт. Как я говорил выше, видеокарта нужна мощная, чтобы максимально остро ощущалась нехватка линий PCI-e. Мы выбрали видеокарту ASUS GTX 1080 11 Gbps. Это не самая топовая версия, но очень близкая к ней, и оснащенная огромным объемом видеопамяти. Один небольшой шаг отделяет ее от первого места, так что она подходит для нашего тестирования.

Тестирование

Я решил сначала прогнать 3DMark, который является основным инструментом измерения на сегодняшний день у большинства ПК-пользователей всего мира. Разумеется, мы не играем в 3DMark, поэтому потом мы протестируем несколько современных требовательных к железу игр. И после этого мы точно сможем ответить на вопрос, сколько же линий PCI-e необходимо мощной видеокарте, чтобы производительность не просаживалась. Начнем с 16х, далее 8х, и завершим тестирование режимом 4х. Ниже представлены скриншоты утилиты GPU-Z, чтобы вы могли убедиться в том, что мы действительно меняли режимы работы карты. Справа от утилиты на скриншоте видно окошко, которое нагружает видеопроцессор, чтобы количество линий было максимальным из доступных.

3DMark

Популярный бенчмарк выказал свое «фи» и продемонстрировал совершенно наплевательское отношение к количество активных линий PCI-e. Лишь в режиме х4 производительность немного просела от режима х16. Но разница в среднем по всем режимам около 1%, т.е. близкая к погрешности. Да, просадка есть, но на глаз вы ее не заметите.

В играх ситуация не сильно поменялась, но разрыв уже заметен. Между режимами х16 и х8 разницы в производительности нет, а вот при переходе на х4 производительность снижается примерно на 10%. Кстати, обратите внимание, что такое снижение производительности наблюдается в разрешении FullHD. В тяжелом режиме 4К основной упор происходит в вычислительную мощность самой видеокарты, и там уже так сильно количество линий PCI-e не роляет. Но все равно, в любом разрешении переход в режим х4 дает снижение производительности.

Необходимое количество линий PCI-e

Честно говоря, подобный результат был предсказуем, но даже я думал, что в режиме х4 снижение производительности будет более ощутимым. Напомним, что современные х8 3.0 равняются х16 2.0. Т.е. если у вас старая материнская плата, которая оснащается разъемом PCIe 2.0 х16 — можете устанавливать туда любую видеокарту, снижения производительности вы не увидите. Но самое главное, что вы можете собирать тандем SLI на материнских платах без поддержки х16 + х16. Вам вполне хватит х8 + х8. Едва ли вы заметите снижение производительности. Особенно если учесть, что вторая видеокарта и так не дает прироста ровно в 100%, а немного ниже. Поэтому собирать тандемы из пары видеокарт можно на любой современной материнской плате. На этом фоне, готовящийся к выходу PCIe 4.0 уже не видится столь интересной инновацией, хоть и принесет с собой увеличение производительности для многопроцессорных (GPU) систем. Надеюсь, я помог вам разобраться, и вы получили ответ на вопрос, сколько же нужно линий PCIe для полноценной скорости работы.

https://userello.ru/pc/v-chem-otlichiya-pci-express-x16-x8-x4-i-x1
https://epictech.ru/vlijanie-kolichestva-linij-pci-e-na-proizvoditelnost/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Related Posts