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.

Введение

Закон Мура гласит, что количество транзисторов на кристалле кремния, который выгодно производить, удваивается каждые пару лет. Но не нужно думать, что скорость процессора тоже удваивается каждые пару лет. Подобное заблуждение встречается у многих, и пользователи часто ожидают масштабирования производительности ПК по экспоненте.

Впрочем, как вы наверняка заметили, топовые процессоры на рынке застряли на уровне между 3 и 4 ГГц уже лет шесть. И компьютерной индустрии пришлось искать новые способы увеличения производительности вычислений. Наиболее важный из этих способов заключается в поддержании баланса между компонентами платформы, которые используют шину PCI Express – открытый стандарт, который позволяет скоростным видеокартам, картам расширения и другим комплектующим обмениваться информацией. И интерфейс PCI Express не менее важен для масштабирования производительности, чем многоядерные процессоры. Если двуядерные, четырёхъядерные и шестиядерные процессоры можно нагрузить только с помощью приложений, оптимизированных под многопоточность, любая программа, установленная на вашем компьютере, так или иначе взаимодействует с компонентами, подключёнными через PCI Express.

Многие журналисты и специалисты ожидали, что материнские платы и чипсеты с поддержкой интерфейса PCI Express 3.0 следующего поколения появятся в первом квартале 2010. К сожалению, проблемы с обратной совместимостью отсрочили выход PCI Express 3.0, и сегодня прошло уже полгода, но мы до сих пор ждём официальной информации по поводу публикации нового стандарта.

Впрочем, мы пообщались с группой PCI-SIG (Special Interest Group, которая отвечает за стандарты PCI и PCI Express), что позволило нам получить некоторые ответы.

PCI Express 3.0: планы

Эл Янс (Al Yanes), президент и председатель PCI-SIG, и Рамин Нешати (Ramin Neshati), председатель PCI-SIG Serial Communications Workgroup, поделились текущими планами по поводу внедрения PCI Express 3.0.

23 июня 2010 вышла версия 0.71 спецификации PCI Express 3.0. Янс утверждал, что версия 0.71 должна устранить все проблемы с обратной совместимостью, которые привели к первоначальной задержке. Нешати отметил, что основная проблема с совместимостью заключалась в функции "DC wandering", которую он объяснил так, что устройства PCI Express 2.0 и более ранние "не давали нужных нуликов и единичек", чтобы соответствовать интерфейсу PCI Express 3.0.

Сегодня, когда проблемы с обратной совместимостью решены, PCI-SIG готова представить базовую версию 0.9 "позднее этим летом". И за этой базовой версией ожидается уже версия 1.0 в четвёртом квартале этого года.

Конечно, самый интригующий вопрос заключается в том, когда материнские платы PCI Express 3.0 появятся на прилавках магазинов. Нешати отметил, что он ожидает появления первых продуктов в первом квартале 2011 года (треугольник "FYI" на картинке с планом).

Нешати добавил, что между версиями 0.9 и 1.0 не должно произойти изменений на уровне кристалла кремния (то есть все изменения будут затрагивать только программное обеспечение и прошивку), так что некоторые продукты должны выйти на рынок ещё до появления финальной спецификации 1.0. И продукты уже могут сертифицироваться для списка PCI-SIG "Integrator’s List" (треугольник "IL"), который является вариантом логотипа соответствия PCI-SIG.

Нешати в шутку назвал третий квартал 2011 как дату "Fry’s and Buy" (вероятно, ссылаясь на сайты Frys.com, Buy.com или Best Buy). То есть в этот период мы должны ожидать появление большого количества продуктов с поддержкой PCI Express 3.0 в розничных магазинах и в интернет-магазинах.

PCI Express 3.0: разработан для скорости

Для конечных пользователей основное отличие между PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0 будет заключаться в значительном увеличении максимальной пропускной способности. У PCI Express 2.0 сигнальная скорость передачи составляет 5 GT/s, то есть пропускная способность равняется 500 Мбайт/с для каждой линии. Таким образом, основной графический слот PCI Express 2.0, который обычно использует 16 линий, обеспечивает двунаправленную пропускную способность до 8 Гбайт/с.

У PCI Express 3.0 мы получим удвоение этих показателей. PCI Express 3.0 использует сигнальную скорость 8 GT/s, что даёт пропускную способность 1 Гбайт/с на линию. Таким образом, основной слот для видеокарты получит пропускную способность до 16 Гбайт/с.

На первый взгляд увеличение сигнальной скорости с 5 GT/s до 8 GT/s не кажется удвоением. Однако стандарт PCI Express 2.0 использует схему кодирования 8b/10b, где 8 бит данных передаются в виде 10-битных символов для алгоритма устранения ошибок. В итоге мы получаем 20% избыточность, то есть снижение полезной пропускной способности.

PCI Express 3.0 переходит на намного более эффективную схему кодирования 128b/130b, устраняя 20% избыточность. Поэтому 8 GT/s – это уже не "теоретическая" скорость; это фактическая скорость, сравнимая по производительности с сигнальной скоростью 10 GT/s, если бы использовался принцип кодирования 8b/10b.

Мы поинтересовались у Янса насчёт устройств, которые потребуют повышение в скорости. Он ответил, что они будут включать "коммутаторы PLX, контроллеры Ethernet 40 Гбит/с, InfiniBand, твёрдотельные устройства, которые становятся всё популярнее, и, конечно, видеокарты". Он добавил "Мы не исчерпали инновации, они появляются не статически, это непрерывный поток", они открывают путь для дальнейших улучшений в будущих версиях интерфейса PCI Express.

Анализ: где мы будем использовать PCI Express 3.0?

Накопители

AMD уже интегрировала поддержку SATA 6 Гбит/с в свою 8-ю линейку чипсетов, да и производители материнских плат добавляют контроллеры USB 3.0. Intel в этой области немного отстаёт, поскольку не поддерживает в чипсетах USB 3.0 или SATA 6 Гбит/с (у нас в лаборатории уже появились предварительные образцы материнских плат на P67, и у них присутствует поддержка SATA 6 Гбит/с, но USB 3.0 в этом поколении мы не получим). Впрочем, как мы уже неоднократно видели в противостоянии AMD и Intel, инновации AMD часто вдохновляют Intel. Учитывая скорости интерфейса накопителей следующего поколения и периферии, пока нет необходимости переносить любую из технологий на PCI Express 3.0. И для USB 3.0 (5 Гбит/с), и для SATA 6 Гбит/с (пока ещё не появилось накопителей, которые бы подошли к пределам этого интерфейса) будет достаточно одной линии PCI Express второго поколения.

Конечно, когда дело касается накопителей, то взаимодействие между приводами и контроллерами – это только часть вопроса. Представьте себе массив из нескольких SSD с интерфейсом SATA 6 Гбит/с у чипсета, когда массив RAID 0 потенциально может нагрузить одну линию PCI Express второго поколения, которую большинство производителей материнских плат используют для подключения контроллера. Так что определиться с тем, могут ли интерфейсы USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с действительно требовать поддержки PCI Express 3.0, можно после несложных подсчётов.

Как мы уже упоминали, интерфейс USB 3.0 даёт максимальную скорость 5 Гбит/с. Но и как стандарт PCI Express 2.1, USB 3.0 использует кодирование 8b/10b, то есть фактическая пиковая скорость составляет 4 Гбит/с. Поделите биты на восемь, чтобы преобразовать в байты, и вы получите пиковую пропускную способность 500 Мбайт/с – как раз такую же, что и у одной линии нынешнего стандарта PCI Express 2.1. SATA 6 Гбит/с работает со скоростью 6 Гбит/с, но здесь тоже используется схема кодирования 8b/10b, в результате которой теоретические 6 Гбит/с превращаются в фактические 4,8 Гбит/с. Опять же, преобразуйте это значение в байты, и вы получите 600 Мбайт/с или на 20% больше, чем может обеспечить линия PCI Express 2.0.

Впрочем, проблема кроется в том, что даже самые быстрые SSD сегодня не могут полностью загрузить подключение SATA 3 Гбит/с. Периферия и близко не подходит к нагрузке интерфейса USB 3.0, то же самое можно сказать и про последнее поколение SATA 6 Гбит/с. По крайней мере, сегодня интерфейс PCI Express 3.0 не является необходимым для активного его продвижения на рынке платформ. Но будем надеяться, что по мере перехода Intel на производство флэш-памяти NAND третьего поколения, тактовые частоты будут возрастать, и мы получим устройства, способные превысить уровень 3 Гбит/с у портов SATA второго поколения.

Видеокарты

Мы проводили собственные исследования влияния пропускной способности PCI Express на производительность видеокарт – после выхода на рынок PCI Express 2.0 , в начале 2010 года , а также и совсем недавно . Как мы обнаружили, очень сложно нагрузить пропускную способность x16, которая на данный момент доступна у материнских плат PCI Express 2.1. Вам потребуется конфигурация на нескольких GPU или экстремальная high-end видеокарта на одном GPU, чтобы вы смогли обнаружить разницу между подключениями x8 и x16.

Мы попросили AMD и Nvidia прокомментировать потребность в PCI Express 3.0 - потребуется ли эта скоростная шина для раскрытия всего потенциала производительности видеокарт следующего поколения? Представитель AMD сообщил нам, что пока не может давать комментарии.

Представитель Nvidia оказался более сговорчивым: "Nvidia играла одну из ключевых ролей в индустрии при разработке PCI Express 3.0, который должен в два раза увеличить пропускную работу стандарта текущего поколения (2.0). Когда происходят подобные существенные увеличения пропускной способности, то появляются приложения, которые могут их использовать. От нового стандарта выиграют потребители и профессионалы, благодаря увеличенной производительности графики и вычислений в ноутбуках, настольных ПК, рабочих станциях и серверах, где есть GPU".

Возможно, ключевой можно назвать фразу "появятся приложения, которые могут их использовать". Похоже, в мире графики ничего не уменьшается. Дисплеи становятся больше, высокое разрешение выходит на смену стандартному разрешению, текстуры в играх становятся всё более детализованными и интригующими. Сегодня мы не считаем, что даже у новейших топовых видеокарт есть потребность в использовании интерфейса PCI Express 3.0 с 16 линиями. Но энтузиасты из года в год наблюдают повторение истории: прогресс технологии прокладывает путь для новых способов задействовать "более толстые трубы". Возможно, мы получим взрывной рост приложений, которые сделают вычисления на GPU более массовыми. Или, возможно, падение производительности, которое наблюдается при выходе за пределы памяти видеокарты, когда начинается подкачка из системной памяти, будет уже не таким ощутимым у массовых и low-end продуктов. В любом случае, нам предстоит увидеть инновации, которые PCI Express 3.0 позволит реализовать AMD и Nvidia.

Подключения компонентов материнской платы

AMD и Intel всегда очень неохотно делятся информацией по поводу интерфейсов, которые они используют для связи компонентов чипсета или логических "кирпичиков" в северном/южном мостах. Мы знаем скорость, с которой работают эти интерфейсы, а также и то, что они разрабатываются так, чтобы, по возможности, не создавать "узких мест". Иногда мы знаем, кто произвёл определённую часть системной логики, например, AMD использовала в SB600 контроллер SATA на основе разработки Silicon Logic. Но технологии, используемые для наведения мостиков между компонентами, часто остаются "белыми пятнами". PCI Express 3.0, конечно, кажется весьма привлекательным решением, наподобие интерфейса A-Link, который использует AMD.

Недавнее появление контроллеров USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с на большом количестве материнских плат тоже позволяет оценить ситуацию. Поскольку чипсет Intel X58 не предоставляет "родную" поддержку ни одной из двух технологий, компаниям, таким как Gigabyte, приходится интегрировать на материнские платы контроллеры, используя для их подключения доступные линии.

У материнской платы Gigabyte EX58-UD5 нет поддержки ни USB 3.0, ни SATA 6 Гбит/с. Однако у неё есть слот x4 PCI Express.

Gigabyte заменила материнскую плату EX58-UD5 новой моделью X58A-UD5, которая имеет поддержку двух портов USB 3.0 и двух портов SATA 6 Гбит/с. Где Gigabyte нашла пропускную способность, чтобы поддержать две этих технологии? Компания взяла под одной линии PCI Express 2.0 для каждого контроллера, урезав возможности по установке карт расширения, но вместе с тем обогатив функциональность материнской платы.

Помимо добавления USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с, единственное заметное отличие между двумя материнскими платами касается удаления слота x4.

Позволит ли интерфейс PCI Express 3.0, как стандарты до него, добавлять на материнские платы будущие технологии и контроллеры, которые не будут присутствовать в текущих поколениях чипсетов в интегрированном виде? Как нам кажется, так и будет.

CUDA и параллельные вычисления

Мы вступаем в эпоху настольных суперкомпьютеров. В наших системах работают графические процессоры с интенсивной параллельной обработкой данных, а также блоки питания и материнские платы, способные поддерживать одновременную работу до четырёх видеокарт. Технология Nvidia CUDA позволяет преобразовать видеокарту в инструмент для программистов по расчётам не только в играх, но и в научных сферах, и в инженерных приложениях. Интерфейс программирования уже прекрасно зарекомендовал себя при разработке разнообразных решений для корпоративного сектора , включая обработку изображений в медицине, математику, работы по разведыванию месторождений нефти и газа.

Мы поинтересовались мнением программиста OpenGL Терри Велша (Terry Welsh) из компании Really Slick Screensavers насчёт PCI Express 3.0 и вычислений на GPU. Терри сообщил нам, что "PCI Express получил хороший рывок, и мне нравится, что разработчики удваивают пропускную способность когда захотят - как с версией 3.0. Однако в проектах, над которыми мне приходится работать, я не ожидаю увидеть какую-либо разницу. Большая часть моей работы связана с авиасимуляторами, но они, как правило, упираются в память и производительность ввода/вывода жёсткого диска; графическая шина не является "узким местом" вообще. Но я могу с лёгкостью предвидеть, что шина PCI Express 3.0 обусловит существенное продвижение вперёд для сферы вычислений на GPU; для людей, которые выполняют научную работу с большими массивами данных".

Возможность удвоить скорость передачи данных при работе с нагрузками, интенсивно использующими математику, безусловно, мотивирует разработки CUDA и Fusion. И в этом заключается одна из самых обещающих сфер для грядущего интерфейса PCI Express 3.0.

Любой геймер с чипсетом Intel P55 может рассказать о преимуществах и недостатках Intel P55 по сравнению с чипсетом Intel X58. Преимущество: большинство материнских плат на чипсете P55 стоят более разумно, чем модели на Intel X58 (в целом, конечно). Недостаток: у P55 минимальные возможности по подключению PCI Express, основная задача возложена на процессоры Intel Clarkdale и Lynnfield, которые обладают 16 линиями PCIe второго поколения в самом CPU. Между тем, X58 может похвастаться 36 линиями PCI Express 2.0.

Для покупателей P55, которые желают использовать две видеокарты, их придётся подключать через x8 линий каждую. Если вы захотите добавить к платформе Intel P55 третью видеокарту, то придётся использовать линии чипсета - но они, к сожалению, ограничены скоростью первого поколения, да и чипсет может выделить, максимум, четыре линии для слота расширения.

Когда мы поинтересовались у Эла Янса из PCI-SIG тем, сколько линий можно ожидать в чипсетах с поддержкой PCI Express 3.0 от AMD и Intel, то он ответил, что это "частная информация", которую он "не может раскрыть". Конечно, мы не ожидали получить ответ, но вопрос всё равно задать стоило. Впрочем, вряд ли AMD и Intel, которые входят в состав PCI-SIG Board of Directors, стали бы инвестировать время и деньги в PCI Express 3.0, если бы они планировали использовать новый стандарт PCI Express просто как средство снижения числа линий. Как нам кажется, в будущем чипсеты AMD и Intel будут по-прежнему сегментироваться так, как мы наблюдаем сегодня, у high-end платформ будет достаточно возможностей для подключения пары видеокарт с полным интерфейсом x16, а у чипсетов для массового рынка число линий будет урезано.

Представьте себе чипсет, подобный Intel P55, но с 16 доступными линиями PCI Express 3.0. Поскольку эти 16 линий работают в два раза быстрее PCI Express 2.0, то мы получим эквивалент 32 линиям старого стандарта. В такой ситуации от Intel будет зависеть, пожелает ли она сделать чипсет совместимым с конфигурациями 3-way и 4-way GPU. К сожалению, как мы уже знаем, чипсеты следующего поколения Intel P67 и X68 будут ограничены поддержкой PCIe 2.0 (а процессоры Sandy Bridge будут точно так же ограничены поддержкой 16 линий на кристалле).

Помимо параллельных вычислений CUDA/Fusion, мы также видим рост возможностей систем для массового рынка благодаря повышению скорости связи компонентов PCI Express 3.0 - здесь, как нам кажется, тоже скрыт немалый потенциал. Вне всякого сомнения, PCI Express 3.0 улучшит возможности недорогих материнских плат, которые в предыдущем поколении были доступны только high-end платформам. А high-end платформы, получившие в своё распоряжение PCI Express 3.0, позволят нам поставить новые рекорды по производительности благодаря инновациям в графике, подсистеме хранения данных и сетевых технологиях, которые смогут использовать доступную пропускную способность шины.

Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 - просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель - хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).

Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы - или все-таки на практике можно поступиться принципами ? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься... А пока вкратце ознакомимся с теорией.

PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность

Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка-точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).

Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко - и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении - лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию - в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки - от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме - RAID-контроллеры или SSD.

Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед - интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась - теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто... не нужна. А где нужна - работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 - это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть - много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.

Методика тестирования

Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий - сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом - есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.

Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X - родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c) ). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения - нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй - PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.

В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.

В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ . Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет - результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.

Результаты тестов

Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев - в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы:) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 - это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 - вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 - еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.

Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет : максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1 . Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый - разве что не вреден.

А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд - принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер - плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти - она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме:)

На записи положение дел принципиально не изменилось - во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться...

При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма - наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики - дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.

Итого

Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным - по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.

Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то - за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки - как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.

В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности - лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 - и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 - даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.

В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза - теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы - их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.

Коротко об истории...

Впервые отдельный интерфейс, призванный стать заменой шины PCI для видеокарт, был представлен в 1997 году. AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) - именно так представила свою новую разработку компания Intel одновременно с официальным анонсом чипсета для процессоров Intel Pentium II.

Заявленные преимущества AGP перед его предшественником PCI были существенны:

• более высокая частота работы (66 МГц);
• увеличенная пропускная способность между видеокартой и системной шиной;
• прямая передача информации между видеокартой и оперативной памятью, минуя процессор;
• улучшенная система питания;
• высокоскоростной доступ к общей памяти.

Должного развития стандарт AGP 1x (спецификация AGP 1.0) не получил из-за низкой скорости работы с памятью и был практически сразу же усовершенствован, а его скорость удвоена - так появился интерфейс AGP 2x. Передавая за один такт 32 бита (4 байта), порт AGP 2x мог выдавать невиданную по тем временам пиковую производительность 66.6х4х2=533 М B / s .

В 1998 году увидел свет стандарт AGP 4x (спецификация AGP 2.0), обеспечивающий передачу до 4 блоков информации за один такт. При этом сигнальное напряжение порта было понижено с 3.3 до 1.5 В. Максимальная пропускная способность AGP 4x стала около 1 GB / s . В дальнейшем развитие спецификаций носило затяжной характер - причиной тому послужила весьма низкая скорость существовавшего на тот момент парка видеоускорителей, а также низкая скорость обмена с оперативной памятью.

Как только технический прогресс "уперся" в шину, которая оказалась слишком мала для передачи огромных потоков информации современными видеокартами, был утвержден новый стандарт - AGP 8x (спецификация AGP 3.0). Как вы уже догадались, он может передавать до 8 блоков информации за один такт и обладает пиковой пропускной способностью 2 GB / s . Шина AGP 8x имеет обратную совместимость с AGP 4x.

Отрасль высоких технологий всегда идет стремительно ввысь. Наращиваются объемы передаваемых и пропускаемых данных, растут текстуры и их качество, все это непременно заставляет каждого из производителей устраивать себе встряску и выдавать "на-гора" что-нибудь новенькое и высокотехнологичное (стандарт, спецификации, протокол, интерфейс), который свяжет с собой новый виток в сфере hi - tech .

Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года, тем самым был ознаменован день постепенного "ухода из жизни" AGP 8x…

Введение

На данный момент современный набор логики Intel P45/X48 имеет официальную поддержку спецификаций PCI Express 2.0, чем не мог похвастаться весьма распространенный Intel P35. Для тех, кто еще только собирается приобрести современную плату на платформе Intel, выбор остается вполне очевидным - чипсет P45/X48, и у вас не возникнет дилеммы "хватит или не хватит" PCI Express 1.1 для нынешней hi-end или middle-end видеокарты. А как же быть владельцам P35-ых? Стоит ли снова бежать в магазин?

В нашем сегодняшнем материале мы попытаемся расставить все точки над "I" касательно преимуществ PCI-E 2.0 над PCI-E 1.1 для современных ускорителей. Также экспериментальным путем мы проанализируем производительность видеокарт при работе с различными интерфейсами, на основе чего и будет сделан вывод о практической ценности PCI-E 2.0.

И перед тем, как приступить к каким-либо объективным тестам, давайте немного углубимся в теорию, а именно разберемся, как вообще это все работает.

PCI - Express - коротко о главном

Как уже упоминалось выше, базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года. Благодаря высокой скорости и пиковой производительности шина PCI Express не оставляет шансов своему предшественнику AGP. По своей программной модели новый интерфейс PCI-E во многом аналогичен PCI, что позволяет легко адаптировать нынешний парк всевозможных устройств к новому интерфейсу без значительных софтверных "подгонок".

Принцип работы PCI Express основан на последовательной передаче данных. Шина представляет собой пакетную сеть с топологией типа "звезда". При взаимодействии PCI-E устройств используется двунаправленное соединение типа "точка-точка", получившее название "Line" (линия). Каждое соединение PCI Express может состоять из одной (1х) или множества линий (4х, 16х и т.д).

Для базовой конфигурации PCI-Express 1х теоретическая пропускная способность составляет 250 MB/s в каждом направлении (передача/прием). Соответственно, для PCI-E x16 это значение равно 250 MB/s х 16 = 4 GB/s.

Примечателен тот факт, что с физической стороны интерфейс позволяет, например, любой плате с интерфейсом PCI-E 1х уверенно работать не только в штатном, но и в любом другом слоте PCI Express большей пропускной способности (4х, 16х и т.д.). При этом максимальное количество задействованных линий зависит только от свойств устройства.

Во всех высокоскоростных протоколах всегда остро встает вопрос помехозащищенности. На этот счет в PCI Express используется уже давно известная схема 8/10 или избыточного трафика (8 бит данных, передаваемых по каналу, заменяются на 10 бит, таким образом, генерируется дополнительная информация, около 20% от общего "потока").

PCI Express 2.0

Стандарт был официально утвержден 15 января 2007 года. Во второй ревизии PCI Express значительно увеличилась пропускная способность одного канала - до 5 Gb/s (PCI Express 1.x - 2.5 Gb/s). Это означает, что теперь для линии x16 максимальная скорость передачи данных может достигать 8 GB/s в обоих направлениях против 4 GB/s для старого PCI Express 1.х.

Примечательным фактом является то, что PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1. На деле это означает, что старые видеокарты буду спокойно работать в системных платах с новыми разъемами, и новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъемах стандарта PCI Express 1.х.

Пожалуй, на этом с теорией и основными особенностями PCI Express давайте закруглимся, пора приступать к соответствующим тестам, чем мы, собственно говоря, и займемся, правда, чуть ниже, а пока давайте детально познакомимся с участниками тестирования.

Об участниках тестирования

К сожалению, охватить больший набор графических ускорителей на момент тестирования не представлялось возможным, что в последующем мы обязательно исправим. Видеокарты класса Low-End исключены из тестов преднамеренно, так как они малопригодны для режимов с высоким разрешением (свыше 1280х1024) при максимальной детализации картинки, где как раз и могут быть выявлены преимущества PCI-E 2.0 над младшим PCI-E 1.1.

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.