25 сентября 2020
Мы в будущем!
Настало время продолжить наш сцинтилляционный взгляд на интерфейсы и ограничения на пропускную способность.Мы обратили внимание на PCI Express и Thunderbolt.
Во-первых, PCI Express: что именно это означает, когда у вас есть соединение PCIe 2.0 x8? И имеет ли значение, является ли ваше соединение x8 или x16?
PCI Express
Интерфейс PCI Express немного запутан. Соединение PCIe состоит из одной или нескольких полос передачи данных, соединенных последовательно. Каждая полоса состоит из двух пар проводников, одна для приема и одна для передачи. У вас может быть один, четыре, восемь или шестнадцать дорожек в одном слоте PCIe для потребителя - обозначены как x1, x4, x8 или x16. Каждая полоса является независимым соединением между контроллером PCI и картой расширения, а линейная ширина полосы линейно, поэтому восьмиполосное соединение будет иметь вдвое большую пропускную способность четырехполосного соединения. Это помогает избежать узких мест между, скажем, процессором и графической картой. Если вам нужна большая пропускная способность, просто используйте больше дорожек.
Существует несколько разных физических соединений, каждый из которых может функционировать электрически как слот с меньшим количеством полос движения и может также вмещать физически меньшую карту. В физическом слоте PCIe x16 можно разместить карту x1, x4, x8 или x16 и выполнить запуск x16-карты по x16, x8, x4 или x1. Слот PCIe x4 может вмещать карту x1 или x4, но не может соответствовать карте x16. И, наконец, существует несколько различных версий интерфейса PCIe, каждый из которых имеет разные ограничения пропускной способности, а многие современные материнские платы имеют слоты PCIe различного физического размера, а также разные поколения PCIe.
Начнем с максимальной теоретической пропускной способности. Одна линия PCIe 1.0 (или 1.1) может переносить до 2,5 Гбит / с в секунду (GT / s) в каждом направлении одновременно. Для PCIe 2.0, который увеличивается до 5 Гбит / с, а одна линия PCIe 3.0 может нести 8 Гбит / с.
Гигатрансферы в секунду - это то же самое (в данном случае) как гигабиты в секунду. Все версии PCI Express теряют часть своей теоретической максимальной пропускную способность для физических расходов, связанных с электронными передачами. PCIe 1. * и 2.0 используют кодирование 8b / 10b (например, SATA), результатом чего является то, что каждые 8 бит данных стоят 10 бит для передачи, поэтому они теряют 20 процентов своей теоретической пропускной способности . Это просто затраты на ведение бизнеса.
Максимальная скорость передачи данных на PCI-1.0 составляет восемьдесят процентов от 2,5 Гбит / с. Это дает нам два гигабит в секунду, или 250 Мбайт / с (помните, восемь бит в байт). Интерфейс PCIe является двунаправленным, так что это 250 Мбайт / с в каждом направлении, на дорожку. PCIe 2.0 удваивает пропускную способность на одну полосу до 5 Гбит / с, что дает нам 500 МБ / с фактической передачи данных на полосу.
Интерфейс PCIe 3.0 имеет удвоеную скорость передачи данных по сравнению PCI 2.0.
И так мы знаем, что PCIe 3.0 вдвое превышает скорость PCI 2.0, но, как мы видели выше, теоретическая пропускная способность каждой полосы составляет 8 Гбит / с, что на 60 процентов больше, чем 5GT / s PCIe 2.0. Это потому, что PCIe 3.0 и выше используют более эффективную схему кодирования под названием 128b / 130b , поэтому потребление ресурсов намного меньше - всего 1,54 процента. Это означает, что один слот PCIe 3.0 с пропускной способностью 8 Гбит / с может отправлять 985 МБ / с. Это не совсем вдвое 500 Мбайт / с, но это достаточно близко для маркетинговых целей.
Это означает, что соединение PCIe 3.0 x4 (3,94 ГБ / с) имеет почти такую же пропускную способность, как PCIe 1.1 x16 или PCIe 2.0 x8 (оба 4 ГБ / с).
Современные графические процессоры используют интерфейс x16 PCIe 2.0 или 3.0. Это не значит, что они всегда работают со скоростью x16. На многих материнских платах имеется несколько физических слотов x16, но имеется меньшее количество реальных полос PCIe.
И так ,у нас на примере на рабочем столе Z87 (Haswell) или Z77 (Ivy Bridge) процессор имеет 16 линий PCIe 3.0 . На чипсетах Intel есть еще восемь дорожек PCIe 2.0, но они обычно используются для звуковых карт, RAID-карт и т. Д. (Чипсет AMD 990FX включает в себя 32 полосы PCIe 2.0 и четыре на северном мосту). В приведенной выше плате Asus слоты PCIe 3.0 являются полосами ЦП, в то время как всем остальным приходится делиться восемью чипсетами PCIe 2.0. Использование слота PCIe 2.0 x16 в режиме x4 отключает три слота PCIe 2.0 x1.
Таким образом, одна видеокарта x16 будет использовать все 16 PCI-дорожек с процессором PCI, но добавление графического процессора во вторую полосу x16 приведет к отключению обоих подключений видеокарт до восьми полос . Добавление третьего графического процессора приведет к отключению подключеной первой карты к x8, а к подключению второй и третьей карт - к x4.
Вот почему многие люди, которые запускают установки с несколькими GPU, предпочитают архитектуры энтузиастов Intel, такие как Sandy Bridge-E и Ivy Bridge-E так как некоторые Процессоры с технологией Ivy Bridge-E имеют возможность до сорока полос в PCIe 3.0 . Этого достаточно, чтобы запустить две карты по x16 и одну на x8, одну карту на x16 и три карты на x8 или одну на x16, две на x8 и еще две на x4.
Это важно для производительности?
Два графических процессора PCIe 3.0, работающие на x8 каждый на материнской плате PCIe 3.0, имеют примерно такую же пропускную способность, что и два графических процессора PCIe 2.0, работающих на x16 - первый набор работает со скоростью 7,88 ГБ / с каждый, а второй второй работает со скоростью 8 ГБ / с. Если ваша материнская плата или видеокарта ограничена подключением PCIe 2.0, вы будете зависать из за более медленного интерфейса.
TechPowerUp продемонстрировал огромный объем производительности PCIe. В то время они тестировали две мощные карты с одним GPU - AMD Radeon HD 7970 и Nvidia GeForce GTX 680 - на x4, x8 и x16 с использованием PCIe 1.1, 2.0 и 3.0, все на одной материнской плате. Это, безусловно, лучший тест, который я когда-либо видел на масштабировании полосы пропускания PCIe. На странице сводки производительности собраны относительные результаты с первого взгляда.
Как и следовало ожидать, эквивалентные конфигурации пропускной способности работают примерно одинаково. Цитируем авторов TechPowerUp : «Наше тестирование подтверждает, что современные графические карты отлично работают при меньшей скорости шины, однако производительность ухудшает скорость работы шины. Все вплоть до x16 1.1 и его эквивалентов (x8 2.0, x4 3.0) обеспечивает достаточную игровую производительность даже при использовании новейшего графического оборудования, теряя всего лишь 5% в среднем в худшем случае. [выделено мной] Только на более низких скоростях мы видим резкие потери частоты кадров, что оправдывало бы действие ».
Самая интересная часть этих результатов - это вывод о том, что самые мощные графические карты прошлого года отлично работают на PCIe 2.0 x8 или даже PCIe 3.0 x4. Это означает, что трехсторонний SLI или CrossFireX должен быть жизнеспособным, даже в x8 / x4 / x4, на Ivy Bridge или рабочих столах Haswell . Но даже если у вас нет PCIe 3.0, вы не пропустите большую производительность на x8 на подключении PCIe 2.0.
Двойная пропускная способность PCIe 3.0 x16 по сравнению с PCIe 2.0, похоже, пока не имеет большого значения. Ryan Smith от AnandTech протестировал две Nvidia GeForce GTX Titans - самые быстрые карты с одним GPU в SLI на PCIe 3.0 и 2.0 и в лучшем случае обеспечила улучшение производительности на 57 % по сравнению с 5760 x 1200.
Так что это хорошая новость для людей со старыми материнскими платами или видеокартами. Если у вас есть хотя бы PCI Express 2.0 x8, вы вряд ли оставите какую-либо надежду на производительность , даже на самых быстрых картах.
Интерфейс Thunderbolt
Thunderbolt - это интерфейс передачи данных, который может проходить через сигналы PCI Express и DisplayPort в зависимости от того, к чему он подключен. Контроллер Thunderbolt состоит из двух двунаправленных каналов данных, причем каждый канал содержит вход и выходную полосу.
Микросхемы Thunderbolt на каждом конце кабеля используются как в DisplayPort 1.1a, как и в четырехполосной шине PCIe 2.0. Каждый канал независим и может либо переносить DisplayPort, либо PCIe, но не оба. Каждое направление в каждом канале имеет теоретическую максимальную пропускную способность 10 Гбит / с - то же, что и две полосы PCIe 2.0. Как обсуждалось выше, из-за кодирования 8b / 10b то 20 процентов теоретического предела PCI Express 2.0 посвящено служебным нагрузкам сигнала, поэтому максимальная теоретическая пропускная способность одного канала Thunderbolt составляет 1 ГБ / с в каждом направлении.
В Thunderbolt для первого поколения это так же быстро на сколько это возможно, поскольку каждое устройство может получить доступ только к одному из двух каналов, и вы не можете их комбинировать. Передача данных происходит довольно быстро, так как вы можете отправлять видео высокого разрешения на монитор DisplayPort со скоростью 10 Гбит / с по одному каналу, одновременно считывая 1 ГБ / с с SSD RAID .
Итак, сколько производительности вы можете вытащить из соединения Thunderbolt?
В пример: Gordon Ung at Maximum PC записывает максимальную скорость чтения 931 МБ / с при чтении с RAID 0 четырех SSD SandForce SF-2281 на 240 ГБ в шасси Pegasus R4.
Четырехпотоковый RAID 0 SSD будет довольно быстрым для соединения Thunderbolt первого поколения. Двухдисковый RAID 0 может приближаться к скорости отдельных дисков , хороший SSD с пропускной способностью 6 Гбит / с может достигать 515 Мбайт / с. RAID 0 из двух 6 Гбит / с SSD может легко насытить соединение 10 Гбит / с, доступное в Thunderbolt первого поколения.
Очень короткая заметка о производительности PCIe SSD (по сравнению с Thunderbolt)
Несмотря на ограничения в Thunderbolt первого поколения, он по-прежнему намного лучше внешнего интерфейса для хранения данных, чем USB 3.0.
Жёсткий SSD диск OCZ RevoDrive 3 x2, подключенный к PCIe SSD, может достигать максимума 1,5 ГБ / с в некоторых последовательных тестах чтения на PCIe 2.0 x4-соединении. Этот диск использует контроллер SAS-PCIe, а не контроллер SATA для RAID-карты для подключения PCIe, но, безусловно, это не может объяснить всю разницу в скорости. В конце концов, Thunderbolt - это соединение PCIe 2.0 x4, верно?
Следующая версия Thunderbolt
Следующая версия Thunderbolt, искусно названная Thunderbolt 2, позволит вам объединить оба канала в один, с теоретическим максимумом 20 Гбит / с (2 ГБ / с, после кодирования), позволяя устройствам использовать все четыре полосы PCIe 2.0 в соединении Thunderbolt , Это также увеличивает пропускную способность на стороне дисплея; вы сможете транслировать 4K-видео на этот фантастический монитор 4K, который у вас есть. Пока Thunderbolt 2 доступен только на нескольких материнских платах от Asus
