PCI Express 2.0 - spełnione oczekiwania

Czym są tajemnicze linie?

W polskiej nomenklaturze przyjęło się tłumaczyć angielskie "lane" występujące w specyfikacji PCIe jako "linia". Przekład jest więcej niż zasadny, choć może prowadzić do konfuzji - słowo "linia" ma w języku polskim zbyt wiele znaczeń.

W PCI Express linia to nazwa szeregowego połączenia punkt-po-punkcie (ppp), które udało się ustanowić między dwoma urządzeniami. Chipset płyty głównej i chipset karty sieciowej mogą rozmawiać ze sobą używając jednej, dwóch czy nawet 16 linii - w PCI taka sytuacja była nie do pomyślenia, tam urządzenia stanowiły kolejne elementy łańcucha w jednej długiej, działającej równolegle szynie.

Pomysł dzierżawienia kolejnych linii był rewelacyjny: z jednej strony pozwalał na tworzenie tanich urządzeń pracujących z jedną linią (x1), z drugiej umożliwiał dedykowanie karcie graficznej nawet 16 linii (x16). Przy założeniu, że x1 oznacza przepustowość szyny na poziomie 250 MB/s (2,5 Gb/s, po uwzględnieniu kodowania 8b/10b), łatwo przeliczyć, iż GPU wykorzystujący 16 linii otrzyma dla siebie łącze o przepustowości 4 GB/s.

Takie osiągi doskonale przekładają się na wydajność magistrali: podczas gdy w PCI każda dodatkowa karta powoduje przyblokowanie systemu, w PCIe komputer zwolni dopiero wtedy, gdy liczba linii okaże się zbyt mała lub CPU zostanie zasypany danymi do przetworzenia.

PCI Express 2.0

Najnowsza wersja specyfikacji w żaden sposób nie modyfikuje pierwotnych założeń projektu. PCIe pozwala na budowę tanich - na poziomie kosztów produkcji PCI - urządzeń, upraszcza konstrukcję płyt głównych i pozwala na stosowanie magistrali zarówno w formie przenośnej (ExpressCard), jak i stacjonarnej. Mało kto wie, że technologia pozwala również na wydajne zarządzanie ruchem. Dokładnie tak samo, jak w przypadku sieci domowych, wszystkie przepływające przez magistralę paczki danych mogą otrzymywać znaczniki definiujące ich priorytet - pełna implementacja QoS na poziomie sprzętowym!

Konkurencja

Jednym z głównych i najczęściej wspominanych konkurentów PCIe jest HyperTransport. HT 3.0 to łącze pracujące szeregowo, które projektowano z myślą o wysokich przepustowościach i niskich opóźnieniach. Aktualnie wykorzystywane jest w procesorach AMD, niektórych chipsetach i kartach sieciowych.

Stosowana współcześnie wersja HT 2.0 pracuje z częstotliwością 200-1400 MHz i maksymalną przepustowością 11,2 GB/s (w jedną stronę) - w zależności od tego, jaki układ znalazł się po drugiej stronie. W wersji 3.0 podbito częstotliwość do 2,6 GHz, przepustowość aż do 20,8 GB/s (41,6 GB/s w obie strony).

Jedną z najistotniejszych funkcji technologii - na obecność której na pewno naciskali producenci sprzętu sieciowego, w tym Cisco - jest możliwość pracy urządzeń na odległość nawet metra. Zbudowanie klastra ograniczać się będzie do zakupu specjalnego interfejsu albo kabla, z pomocą którego możliwe stanie się połączenie więcej niż jednego komputera.

Więcej informacji o HyperTransport 3.0 - patrz artykuł: "HyperTransport 3.0 - skok w nadprzestrzeń".

Informację o najnowszej wersji specyfikacji ogłoszono 15 stycznia bieżącego roku. Najważniejszym, najczęściej wymienianą nowinką jest podniesienie przepustowości łącza. Dotychczas na linię przypadało 250 MB/s, teraz każda otrzyma do dyspozycji 500 MB/s. Jeśli producenci GPU uznają, że nowe x8 to dla nich wystarczająca przepustowość, zmniejszą się sloty i - miejmy nadzieję - karty graficzne.

Grafika, grafika, grafika...

Inżynierowie pracujący nad wersją 2.0 specyfikacji bardzo uważnie przyjrzeli się zastosowaniu swego łącza - dostrzegli, iż głównym jego zastosowaniem jest przesyłanie olbrzymich ilości danych podczas transferów w urządzeniach x16, przede wszystkim w kartach sieciowych i graficznych.

Jeśli przyjąć, że przepustowość jednej linii (x1) wynosi 500 MB/s, łatwo obliczyć, iż karta graficzna zgodna z PCIe 2.0 pracująca jako x16 powinna otrzymywać na swoje potrzeby ok. 8 GB/s. To obliczenie jest jednak prawdziwe tylko w określonych sytuacjach. W rzeczywistości specyfikacja narzuca konkretne algorytmy optymalizacji ruchu po liniach (m.in. szybsze przesyłanie sygnałów) pozwalając na osiągnięcie łącznej przepustowości nawet 16 GB/s.

...no i moc, oczywiście

PCIe 2.0 stanowi odpowiedź na dwa najważniejsze trendy konstrukcji współczesnych komputerów.

Po pierwsze: dotychczasowe wersje specyfikacji pozwalały na pobór mocy na poziomie 75 W. To całkiem sporo jak na średniej klasy kartę graficzną czy nawet zaawansowany moduł sieciowy, jednak stanowczo zbyt mało dla najnowocześniejszych GPU. Sloty zgodne z PCIe 2.0 będą w stanie dostarczyć urządzeniu nawet 300 W mocy, zbędne zatem powinny się stać dodatkowe gniazdka pozwalające na podłączanie kart bezpośrednio do zasilacza.