PCI-Express

Historie

Původní návrh PCIe přinesla skupina AWG (Arapaho Work Group), zpočátku složená pouze ze zaměstnanců firmy Intel, ovšem konečný standard (verze 1. 0 z roku 2004) byl výsledkem spolupráce již několika hardwarových korporací, včetně firem Dell, IBM a Hewlett-Packard. +more V říjnu 2004 se PCI-Express stala novým standardem pro osobní počítače. High-end grafické karty obou hlavních výrobců (ATI Technologies a nVidia) začaly přecházet z AGP na PCI-Express.

V lednu 2007 se prodávala většina grafických karet pro PCI-E, a to ve variantě pro PCI-E 16×. PCI-E 1× a 4× se zatím používají pouze pro zvukové karty, řadiče pevných disků a další zařízení, která nepotřebují přenášet tak vysoký objem dat, jako grafické karty. +more PCI-Express je technologie v neustálém vývoji a zlepšování, poslední verze je 4.

Přehled verzí

Od vzniku PCIe prošel standard několika revizemi, které zlepšují výkon a další funkce. Novější PCIe sloty na základních deskách jsou obecně zpětně kompatibilní s kartami založených na starších revizích. +more Novější karty PCIe jsou také zpětně kompatibilní se staršími základními deskami, využívají dostupné šířky staršího pásma programu.

PCI-Express 1.0a

V roce 2003 byla představena PCIe 1. 0a s rychlostí 250 MB/s na jedné lince a přenosovou rychlostí 2. +more5 GT/s (gigatransfer za sekundu = 109/s). PCIe 1. x používá 8b/10b kódování, které ale vyžaduje 20 % režii při přenosu dat ((10-8)/10).

Přenosová rychlost je uvedena v gigatransferech, protože takové číslo zahrnuje i režijní bity.

Propustnost PCI-Express 1.x:

PCI-Express 1.1

O dva roky později, v roce 2005, byla představena aktualizace na 1. 1. +more Ten se týkal pouze několika málo úprav při zachování stejné rychlosti a plné zpětné kompatibility. Ani PCI-Express 1. 1 není tak dost rychlá na to, aby byla použita jako paměťová sběrnice.

PCI-Express 2.0

Rozšiřující karta s PCIe x1 2. +more0 PCI-Express 2. 0 byl představen roku 2007, zvyšoval přenosovou rychlost jedné linky z 250 MB/s na 500 MB/s. To znamená, že například u slotu s šestnácti linkami (PCIe 16×) vzrostla rychlost ze 4 GB/s na 8 GB/s. Tato verze je zpětně i dopředně kompatibilní, lze tedy karty s podporou PCI-Express 2. 0 zapojit do základní desky, která obsahuje pouze podporu verze 1. 1 a naopak. Díky tomu například nejsou grafické karty v zapojení SLI a CF limitované propustností slotu při režimu 8x.

Propustnost PCI-Express 2.0:

PCI-Express 2.1

PCI Express 2. 1 podporuje velkou část systémů správy, podpory a řešení potíží, u kterých se s plnou podporou plánovalo až v následující verzi. +more Nekonalo se však žádné navýšení rychlosti, která tak zůstává stejná. Navýšilo se ale napájení slotu, což znamenalo přerušení zpětné kompatibility mezi verzemi 2. 1 a 1. 0a. Pro většinu základních desek s PCIe 1. 1 ale existují aktualizace systémů BIOS od jejich výrobců, díky kterým je zpětná kompatibilita zajištěna.

PCI-Express 3.0

SAS řadič s PCIe x8 3. +more0 Specifikace verze 3. 0 byly zveřejněny v listopadu 2010. Již předtím však bylo známo, že bit rate oproti verzi 2. 0 vzroste na 8 GT/s (gigatransferů za sekundu) a že bude zpětně kompatibilní s předešlou verzí. Taktéž bylo oznámeno, že podrobnější detaily budou zveřejněny až v roce 2011. Nové změny se pak týkaly několika optimalizací signálové a datové integrity, zahrnující vyladění přijímače i vysílače, vylepšení PLL, obnovu hodinového signálu a vylepšení podpory stávajících topologií.

Analýza PCI-SIG (PCI Special Interest Group) ukázala, že další zvýšení rychlosti bude možné se stávající technologií za použití dostupných nízko nákladových materiálů a infrastruktury při zachování plné kompatibility s PCIe protokolem.

PCIe 3. 0 oproti předešlé verzi odstraňuje 8b/10b kódování a namísto toho používá techniku nazývanou "scrambling" (změna posloupnosti bitů), která aplikuje známý binární polynom do datového toku v topologii zpětné vazby. +more V důsledku toho mohou být data obnovena za použití obráceného, inverzního polynomu. Namísto odstraněného 8b/10b je zde použito 128b/130b kódovací schéma čímž režie při přenosu dat klesla z původních 20 % u PCIe 2. 0 přibližně na 1,5 % ((130-128)/130). Rychlost 8 GT/s také zajišťuje až dvojnásobnou datovou propustnost oproti PCIe 2.

18. listopadu 2010 byli členové PCI-SIG oficiálně obeznámeni s finálními parametry PCIe 3.0, aby mohli začít s výrobou zařízení pro novou verzi.

První grafickou kartou s přímou podporou PCIe 3. 0 byla vlajková loď společnosti AMD, Radeon 7970. +more Následné recenze se však domnívají, že samotný grafický výkon prakticky nevzrostl oproti starší PCIe 2. Nicméně se ukázalo, že je nová verze výhodná pro technologie jako OpenCL, CUDA a C++ AMP.

Specifikace PCI-Express 3.0:

PCI-Express 4.0

V červnu roku 2011 byl oznámen začátek prací na PCI Express 4. 0 s cílem dosáhnout rychlosti 32 GB/s (dvojnásobek 3. +more0), stále se starou technologií. Mimo jiné se také chystá optimalizace napájení jak v aktivním módu, tak v nečinném. Zveřejnění finálních informací se očekávalo předběžně v roce 2014/2015. Poté bylo odloženo na rok 2017.

Až v roce 2017 konsorcium PCI-SIG prohlásilo specifikaci PCI-Express 4. 0 konečně za finální. +more Už nemá dojít ke změnám, takže je možné připravovat produkty, pokud tak firmy nezačaly činit již během vývoje technologie. Při vývoji už byly s řadou výrobců testovány a ověřovány přímo fyzické implementace, takže řada výrobců novou technologii mohla uvést na trh velice brzy po datu oficiálního dokončení.

Přínos sběrnice PCI Express 4. 0 oproti verzi 3. +more0 je jednoduchý. Zdvojnásobuje dostupnou propustnost při stejném počtu linek, takže z určitého typu slotu bude možno dostat dvakrát vyšší přenosovou rychlost. Rychlost jedné linky stoupla z 1 GB/s (8Gb/s) na 2 GB/s (16 Gb/s). To znamená, že slot PCI Express 4. 0 ×16 pro grafickou kartu bude schopen dát teoretický „průtok“ 32 GB/s a třeba slot M. 2 s konektivitou ×4 pro SSD rychlost 8 GB/s. V praxi výsledky budou vždy nižší kvůli režii, což ale platí i dnes. Sběrnice je nadále duplexní, takže plná kapacita je současně dostupná v obou směrech komunikace. Pokud by se počítaly oba směry dohromady, dala by se tedy kapacita PCI Express 4. 0 ×16 označit jako 64 GB/s.

Krom rychlosti byly vylepšeny i další aspekty, například virtualizace, funkce pro odolnost vůči chybám a zvýšení spolehlivosti, nebo pružnější škálování na různé počty linek. Co je také důležité je skutečnost zachování plně zpětné kompatibility, a to jak na úrovni protokolu, tak elektrická i mechanická. +more Starší karty tak ve slotech PCI Express 4. 0 pracují svou plnou rychlostí, a karty PCI Express 4. 0 zase jsou funkční ve slotech starších generací, běžící na jimi podporované rychlosti.

AMD v srpnu 2019 zrušilo podporu PCIe 4. 0 na všech starších deskách. +more Problémem bylo, že některé základní desky Asus a Gigabyte mohly provozovat PCIe 4. 0 jen přes slot M. 2, některé také pro grafiku přes slot PCIe x16. Pro firmu AMD to byl velký problém, protože ta by sama o sobě nemohla zajistit širokou podporu.

Propustnost PCI-Express 4.0:

PCI-Express 5.0

Oproti 4. 0, které mělo velké zpoždění při zavádění, by mělo být 5. +more0 zavedeno relativně rychle. Specifikace PCI Express 5. 0 byly oznámeny v květnu 2019. Tato generace má opět přinést dvojnásobný výkon, respektive přenosovou rychlost. Jedna linka by tedy měla zrychlit už na 4 GB/s (což byla v době uvedení PCIe 1. 0 propustnost celého slotu ×16). Slot PCI Express 5. 0 ×16 pak bude nabízet 64 GB/s, přičemž uváděné rychlosti jsou jedním směrem.

Zatím nevíme, zda se počítá s nějakými velkými změnami, například zkrácením maximální fyzické délky spojení, nebo přechodem z měděných vodičů na optickou technologii. V takovém případě by ale asi byla zkomplikována cesta tohoto rozhraní do běžné spotřebitelské sféry, jelikož optické spoje a převodníky by nebyly nic levného. +more PCI Express 5. 0 by se pak mohl uplatňovat spíše v serverech, výkonné síťové infrastruktuře a podobných oblastech, kde vyšší cena není na závadu. Jako jedno z použití je citována například implementace adaptérů pro 400 Gb/s Ethernet.

PCI-Express 5.0 bude zpětně kompatibilní se staršími revizemi. Mělo by být vydáno mezi lety 2020-2021.

Propustnost PCI-Express 5.0:

Reference

Externí odkazy

[url=https://web. archive. +moreorg/web/20160304221014/https://dip. felk. cvut. cz/browse/pdfcache/zlatnp1_2007bach. pdf]Implementace Linkové vrstvy PCIe - Bakalářská práce 2007[/url] (pdf-cz) * [url=http://www. svethardware. cz/art_doc-DCF855B3ED8092C6C1256FB500796ADF. html]PCI Express - Svět hardware[/url] * [url=https://web. archive. org/web/20070412170958/http://www. pciexpressdevnet. org/downloads/3rdGenWhitePaper. pdf]Creating a Third Generation I/O Interconnect[/url] (PDF, anglicky) * [url=http://www. intel. com/technology/pciexpress/devnet/]Intel Developer Network for PCI Express Architecture[/url] (anglicky) * [url=http://arstechnica. com/paedia/p/pci-express/pcie-1. html]Ars Technica introduction to PCI Express[/url] (anglicky).

Kategorie:Sběrnice Kategorie:Konektory