Що таке PCI Express і чому кількість ліній важлива?
- Що являє собою інтерфейс PCI Express
- Для чого використовуються лінії PCIe
- Як кількість ліній впливає на пропускну спроможність
- Різниця між PCIe x1, x4, x8, x16
- Обмеження пропускної здатності для відеокарт та SSD
- Як чіпсет та процесор розподіляють лінії PCIe
- Чому нестача ліній знижує швидкість пристроїв
- Вплив покоління PCIe на продуктивність
У цій статті ми докладно розберемо, що таке PCI Express, для чого використовуються його лінії і як їх кількість впливає на пропускну спроможність. Ще відзначимо різницю між PCIe x1, x4, x8 та X16, розповімо про обмеження для відеокарт та SSD, а також про вплив поколінь PCIe на загальну продуктивність системи.
Розуміння, що таке PCI Express та принципів його роботи – «ключ» для оптимізації системи під конкретні завдання: ігри, монтаж відео, рендеринг чи зберігання великих масивів інформації. Технологія PCIe розвивається вже понад 20 років, і кожна нова специфікація підвищує швидкість, оптимізує технологію підключення та змінює вимоги до обладнання.
Що являє собою інтерфейс PCI Express
PCI Express(PCI-e) – це основний канал передачі даних між процесором та підключеними пристроями: відеокартами, SSD-накопичувачами, мережевими картами та різними платами розширення. Через PCIe відбувається обмін великими обсягами інформації, що прямо впливає на загальну продуктивність системи. На відміну від старих шин, PCIe використовує двонаправлені диференціальні пари, які називаються лініями.
Архітектура PCIe ґрунтується на принципі «точка-точка», що означає відсутність спільного каналу між кількома пристроями. Натомість, кожне підключення отримує власну пропускну смугу, що значно знижує затримки, підвищує швидкість та покращує можливості масштабування системи.
Ключовими характеристиками інтерфейсу є число ліній pci express та покоління стандарту, що визначають, наскільки швидко пристрій зможе отримувати та передавати дані.
Для чого використовуються лінії PCIe
Лінії PCIe – фундамент PCI Express. Кожна лінія є каналом, що складається з пари провідників для прийому та передачі даних. Кількість цих ліній визначає підсумкову продуктивність пристрою, підключеного до шини.
Лінії PCI Express використовуються для:
- Передачі даних – між пристроєм та процесором;
- Збільшення пропускної спроможності – що більше ліній, то вище максимальна швидкість;
- Забезпечення паралельних потоків даних – підвищення загальної ефективності;
- Масштабування пристроїв різних класів – від невеликих мережевих карт до флагманських відеокарт з колосальними швидкостями передачі даних;
- Організації високошвидкісних підключень SSD-накопичувачів NVMe – яким потрібно щонайменше чотири лінії для розкриття потенціалу.
Важливо! Відеокарти використовують багато ліній pci express (зазвичай 16), оскільки працюють з колосальними обсягами даних. Твердотільні накопичувачі NVMe використовують чотири лінії для досягнення швидкостей 5-15 Гб/с залежно від покоління PCIe. Більш прості пристрої, на зразок мережевих або звукових карт, обходяться однією лінією.
При цьому материнські плати з чіпом B650 можуть підтримувати один стандарт PCIe, тоді як материнські плати з чіпом B850 вже інший, і це незважаючи на підтримку одного й того самого процесорного сокету.
Як кількість ліній впливає на пропускну спроможність
Пропускна спроможність PCI Express залежить від двох ключових факторів: кількості ліній (х1, х4, х8, х16) та інтерфейсу (PCIe 2.0, 3.0, 4.0, 5.0). При цьому кожна лінія має певну швидкість передачі даних, наприклад:
- PCIe 3.0 – одна лінія забезпечує до 1 Гб/с у кожному напрямі;
- У PCIe 4.0 – близько 2 Гб/с у кожному напрямі;
- У PCIe 5.0 – близько 4 Гб/с у кожному напрямі.
Відповідно, загальне значення множиться число ліній. Наприклад, слот PCIe 4.0 x16 здатний передавати до 32 Гб/с, а PCIe 5.0 x16 – вже близько 60 Гб/с у кожному напрямі.
Якщо пристрою виділено менше ліній, ніж потрібно, він буде працювати повільніше. Наприклад, відеокарта в слоті PCIe х8 матиме вдвічі меншу пропускну здатність порівняно з х16. Тому власники топових відеокарт намагаються обирати материнські плати з чіпом B860 чи іншими просунутими чіпами, що дозволяють повністю розкрити можливості карти.
Важливо! Більшість ПК не використовують всю доступну пропускну здатність постійно, але у важких сценаріях, нестача ліній призводить до зниження швидкості та збільшення затримок.
Різниця між PCIe x1, x4, x8, x16
Однією з ключових характеристик PCI Express є ширина слота, яка позначається як х1, х4, х8 або х16. Ці значення показують, скільки ліній PCIe виділено конкретному пристрою:
- PCIe x1 – використовується для пристроїв із низькими вимогами до швидкості передачі даних: звукових карт, Wi-Fi-адаптерів, додаткових USB-портів, TV-тюнерів та плат для відеоспостереження. Ця конфігурація забезпечує мінімальне навантаження на систему, ідеальна для периферії;
- PCIe x4 – найпоширеніша для NVMe SSD та деяких мережевих адаптерів. Її переваги полягають у хорошому балансі швидкості та вартості, а також відмінних можливостях для більшості завдань. Майже всі M.2-слоти на материнських платах підключені саме в режимі х4;
- PCIe x8 – найчастіше зустрічається у професійних сценаріях: карти захоплення, швидкі RAID-контролери, відеокарти в режимі двох GPU. Навіть топові відеокарти практично не втрачають своєї продуктивності під час роботи на PCIe x8, якщо є PCIe 4.0 і вище;
- PCIe x16 – максимальна конфігурація для відеокарт та потужних прискорювачів. Забезпечує найкращу пропускну здатність для самих топових відеокарт. У слоти з фізичними х16 можуть вставлятися і х4/х8 пристрої, але працюватимуть вони відповідно до реальної кількості ліній.
| Версія PCIe | x1 (МБ/с) | x4 (ГБ/с) | x8 (ГБ/с) | x16 (ГБ/с) |
|---|---|---|---|---|
| PCIe 1.0 | 500 МБ/с | 2 ГБ/с | 4 ГБ/с | 8 ГБ/с |
| PCIe 2.0 | 1 ГБ/с | 4 ГБ/с | 8 ГБ/с | 16 ГБ/с |
| PCIe 3.0 | 1.97 ГБ/с | 7.88 ГБ/с | 15.76 ГБ/с | 31.6 ГБ/с |
| PCIe 4.0 | 3.94 ГБ/с | 15.76 ГБ/с | 31.6 ГБ/с | 63 ГБ/с |
| PCIe 5.0 | 7.88 ГБ/с | 31.6 ГБ/с | 63 ГБ/с | 128 ГБ/с |
Дані з таблиці варто враховувати при виборі материнської плати під конкретні сценарії використання комп'ютера.
Обмеження пропускної здатності для відеокарт та SSD
Відеокарти та SSD-накопичувачі є одними з «ненажерливих» пристроїв з точки зору пропускної спроможності, тому вони дуже «вибагливі» до можливостей PCIe.
Сучасні GPU потребують максимальної кількості ліній PCIe. Хоча деякі відеокарти можуть працювати в режимі x8 без серйозної втрати продуктивності, особливо PCIe 4.0 та 5.0. Але в певних завданнях (обробка великих наборів даних, рендеринг, обчислення) обмеження до х8, а тим більше до х4 можуть призводити до помітного зниження FPS і збільшення часу обробки інформації.
NVMe SSD використовують PCIe x4 – від швидкості ліній безпосередньо залежить максимальна швидкість накопичувача, наприклад:
- SSD PCIe 3.0 x4 – обмежений швидкістю до 3,5 ГБ / с;
- SSD PCIe 4.0 x4 – до 7,5 ГБ / с;
- SSD PCIe 5.0 x4 – 10-15 Гбіт/с.
Якщо накопичувачу виділити лише х2 чи х1, швидкість впаде пропорційно. Також можливі ситуації, коли кілька M.2-слотів ділять ті самі лінії – тоді один SSD може працювати повільніше через активність іншого.
Як чіпсет та процесор розподіляють лінії PCIe
У будь-якій сучасній системі є два джерела PCIe-ліній – це процесор та чіпсет. Процесор забезпечує роботу найшвидших ліній, безпосередньо пов'язаних із відеокартою та M.2-слотами, а чіпсет відповідає за роботу ліній з більш високою затримкою, призначених для периферії.
Процесори зазвичай надають від 20 до 28 ліній PCIe, залежно від платформи:
- AMD AM5 – 24 лінії PCIe 5.0;
- Intel LGA 1700 – 16 PCIe 5.0 + додатковий набір 4 ліній для NVMe.
Оскільки ці лінії забезпечують мінімальні затримки, вони використовуються для відеокарт та деяких SSD-накопичувачів. Чіпсет надає додаткові лінії PCIe, які проходять через інтерфейс DMI (у Intel) або аналогічний міст у AMD. В результаті, пристрої, підключені до чіпсету, отримують більш високі затримки й можуть ділити пропускну здатність між собою.
Організація зв'язків материнської плати дуже важлива: два М.2 слоти можуть конкурувати за ті самі лінії, підключення PCIe-карти може відключити один з портів SATA, а використання відеокарти у верхньому слоті може обмежити роботу нижнього.
Чому нестача ліній знижує швидкість пристроїв
Коли система вичерпує доступне число PCI-ліній, вона змушена справлятися з навантаженням такими способами:
- Переводить пристрої в режим х4 або х1;
- Знижує швидкість роботи SSD-накопичувачів;
- Обмежує можливості відеокарти;
- Ділить загальну пропускну здатність PCI між кількома пристроями.
Нестача ліній призводить до того, що кожен пристрій отримує меншу ширину каналу, ніж необхідно для повного розкриття потенціалу. Тому при високому навантаженні, навіть новий комп'ютер стикається з набором проблем:
- Зниження швидкості читання/запису для SSD;
- Просідання FPS в іграх та професійних проєктах на відеокарті;
- Збільшення затримок під час передачі даних;
- Нестача продуктивності мережевих адаптерів та карт захоплення;
- Конфліктам ресурсів лише на рівні чіпсету.
У робочих станціях, серверах та ігрових ПК, де одночасно працює кілька швидких пристроїв, проблема нестачі ліній проявляється особливо помітно. Тому важливо заздалегідь планувати конфігурацію системи, з урахуванням реальних можливостей процесора та чіпсету.
Вплив покоління PCIe на продуктивність
Кожне нове покоління PCI Express практично подвоює пропускну здатність на лінію: від 500 Мб/с у PCIe 2.0, до 4 Гб/с у PCIe 5.0. Збільшення пропускної спроможності особливо важливе для твердотільних накопичувачів NVMe, які активно використовують весь доступний канал передачі даних – для них покоління PCIe безпосередньо визначає максимальну швидкість роботи.
З відеокартами ситуація трохи інша: більшість карт використовує пропускну здатність шини PCIe не повністю, особливо в ігрових сценаріях, де критичніший обсяг і швидкість відеопам'яті. Але при високих роздільних здатностях, використанні рейтрейсингу або задач GPU-обчислень – навантаження зростає, і покоління PCIe починає відігравати помітну роль, особливо якщо скорочується число ліній, наприклад, режим х8 замість х16.
Тепер ви знаєте, що таке PCI Express та нюанси стандартів передачі даних – забезпечте максимальну продуктивність свого комп'ютера!
Інші наші статті
Читайте також