Что такое PCI Express и почему количество линий важно?
- Что представляет собой интерфейс PCI Express
- Для чего используются линии PCIe
- Как количество линий влияет на пропускную способность
- Разница между PCIe x1, x4, x8, x16
- Ограничение пропускной способности для видеокарт и SSD
- Как чипсет и процессор распределяют линии PCIe
- Почему нехватка линий снижает скорость устройств
- Влияние поколения PCIe на производительность
В данной статье мы подробно разберем, что такое PCI Express, для чего используются его линии и как их количество влияет на пропускную способность. Еще отметим разницу между PCIe x1, x4, x8 и X16, расскажем про ограничения для видеокарт и SSD, а также про влияние поколений PCIe на общую производительность системы.
Понимание, что такое PCI Express и принципов его работы – «ключ» для оптимизации системы под конкретные задачи: игры, монтаж видео, рендеринг или хранение больших массивов информации. Технология PCIe развивается уже более 20 лет, и каждая новая спецификация повышает скорость, оптимизирует технологию подключения и меняет требования к оборудованию.
Что представляет собой интерфейс PCI Express
PCI Express (PCI-e) – это основной канал передачи данных между процессором и подключенными устройствами: видеокартами, SSD-накопителями, сетевыми картами и разными платами расширения. Через PCIe происходит обмен большими объемами информации, прямо влияющий на общую производительность системы. В отличие от старых шин, PCIe использует двунаправленные дифференциальные пары, называемые линиями.
Архитектура PCIe основана на принципе «точка-точка», что означает отсутствие совместного канала между несколькими устройствами. Вместо этого, каждое подключение получает собственную пропускную полосу, что значительно снижает задержки, повышает скорость и улучшает возможности масштабирования системы.
Ключевыми характеристиками интерфейса является число линий pci express и поколение стандарта, определяющие, насколько быстро устройство сможет получать и передавать данные.
Для чего используются линии PCIe
Линии PCIe – фундамент PCI Express. Каждая линия является каналом, состоящий из пары проводников для приема и передачи данных. Количество этих линий определяет итоговую производительность устройства, подключенного к шине.
Линии PCI Express используются для:
- Передачи данных – между устройством и процессором;
- Увеличения пропускной способности – чем больше линий, тем выше максимальная скорость;
- Обеспечения параллельных потоков данных – для повышения общей эффективности;
- Масштабирования устройств разных классов – от небольших сетевых карт, до флагманских видеокарт с колоссальными скоростями передачи данных;
- Организации высокоскоростных подключений SSD-накопителей NVMe – которым требуется минимум четыре линии для раскрытия потенциала.
Важно! Видеокарты используют много линий pci express (обычно 16), так как работают с колоссальными объемами данных. Твердотельные накопители NVMe используют четыре линии для достижения скоростей 5-15 Гб/с, в зависимости от поколения PCIe. Более простые устройства, вроде сетевых или звуковых карт, обходятся одной линией.
При этом материнские платы с чипом B650 могут поддерживать один стандарт PCIe, в то время как материнские платы с чипом B850 уже другой, и это несмотря на поддержку одного и того же процессорного сокета.
Как количество линий влияет на пропускную способность
Пропускная способность PCI Express зависит от двух ключевых факторов: количества линий (х1, х4, х8, х16) и интерфейса (PCIe 2.0, 3.0, 4.0, 5.0). При этом каждая линия имеет определенную скорость передачи данных, например:
- В PCIe 3.0 – одна линия обеспечивает до 1 Гб/с в каждом направлении;
- В PCIe 4.0 – около 2 Гб/с в каждом направлении;
- В PCIe 5.0 – около 4 Гб/с в каждом направлении.
Соответственно, общее значение умножается на число линий. Например, слот PCIe 4.0 x16 способен передавать до 32 Гб/с, а PCIe 5.0 x16 – уже около 60 Гб/с в каждом направлении.
Если устройству выделено меньше линий, чем требуется, оно будет работать медленнее. Например, видеокарта в слоте PCIe х8 будет иметь вдвое меньшую пропускную способность, по сравнению с х16. Поэтому владельцы топовых видеокарт стараются выбирать материнские платы с чипом B860 и другими продвинутыми чипами, позволяющим полностью раскрыть возможности карты.
Важно! Большинство ПК не используют всю доступную пропускную способность постоянно, но в тяжелых сценариях, недостаток линий приводит к снижению скорости и увеличению задержек.
Разница между PCIe x1, x4, x8, x16
Одна из ключевых характеристик PCI Express – это ширина слота, которая обозначается как х1, х4, х8 или х16. Данные значения показывают сколько линий PCIe выделено конкретному устройству:
- PCIe x1 – используется для устройств с низкими требованиями к скорости передачи данных: звуковых карт, Wi-Fi-адаптеров, дополнительных USB-портов, TV-тюнеров и плат для видеонаблюдения. Данная конфигурация обеспечивает минимальную нагрузку на систему, идеальна для периферии;
- PCIe x4 – самая распространенная для NVMe SSD и некоторых сетевых адаптеров. Ее преимущества заключаются в хорошем балансе скорости и стоимости, а также отличных возможностях для большинства задач. Практически все M.2-слоты на материнских платах подключены именно в режиме х4;
- PCIe x8 – чаще встречается в профессиональных сценариях: карты захвата, быстрые RAID-контроллеры, видеокарты в режиме двух GPU. Даже топовые видеокарты практически не теряют своей производительности при работе на PCIe x8, если имеется PCIe 4.0 и выше;
- PCIe x16 – максимальная конфигурация для видеокарт и мощных ускорителей. Обеспечивает лучшую пропускную способность для самых топовых видеокарт. В слоты с физическими х16 могут вставляться и х4/х8 устройства, но работать они будут согласно реальному числу линий.
| Версия 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 |
Данные из таблицы стоит учитывать, при выборе материнской платы под конкретные сценарии использования компьютера
Ограничение пропускной способности для видеокарт и SSD
Видеокарты и SSD-накопители являются одними из самых «прожорливых» устройств с точки зрения пропускной способности, поэтому очень «прихотливы» к возможностям PCIe.
Современные GPU требуют максимального количества линий PCIe. Хотя некоторые видеокарты могут работать в режиме x8 без серьезной потери производительности, особенно на PCIe 4.0 и 5.0. Но в определенных задачах (обработка больших наборов данных, рендеринг, вычисления) ограничение до х8, а тем более до х4, могут приводить к заметному снижению FPS и увеличению времени обработки информации.
NVMe SSD используют PCIe x4 – от скорости линий напрямую зависит максимальная скорость накопителя, например:
- SSD PCIe 3.0 x4 – ограничен скоростью до 3,5 ГБ/с;
- SSD PCIe 4.0 x4 – до 7,5 ГБ/с;
- SSD PCIe 5.0 x4 – 10-15 ГБ/c.
Если накопителю выделить только х2 или х1, скорость упадет пропорционально. Также возможны ситуации, когда несколько M.2-слотов делят одни и те же линии – тогда один SSD может работать медленнее из-за активности другого.
Как чипсет и процессор распределяют линии PCIe
В любой современной системе имеется два источника PCIe-линий – это процессор и чипсет. Процессор обеспечивает работу самых быстрых линий, напрямую связанных с видеокартой и M.2-слотами, а чипсет отвечает за работу линий с более высокой задержкой, предназначенных для периферии.
Процессоры обычно предоставляют от 20 до 28 линий PCIe, в зависимости от платформы:
- AMD AM5 – 24 линии PCIe 5.0;
- Intel LGA 1700 – 16 PCIe 5.0 + дополнительный набор 4 линий для NVMe.
Поскольку данные линии обеспечивают минимальные задержки, они используются для видеокарт и некоторых SSD-накопителей. Чипсет же предоставляет дополнительные линии PCIe, которые проходят через интерфейс DMI (у Intel) или аналогичный мост у AMD. В результате, устройства подключенные к чипсету, получают более высокие задержки и могут делить пропускную способность между собой.
Организация связей материнской платы очень важна: два М.2 слота могут конкурировать за одни и те же линии, подключение PCIe-карты может отключить один и портов SATA, а использование видеокарты в верхнем слоте может ограничить работу нижнего.
Почему нехватка линий снижает скорость устройств
Когда система исчерпывает доступное число PCI-линий, она вынуждена справляться с нагрузкой следующими способами:
- Переводит устройства в режим х4 или х1;
- Снижает скорость работы SSD-накопителей;
- Ограничивает возможности для видеокарты;
- Делит общую пропускную способность PCI между несколькими устройствами.
Нехватка линий приводит к тому, что каждое устройство получает меньшую ширину канала, чем ему необходимо для полного раскрытия потенциала. Поэтому при высокой нагрузке, даже новый компьютер сталкивается с набором проблем:
- Снижением скорости чтения/записи для SSD;
- Просадкой FPS в играх и профессиональных проектах на видеокарте;
- Увеличением задержек при передаче данных;
- Недостатку производительности сетевых адаптеров и карт захвата;
- Конфликтам ресурсов на уровне чипсета.
В рабочих станциях, серверах и игровых ПК, где одновременно работает несколько быстрых устройств, проблема нехватки линий проявляется особенно заметно. Потому важно заранее планировать конфигурацию системы, с учетом реальных возможностей процессора и чипсета.
Влияние поколения PCIe на производительность
Каждое новое поколение PCI Express практически удваивает пропускную способность на линию: от 500 Мб/с в PCIe 2.0, до 4 Гб/с в PCIe 5.0. Увеличение пропускной способности особенно важно для твердотельных накопителей NVMe, которые активно используют весь доступный канал передачи данных – для них поколение PCIe напрямую определяет максимальную скорость работы.
С видеокартами ситуация немного иная: большинство карт использует пропускную способность шины PCIe не полностью, особенно в игровых сценариях, где критичнее объем и скорость видеопамяти. Но при высоких разрешениях, использовании рейтрейсинга или в задачах GPU-вычислений – нагрузка возрастает, и поколение PCIe начинает играть заметную роль, особенно если сокращается число линий, например, режим х8 вместо х16.
Теперь вы знаете, что такое PCI Express и нюансы стандартов передачи данных – обеспечьте максимальную производительность своего компьютера!
Другие наши статьи
Читайте также