PCI Express | |
---|---|
Paikat (keltainen) järjestyksessä: x4 PCI Express, x16 PCI Express, x1 PCI Express, x16 PCI Express, tavallinen 32-bittinen PCI -paikka | |
Tyyppi | Rengas |
Tarina | |
Kehittäjä | Intel , PCI SIG , Dell , HP , IBM |
Kehitetty | 2003 |
karkotettu | AGP , PCI-X , PCI |
Tekniset tiedot | |
Hot swap | Ei |
Ulkoinen | Joo |
Tietoasetukset | |
Kaistanleveys | 250 Mb/s - 126 Gb/s |
pöytäkirja | johdonmukainen |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
PCI Express ( englanninkielinen Peripheral Component Interconnect Express ) tai PCIe tai PCI-e ; tunnetaan myös nimellä 3GIO ( 3rd Generation I/O ) - tietokoneväylä (vaikka se ei ole väylä fyysisellä tasolla , koska se on point-to-point-yhteys), joka käyttää PCI - väyläohjelmistomallia ja korkean suorituskyvyn fyysistä protokollaa . perustuu sarjatiedonsiirtoon .
Intel aloitti PCI Express - standardin kehittämisen InfiniBand - väylästä luopumisen jälkeen . Virallisesti ensimmäinen PCI Expressin perusspesifikaatio ilmestyi heinäkuussa 2002 [1] [2] . PCI Express -standardia kehittää PCI Special Interest Group .
Toisin kuin PCI-standardi, joka käytti yhteistä väylää tiedonsiirtoon useiden rinnakkain kytkettyjen laitteiden kanssa, PCI Express on yleensä pakettiverkko , jossa on tähtitopologia .
PCI Express -laitteet kommunikoivat keskenään kytkimien muodostaman välineen kautta, ja jokainen laite on kytketty suoraan kytkimeen point-to-point- yhteydellä .
Lisäksi PCI Express -väylä tukee [1] [2] :
PCI Express -väylä on tarkoitettu käytettäväksi vain paikallisväylänä. Koska PCI Expressin ohjelmistomalli on suurelta osin peritty PCI:ltä, olemassa olevia järjestelmiä ja ohjaimia voidaan muokata käyttämään PCI Express -väylää korvaamalla vain fyysinen kerros ilman ohjelmiston muokkaamista. PCI Express -väylän korkea huippusuorituskyky mahdollistaa sen käytön AGP -väylän sijasta , ja vielä enemmän PCI- ja PCI-X- väyliä [2] . De facto PCI Express on korvannut nämä väylät henkilökohtaisissa tietokoneissa.
Pinouts PCI Express X1 | |||
---|---|---|---|
Lähtö nro | Tarkoitus | Lähtö nro | Tarkoitus |
B1 | +12V | A1 | PRSNT1# |
B2 | +12V | A2 | +12V |
B3 | +12V | A3 | +12V |
B4 | GND | A4 | GND |
B5 | SMCLK | A5 | JTAG2 |
B6 | SMDAT | A6 | JTAG3 |
B7 | GND | A7 | JTAG4 |
B8 | +3,3V | A8 | JTAG5 |
B9 | JTAG1 | A9 | +3,3V |
B10 | 3.3V_AUX | A10 | 3,3V |
B11 | HERÄTÄ# | A11 | PERST# |
Osio | |||
B12 | RSVD | A12 | GND_A12 |
B13 | GND | A13 | REFCLK+ |
B14 | PETP0 | A14 | REFCLK- |
B15 | PETN0 | A15 | GND |
B16 | GND | A16 | PERP0 |
B17 | PRSNT2# | A17 | PERN0 |
B18 | GND | A18 | GND |
Mini PCI Express on PCI Express -väylämuoto kannettaville laitteille.
Tälle liitinstandardille on saatavilla monia oheislaitteita:
Mini PCI-E Pin-liitännät | |||
---|---|---|---|
Lähtö nro | Tarkoitus | Lähtö nro | Tarkoitus |
51 | varattu | 52 | +3,3V |
49 | varattu | viisikymmentä | GND |
47 | varattu | 48 | +1,5V |
45 | varattu | 46 | LED_WPAN# |
43 | varattu | 44 | LED_WLAN# |
41 | Varattu (+3,3V) | 42 | LED_WWAN# |
39 | Varattu (+3,3V) | 40 | GND |
37 | Varattu (GND) | 38 | USB_D+ |
35 | GND | 36 | USB_D- |
33 | PETp0 | 34 | GND |
31 | PETn0 | 32 | SMB_DATA |
29 | GND | kolmekymmentä | SMB_CLK |
27 | GND | 28 | +1,5V |
25 | PERp0 | 26 | GND |
23 | PERn0 | 24 | +3,3 Vaux |
21 | GND | 22 | PERST# |
19 | Varattu (UIM_C4) | kaksikymmentä | W_DISABLE# |
17 | Varattu (UIM_C8) | kahdeksantoista | GND |
Osio | |||
viisitoista | GND | 16 | UIM_VPP |
13 | REFCLK+ | neljätoista | UIM_RESET |
yksitoista | REFCLK- | 12 | UIM_CLK |
9 | GND | kymmenen | UIM_DATA |
7 | CLKREQ# | kahdeksan | UIM_PWR |
5 | Varattu (COEX2) | 6 | 1,5V |
3 | Varattu (COEX1) | neljä | GND |
yksi | HERÄTÄ# | 2 | 3,3V |
Pinnat SSD Mini PCI Express | |||
---|---|---|---|
33 | Sata TX+ | 34 | GND |
31 | SataTX- | 32 | IDE_DMARQ |
29 | GND | kolmekymmentä | IDE_DMACK |
27 | GND | 28 | IDE_IOREAD |
25 | Sata RX+ | 26 | GND |
23 | Sata RX | 24 | IDE_IOWR |
21 | GND | 22 | IDE_RESET |
19 | IDE_D7 | kaksikymmentä | IDE_D8 |
17 | IDE_D6 | kahdeksantoista | GND |
Osio | Osio | ||
viisitoista | GND | 16 | IDE_D9 |
13 | IDE_D5 | neljätoista | IDE_D10 |
yksitoista | IDE_D4 | 12 | IDE_D11 |
9 | GND | kymmenen | IDE_D12 |
7 | IDE_D3 | kahdeksan | IDE_D13 |
5 | IDE_D2 | 6 | IDE_D14 |
3 | IDE_D1 | neljä | GND |
yksi | IDE_D0 | 2 | IDE_D15 |
ExpressCard-korttipaikkoja käytetään kannettavissa tietokoneissa yhdistämään: [4]
PCI Express -laitteen yhdistämiseen käytetään kaksisuuntaista pisteestä pisteeseen -sarjayhteyttä , jota kutsutaan linjaksi ( eng. lane - lane, row); tämä eroaa jyrkästi PCI :stä , jossa kaikki laitteet on kytketty yhteiseen 32-bittiseen rinnakkaiseen kaksisuuntaiseen väylään.
Kahden PCI Express -laitteen välinen yhteys ( englanniksi link - connection, connection) koostuu yhdestä (x1) tai useammasta (x2, x4, x8, x16 ja x32) kaksisuuntaisesta sarjalinjasta [1] [2] . Jokainen laite on liitettävä vähintään yhteen linjaan (x1).
Sähkötasolla jokainen liitäntä käyttää pienjännitedifferentiaalisen signaalin siirtoa ( LVDS ), jokainen PCI Express -laite vastaanottaa ja lähettää tietoja kahdella erillisellä johtimella, joten yksinkertaisimmassa tapauksessa laite on kytketty PCI Express -kytkimeen vain neljällä. johtimia.
Tämän lähestymistavan käytöllä on seuraavat edut:
Molemmissa tapauksissa PCI Express -väylä käyttää enimmäismäärää käytettävissä olevia kaistaa sekä kortille että korttipaikalle. Tämä ei kuitenkaan salli laitteen toimia paikassa, joka on suunniteltu korteille, joiden PCI Express -väylän kaistanleveys on pienempi. Esimerkiksi x4-kortti ei mahdu fyysisesti tavalliseen x1-paikkaan, vaikka se voisi toimia x1-korttipaikassa vain yhtä kaistaa käyttäen. Joillakin emolevyillä on epätyypillisiä x1- ja x4-paikkoja, joissa ei ole äärimmäistä välilevyä, joten niihin voidaan asentaa liitintä pidemmät kortit. Tämä ei anna virtaa ja maadoitusta kortin ulkonevalle osalle, mikä voi johtaa erilaisiin ongelmiin.
PCI Express lähettää kaikki ohjaustiedot, mukaan lukien keskeytykset , samoja linjoja pitkin, joita käytetään tiedonsiirtoon. Sarjaprotokollaa ei voi koskaan estää, joten PCI Express -väylän latenssit ovat melko verrattavissa PCI-väylän viiveisiin (huomaa, että PCI-väylä käyttää erillisiä fyysisiä linjoja keskeytyspyynnön signaloimiseen IRQ#A , IRQ#B , IRQ#C , IRQ#D ).
Kaikissa nopeissa sarjayhteyksissä (kuten gigabit ethernet ) ajoitustiedot on upotettava lähetettävään signaaliin. Fyysisellä tasolla PCI Express käyttää 8b/10b (8 bittiä kymmenessä, 20 % redundanssi) [1] [2] linkin koodausmenetelmää DC:n poistamiseksi lähetetystä signaalista ja ajoitustietojen upottamisesta tietovirtaan. PCI Express 3.0:sta alkaen käytetään edullisempaa 128b/130b-koodausta 1,5 %:n redundanssilla.
Jotkin protokollat (kuten SONET / SDH ) käyttävät sekoitustekniikkaa ajoitustietojen upottamiseksi tietovirtaan ja lähetetyn signaalin spektrin levittämiseen . PCI Express -spesifikaatio sisältää myös sekoitusominaisuuden, mutta PCI Expressin sekoitus poikkeaa SONETin sekoitustoiminnosta .
PCIe on full duplex [5] protokolla. Toisin sanoen vastaanotto- ja lähetysvirroilla on itsenäiset kanavat ja samat maksiminopeudet. Tietokoneväylän nopeus ilmaistaan yleensä gigatransaktioissa sekunnissa . Yhdelle tapahtumalle lähetetään yksi koodisana. Yhden väylälinjan suorituskyvyn laskemiseksi on otettava huomioon koodaus 8b / 10b ( eng. 8b / 10b koodaus ) [1] [2] (PCI-E 3.0 ja uudemmat - 128b / 130b ( eng. 128b / 130b-koodaus ). Esimerkiksi PCIe 1.0 -kaistan kaistanleveys on:
2,5 GT/s 8/10 bittiä/T = 2 Gb/s = 0,25 Gt/sHuolimatta siitä, että standardi sallii 32 linjaa porttia kohden, tällaiset ratkaisut ovat fyysisesti hankalia suoritettavaksi suoraan ja ovat saatavilla vain omissa liittimissä.
PCI Express -kaistanleveys, GB/sJulkaisuvuosi _ |
PCI Express -versio |
Koodaus | Yhden linjan
siirtonopeus _ |
Kaistanleveys per x riviä | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
x1 | x2 | x4 | x8 | x16 | ||||
2002 | 1.0 | 8b/10b | 2,5 GT/s | 256 Mt/s = 0,25 Gt/s | 0,50 Gt/s | 1,0 Gt/s | 2,0 Gt/s | 4,0 Gt/s |
2007 | 2.0 | 8b/10b | 5 GT/s | 512 Mt/s = 0,5 Gt/s | 1,0 Gt/s | 2,0 Gt/s | 4,0 Gt/s | 8,0 Gt/s |
2010 | 3.0 | 128b/130b | 8 GT/s | 1008,246 Mt/s = 0,985 Gt/s | 1 969 Gt/s | 3,938 Gt/s | 7,877 Gt/s | 15,754 Gt/s (126 Gb/s) |
2017 | 4.0 | 128b/130b | 16 GT/s | 1 969 Gt/s | 3,938 Gt/s | 7,877 Gt/s | 15,754 Gt/s | 31,508 Gt/s (252 Gb/s) |
2019 | 5.0 | 128b/130b | 32 GT/s | 3,938 Gt/s | 7,877 Gt/s | 15,754 Gt/s | 31,508 Gt/s | 64,008 Gt/s (512 Gb/s) |
2022 | 6.0 | 242B/256B, PAM-4 , FEC , FLIT | 64 GT/s | 7,563 Gt/s | 15,125 Gt/s | 30 250 Gt/s | 60 500 Gt/s | 121 000 Gt/s (968 Gb/s) |
PCI Expressin lisäksi on olemassa useita nopeita standardoituja sarjaliitäntöjä, joista osa ovat HyperTransport , InfiniBand , RapidIO ja StarFabric . Jokaisella rajapinnalla on kannattajansa teollisuusyritysten joukossa, sillä protokollaspesifikaatioihin on jo käytetty huomattavia summia rahaa ja jokainen konsortio haluaa korostaa oman rajapinnansa etuja muihin verrattuna.
Standardoidun nopean rajapinnan tulee toisaalta olla joustava ja laajennettavissa, ja toisaalta sen tulisi tarjota pieni latenssi ja alhainen lisäraja (eli paketin yläraja ei saa olla suuri). Pohjimmiltaan rajapintojen väliset erot ovat juuri siinä kompromississa, jonka tietyn rajapinnan kehittäjät ovat valinneet näiden kahden ristiriitaisen vaatimuksen välillä.
Esimerkiksi paketissa olevat lisäreititystiedot mahdollistavat monimutkaisen ja joustavan pakettireitityksen järjestämisen, mutta lisäävät pakettien käsittelyn ylimääräisiä kustannuksia, vähentävät myös rajapinnan kaistanleveyttä ja monimutkaistavat ohjelmistoa, joka alustaa ja konfiguroi liitäntään kytkettyjä laitteita. Jos laitteiden hot-plugging on tarpeen, tarvitaan erikoisohjelmisto, joka seuraa verkon topologian muutoksia. Esimerkkejä tähän tarkoitukseen mukautetuista liitännöistä ovat RapidIO, InfiniBand ja StarFabric.
Samalla paketteja lyhentämällä voidaan pienentää tiedonsiirron viivettä, joka on tärkeä vaatimus muistirajapinnalle. Mutta pakettien pieni koko johtaa siihen, että paketin ylimääräisten kenttien osuus kasvaa, mikä vähentää rajapinnan tehollista suorituskykyä. Esimerkki tämäntyyppisestä käyttöliittymästä on HyperTransport.
PCI Expressin sijainti on kuvattujen lähestymistapojen välissä, koska PCI Express -väylä on suunniteltu toimimaan paikallisväylänä eikä prosessori-muistiväylänä tai monimutkaisena reititettynä verkkona. Lisäksi PCI Express suunniteltiin alun perin PCI-väylän kanssa loogisesti yhteensopivaksi väyläksi, mikä toi myös omat rajoituksensa.
Piirisarjojen yhdistämiseen ( northbridgen ja southbridgen välillä ) on myös erikoisväyliä, jotka perustuvat fyysiseen PCI Express -protokollaan (yleensä x4), mutta joissa on muita loogisia protokollia. Esimerkiksi Intel-alustat käyttävät DMI -väylää , kun taas AMD-järjestelmät, joissa on AMD Fusion -piirisarja, käyttävät UMI [6] -väylää .
PCI - SIG julkaisi PCI Express 2.0 -määrityksen 15. tammikuuta 2007 . Tärkeimmät innovaatiot PCI Express 2.0:ssa:
PCI Express 2.0 on täysin yhteensopiva PCI Express 1.1:n kanssa (vanhat näytönohjaimet toimivat emolevyissä uusilla liittimillä, mutta vain nopeudella 2,5 GT/s, koska vanhemmat piirisarjat eivät tue kaksinkertaista tiedonsiirtonopeutta; uudemmat näytönohjaimet toimivat ilman ongelmia vanhoissa PCI Express 1.x -standardipaikat).
Ulkoisen PCIe-kaapelin tekniset tiedot7. helmikuuta 2007 PCI-SIG julkaisi ulkoisen PCIe-kaapelointimäärityksen. Uusi spesifikaatio mahdollistaa jopa 10 metrin pituiset kaapelit, jotka toimivat 2,5 GT/s kaistanleveydellä.
Fyysisiltä ominaisuuksiltaan (nopeus, liitin) vastaa 2.0:aa, ohjelmistoosaan on lisätty toimintoja, jotka suunnitellaan toteutettavaksi kokonaan versiossa 3.0. Koska useimmat emolevyt myydään versiolla 2.0, pelkkä näytönohjain, jossa on 2.1, ei salli 2.1-tilan käyttöönottoa.
Marraskuussa 2010 [7] hyväksyttiin PCI Express 3.0 -version tekniset tiedot. Rajapinnan tiedonsiirtonopeus on 8 GT/s ( Gigatransactions/s ). Mutta tästä huolimatta sen todellinen suorituskyky oli silti kaksinkertainen verrattuna PCI Express 2.0 -standardiin. Tämä saavutettiin aggressiivisemman 128b/130b-koodausjärjestelmän ansiosta, jossa 128 bittiä väylän kautta lähetettyä dataa koodataan 130 bitillä. Samanaikaisesti täydellinen yhteensopivuus PCI Expressin aikaisempien versioiden kanssa on säilytetty. PCI Express 1.x- ja 2.x -kortit toimivat paikoissa 3.0, ja päinvastoin PCI Express 3.0 -kortti toimii paikoissa 1.x ja 2.x (vaikka se ei pysty paljastamaan täyttä nopeuttaan). 4 linjalla tiedonsiirtonopeus on 4 Gt / s, 16 linjalla - 16 Gt / s [8] .
PCI-SIG:n mukaan PCI Express 3.0:n ensimmäiset testit alkoivat vuonna 2011, kumppaneiden yhteensopivuustestaustyökalut ilmestyivät vasta vuoden 2011 puolivälissä ja todelliset laitteet vasta vuonna 2012.
PCI Special Interest Group (PCI SIG) totesi, että PCI Express 4.0 voitaisiin standardoida ennen vuoden 2016 loppua [9] , mutta vuoden 2016 puolivälissä, kun useita siruja oli jo valmisteltu valmistusta varten, tiedotusvälineet kertoivat standardoinnista. odotettiin vuoden 2017 alussa [10] . Sen suorituskyvyn odotettiin olevan 16 GT/s, mikä tarkoittaa, että se olisi kaksi kertaa nopeampi kuin PCIe 3.0 [11] [12] . Myöhemmin standardointipäivämääriä siirrettiin, ja erittely julkaistiin vasta 5.10.2017 [13] . PCI Express 3.0 -spesifikaatioon verrattuna PCI Express -väylän suurin tiedonsiirtonopeus on kaksinkertaistettu 8:sta 16 GT/s:iin. Lisäksi latenssia on vähennetty, skaalautuvuutta ja virtualisoinnin tukea on parannettu [14] . 4 linjalla tiedonsiirtonopeus on 8 Gt / s, 16 linjalla - 32 Gt / s [8] .
AMD ilmoitti 7. marraskuuta 2018 suunnitelmistaan julkaista ensimmäinen PCI Express 4.0 x16 -suoritinta tukeva GPU vuoden 2018 viimeisellä neljänneksellä [15] . Gigabyte - yhtiö ilmoitti 27. toukokuuta 2019 X570 Aorus -sarjan emolevyjen julkaisusta. Valmistajan mukaan nämä levyt "avaavat PCIe 4.0:n aikakauden" [16] .
Toukokuussa 2019 PCI Express 5.0 -standardin lopullinen eritelmä ilmestyi [8] . Tiedonsiirtonopeus PCI Express -väylällä oli 32 GT/s. Tällaisella nopeudella odotetaan olevan myönteinen vaikutus virtuaalitodellisuuteen liittyviin hankkeisiin [17] . 4 linjalla tiedonsiirtonopeus on 16 Gt / s, 16 linjalla - 64 Gt / s [8] .
PCI Express 6.0 -standardin lopullinen spesifikaatio on määrä julkaista vuonna 2022. Odotettu tiedonsiirtonopeus on 32 Gt/s 4 linjalla ja 128 Gt/s 16 linjalla [18] [19] .
Tietokoneväylät ja rajapinnat | |
---|---|
Peruskonseptit | |
Prosessorit | |
Sisäinen | |
kannettavat tietokoneet | |
Asemat | |
Periferia | |
Laitteiden hallinta | |
Universaali | |
Videoliitännät | |
Sisällytetty järjestelmä |