Поддержка интерфейса PCI Express 3.0 в материнских платах – реальное преимущество или маркетинговый ход?

В течение последних месяцев в модельном ряду разных производителей начали появляться материнские платы, в которых задекларирована поддержка интерфейса PCI Express 3.0. Первыми такие решения анонсировали компании ASRock , MSI и GIGABYTE . Однако на данный момент, на рынке абсолютно отсутствуют чипсеты, графические и центральные процессоры, которые бы поддерживали интерфейс PCI Express 3.0.

Напомним, что стандарт PCI Express 3.0 был утвержден в прошлом году. Он обладает многочисленными преимуществами над своими предшественниками, поэтому не удивительно что производители видеокарт и материнских плат хотят как можно скорее реализовать его в своих решениях. Однако, существующие на сегодня чипсеты от компаний Intel и AMD ограничены поддержкой стандарта PCI Express 2.0. Единственная надежда воспользоваться преимуществами интерфейса PCI Express 3.0 в ближайшей перспективе связана с новыми процессорами Intel Ivy Bridge, анонс которых запланирован лишь на март-апрель следующего года. В этих процессорах интегрирован контроллер шины PCI Express 3.0, но им смогут воспользоваться только графические чипы, поскольку другие компоненты используют контроллер чипсета.

Отметим, что лишь заменой процессора дело не ограничивается. Необходимо дополнительно обновить настройки BIOS и прошивку чипсета. Кроме этого, на материнских платах с несколькими слотами PCI Express x16 появляется проблема с «переключателями» − маленькими микросхемами, которые располагаются возле каждого слота и отвечают за оперативное реконфигурование количества выделенных линий. Данные «переключатели» также должны быть совместимы с интерфейсом PCI Express 3.0. При этом следует отметить, что мостовые микросхемы nForce 200 или Lucid поддерживают лишь стандарт PCI Express 2.0 и они не могут работать со спецификацией PCI Express 3.0.

Последним аргументом является то, что на данный момент у производителей материнских плат отсутствуют инженерные образцы новых процессоров линейки Intel Ivy Bridge или новых графических чипов, в которых на аппаратном уровне реализована поддержка спецификации PCI Express 3.0. Тому анонсированная совместимость с этим высокоскоростным интерфейсом является теоретической и не может, на данный момент, быть практически подтверждена.

Таким образом, поддержка спецификации PCI Express 3.0 современными материнскими платами является сугубо маркетинговым ходом, преимущества от которого пользователь сможет получить лишь через несколько месяцев путем замены процессора и обновления программным компонентов.

#PCI

Внимание! Эта статья о шине PCI и её производных PCI64 и PCI-X("Пи-си-ай Икс")! Не путайте её с более новой шиной ("Пи-си-ай Экспресс"), которая полностью несовместима с шинами, описанными в данном FAQ.

PCI 2.0 - первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5В.

PCI 2.1 - отличалась от 2.0 возможностью одновременной работы нескольких bus-master устройств (т.н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в 5В, так и в 3.3В слотах. Способность работать с 3.3В картами и наличие соответствующих линий питания в версии 2.1 являлась опциональной.Появились расширения PCI66 и PCI64.

PCI 2.2 - версия базового стандарта шины, допускающая подключение карт расширения с сигнальным напряжением как 5В, так и 3.3В. 32-битные версии этих стандартов являлись наиболее распространённым типом слотов на на момент написания FAQ. Используются слоты типа 32-бита, 5В.
Cделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный разъём и способны работать практически во всех более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах 2.1.

PCI 2.3 - следующая версия общего стандарта на шину PCI, слоты расширения, соответствующие этому стандарту, несовместимы с картами PCI 5В, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5В-ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5В-слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
Напоминаем, что напряжение питания (не сигнальное!) 5В сохраняется абсолютно на всех версиях разъёмов шины PCI.

PCI 64 - расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Cлот PCI64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности), точные данные в каждом конкретном случае можно узнать из спецификаций устройства.
Первые версии PCI64 (производные от PCI 2.1)использовали слот PCI 64-бита 5В и работали на тактовой частоте 33МГц.

PCI 66 - появившееся в версии 2.1 расширение стандарта PCI с поддержкой тактовой частоты 66МГц, также, как и PCI64 позволяет удвоить пропускную способность. Начиная с версии 2.2 использует 3.3В-слоты (32-битный вариант на ПК практически не встречается), карты имеют универсальный либо 3.3В форм-фактор. (Имелись и основанные на версии 2.1 казуистически редкие на рынке ПК 5В 66МГц решения, подобные слоты и платы были совместимы только между собой)

PCI 64/66 - комбинация двух вышеописанных технологий, позволяет учетверить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI, и использует 64 бита 3.3В слоты, совместимые только с универсальными и 3.3В 32-битными картами расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют универсальный (имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами) либо 3.3В форм-фактор(последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33МГц слотами популярных стандартов)
В настоящее время под термином PCI64 подразумевается именно PCI64/66, поскольку 33МГц 5В 64-битные слоты не применяются уже достаточно давно.

PCI-X 1.0 - Расширение PCI64 с добавлением двух новых частот работы, 100 и 133МГц, а также механизма раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами.
PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3.3В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3.
В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в работоспособности выбранной вами комбинации из мат.платы и карты расширения, случае надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility lists) производителей обоих устройств.

PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0, добавлены скорости в 266 и 533МГц, а также коррекция ошибок чётности при передаче данных.(ECC). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах, сигнальное напряжение снижено до 1.5В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3.3В.

PCI-X 1066/PCI-X 2133 - проектируемые будущие варианты шины PCI-X, c результирующими частотами работы 1066 и 2133МГц соответственно, изначально предназначенные для подключения 10 и 40Гбит Ethernet адаптеров.

Для всех вариантов шины PCI-X существуют следующие ограничения по количеству подключаемых к каждой шине устройств:
66МГц - 4
100МГц - 2
133МГц - 1 (2, если одно или оба устройства не находятся на платах расширения, а уже интегрированы на одну плату вместе с контроллером)
266,533МГц и выше -1.

Вот почему в некоторых ситуациях для обеспечения стабильности работы нескольких установленных устройств необходимо ограничивать максимальную частоту работы использованной шины PCI-X (обычно это делается джамперами)

СompactPCI - стандарт для разъёмов и карт расширения, применяемый в промышленных и встраиваемых компьютерах. Механически не совместим ни с одним из "общих" стандартов.

MiniPCI - стандарт для плат и разъёмов для интеграции в ноутбуки (обычно используется для адаптеров беспроводной сети) и непосредственно на поверхность . Также механически ни с чем кроме себя не совместим.

Типы PCI-карт расширения:

Сводная таблица конструктивов карт и слотов в зависимости от версии стандарта:

Cводная таблица совместимости карт и слотов в зависимости от версии и конструктива:

	Карты
Слоты	PCI 2.0/2.1 5B	PCI 2.1 универсальный	PCI 2.2/2.3 универсальный	PCI64/5B (33МГц)	PCI64/универсальный	PCI64/3.3B	PCI-X/3.3B	PCI-X универсальный
PCI 2.0	Совместимы	Совместимы	Несовместимы		Ограниченно совместимы с потерей производительности	Несовместимы
PCI 2.1	Совместимы	Совместимы	Ограниченно совместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности	Ограниченно совместимы с потерей производительности	Несовместимы
PCI 2.2	Совместимы			Ограниченно совместимы с потерей производительности	Ограниченно совместимы с потерей производительности	Несовместимы	Несовместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности
PCI 2.3	Несовместимы	Ограниченно совместимы	Совместимы	Несовместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности	Несовместимы	Несовместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности
PCIБ 64/5B(33МГц)	Совместимы	Совместимы	Ограниченно совместимы	Совместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности	Несовместимы	Несовместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности
PCI64/3.3B	Несовместимы	Ограниченно совместимы	Совместимы	Несовместимы	Совместимы	Совместимы	Ограниченно совместимы с потерей производительности	Ограниченно совместимы с потерей производительности
PCI-X	Несовместимы	Ограниченно совместимы	Совместимы	Несовместимы	Совместимы

WiFi модули и другие подобные устройства. Разработку данной шины начала компания Intel в 2002 году. Сейчас разработку новых версий данной шины занимается некоммерческая организация PCI Special Interest Group.

На данный момент шина PCI Express полностью заменила такие устаревшие шины как AGP, PCI и PCI-X. Шина PCI Express размещается в нижней части материнской платы в горизонтальном положении.

PCI Express это шина, которая была разработана на основе шины PCI. Основные отличия между PCI Express и PCI лежат на физическом уровне. В то время как PCI использует общую шину, в PCI Express используется топология типа звезда. Каждое устройство подключается к общему коммутатору отдельным соединением.

Программная модель PCI Express во многом повторяет модель PCI. Поэтому большинство существующих PCI контроллеров могут быть легко доработаны для использования шины PCI Express.

Слоты PCI Express и PCI на материнской плате

Кроме этого, шина PCI Express поддерживает такие новые возможности как:

• Горячее подключение устройств;
• Гарантированная скорость обмена данными;
• Управление потреблением энергии;
• Контроль целостности передаваемой информации;

Как работает шина PCI Express

Для подключения устройств шина PCI Express использует двунаправленное последовательное соединение. При этом такое соединение может иметь одну (x1) или несколько (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) отдельных линий. Чем больше таких линий используется, тем большую скорость передачи данных может обеспечить шина PCI Express. В зависимости от количества поддерживаемых линий размер сорта на материнской плате будет отличаться. Существуют слоты с одной (x1), четырьмя (x4) и шестнадцатью (x16) линиями.

Наглядная демонстрация размеров слота PCI Express

При этом любое PCI Express устройство может работать в любом слоте, если слот имеет такое же или большее количество линий. Это позволяет установить PCI Express карту с разъемом x1 в слот x16 на материнской плате.

Пропускная способность PCI Express зависит от количества линий и версии шины.

В одну/обе стороны в Гбит/с
	Количество линий
PCIe 1.0	2/4	4/8	8/16	16/32	24/48	32/64	64/128
PCIe 2.0	4/8	8/16	16/32	32/64	48/96	64/128	128/256
PCIe 3.0	8/16	16/32	32/64	64/128	96/192	128/256	256/512
PCIe 4.0	16/32	32/64	64/128	128/256	192/384	256/512	512/1024

Примеры PCI Express устройств

В первую очередь PCI Express используется для подключения дискретных видеокарт. С момента появления данной шины абсолютно все видеокарты используют именно ее.

Видеокарта GIGABYTE GeForce GTX 770

Однако это далеко не все что умеет шина PCI Express. Ее используют производители других комплектующих.

Звуковая карта SUS Xonar DX

SSD накопитель OCZ Z-Drive R4 Enterprise