آشنایی با انواع PCI Express - آموزش فناوری اخبار تکنولوژی

امروزه اسلات PCIe به شکل‌های مختلف روی مادربوردها دیده می‌شود و بسیار پرکاربرد است. اسلات‌های PCIe و کارت‌های جانبی می‌بایست به درستی انتخاب و نصب شوند. در بخش اول منتشر شد، به مقایسه PCIe با PCI و AGP پرداختیم. بخش دوم به بررسی دقیق پی‌سی‌آی اکسپرس اختصاص دار.

شکل و شمایل اسلات‌های PCI Express

در تصویر زیر، مشاهده می‌کنید که PCIe با کانکتور یک مسیره یعنی حالت x1، اسلاتی کوچک‌تر از PCI و AGP نیاز دارد. ولیکن همین اسلات کوچک برای اتصال کارت‌های جانبی که پهنای‌باند بالایی نیاز دارند، کافی است. مثلاً کارت شبکه‌ی زیر، سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه‌ای خود را تنها از طریق یک اسلات x1 تأمین می‌کند.

به مادربورد زیر توجه کنید و ابعاد اسلات‌های PCI، AGP، PCI Express x1 را مقایسه کنید تا تصویر روشن‌تری از طراحی بهینه‌ی آن در ذهن شما شکل بگیرد:

اسلات‌هایی با مسیرهای بیشتر، بزرگ‌تر هستند. ابعاد را در تصویر زیر مقایسه کنید:

توان مصرفی کارت گرافیک و سایر کارت‌های جانبی

اسلات‌ها و کانکتورهای پی‌سی‌آی اکسپرس شامل تعداد زیادی پین هستند که علاوه بر انتقال داده، مقدار زیادی توان مصرفی به کارت جانبی تحویل می‌دهد. توجه کنید که منظور از کانکتور، بخشی از کارت پی‌سی‌آی اکسپرس است که با پین‌های مسی در اسلات روی مادربورد، فرو می‌رود و ارتباطی محکم برقرار می‌کند.

کارت‌های طراحی شده برای کوچک‌ترین اسلات یعنی x1 در ابتدا کمتر از 10 وات انرژی مصرف می‌کردند. در ادامه کارت‌های x1 با طراحی بزرگ‌تر و به اصطلاح Full Height خود به توان مصرفی بیشتری در حد 25 وات نیاز پیدا کردند.

کارت‌های 4 یا 8 مسیره، همگی به 25 وات محدود می‌شوند. کارت‌های x16 مثل کارت گرافیک‌های غول‌آسای امروزی، نهایتاً 75 وات از توان مصرفی مورد نیاز خود را از اسلات x16 دریافت می‌کنند. به همین علت است که کارت گرافیک‌های بدون کابل اضافه به مراتب ضعیف‌تر از کارت گرافیک‌های رده اول هستند. در بررسی معماری مکسول انویدیا و دو برادر GT 750 و GT 750 Ti هم به این موضوع اشاره کردیم که این دو محصول، فعلاً بهترین کارت گرافیک‌هایی هستند که به کابل برق اضافی نیاز ندارند.

اگر توان مصرفی بیش از ظرفیت اسلات پی‌سی‌آی اکسپرس باشد، از کابل برق 6 یا 8 پین استفاده می‌شود. کابل 6 پین حداکثر 75 وات و کابل 8 پین هم حداکثر 150 وات توان الکتریکی در اختیار کارت گرافیک قرار می‌دهد و ممکن است کارت گرافیک‌های چند هسته‌ای، دارای چند کابل 6 یا 8 پین باشند تا انرژی مورد نیاز خود را به طور کامل تأمین کنند.

مثلاً کارت گرافیک دو هسته‌ای R9 295×2 با دو کابل 8 پین و استفاد از اسلات پی‌سی‌آی اکسپرس 3.0، می‌تواند 375 وات توان مصرفی دریافت کند که البته در حالت بی‌کار، انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند و در بار پردازشی کامل هم ممکن است به رکورد 375 وات مصرف نرسد.

PCI Express 4.0 از نظر توان الکتریکی قدرتمندتر است و حداکثر توان 150 واتی در اختیار کارت‌های x16 قرار می‌دهد.

کدام کارت‌ها در کدام اسلات‌ها قابل استفاده هستند؟

سازگاری از نظر نسخه، Gen 3.0، Gen 2.0 و Gen 1.0

خوشبختانه PCI Express مثل PCI از نظر سازگاری نسخه‌های مختلف و اسلات‌های مختلف، پیچیدگی چندانی ندارد. کارت‌های قدیمی را می‌توان در اسلات‌های جدید قرار داد و مشکلی پیش نمی‌آید. اصطلاحاً گفته می‌شود که مثلاً نسخه‌ی دوم Forward Compatible است به این معنی که نسخه‌ی دوم با اسلات بعدی یعنی نسخه‌ی سوم سازگاری کامل دارد.

اما از نظر Backward Compatible بودن موضوع کمی متفاوت است. طبق استانداردهای تصویب شده، نسخه‌ی 3.0 و 2.1 از نظر توان مصرفی و محدودیت‌های حرارتی مثل هم هستند. اما نسخه‌ی 2.0، 1.1 و 1.0a کمی ضعیف‌تر هستند. بنابراین با اینکه در استانداردسازی اسلات‌ها و کارت‌های جانبی و مخصوصاً کارت گرافیک‌ها که توان مصرفی بالاتری نسبت به سایر کارت‌ها دارند، سعی شده تمام کارت‌ها با تمام اسلات‌ها سازگار باشند، در عمل به مشکلاتی برمی‌خوریم.

اگر کارت گرافیک کم‌مصرفی انتخاب شود، معمولاً بدون هیچ مشکلی روی پی‌سی‌آی اکسپرس قدیمی نصب می‌شود.در مقابل کارت گرافیک پرمصرفی که برای PCI-Express 3.0 طراحی شده و تمام انرژی لازم را از آن دریافت می‌کند، ممکن است روی بیشتر مادربوردهای تولید شده تا قبل از سال 2010، با مشکل مواجه شود و به درستی کار نکند. بعد از سال 2010، نسخه‌ی 2.0 با بروزرسانی مشخصه‌های توان و حرارت، به نسخه‌ی 2.1 ارتقاء یافت و از آن پس کارت‌ها و اسلات‌های جدید، هیچ مشکل سازگاری نداشته‌اند.

بنابراین پاسخ این سؤال ساده که آیا کارت گرافیک‌های PCI Express 3.0 روی اسلات‌های PCIe 1.1 و حتی PCIe 2.0 قابل نصب و استفاده هستند یا نه، هم مثبت است و هم منفی. همه چیز به کارت گرافیک و میزان مصرف انرژی آن بستگی دارد.

شاید با رونمایی از مادربوردهای مجهز به PCI-Express 4.0 و کارت گرافیک‌های جدیدی که 150 وات انرژی لازم را از اسلات مذکور دریافت می‌کنند، بار دیگر مشکلاتی را شاهد باشیم.

بنابراین بهترین کار این است که اگر مادربورد شما قدیمی است، ابتدا مشخصات آن را بررسی کنید و ببینید با بروزرسانی بایوس و دیگر توصیه‌های سازنده، امکان استفاده از یک کارت گرافیک رده اول و پرمصرف روی آن وجود دارد یا نه.

سازگاری از نظر تعداد مسیر

با توضیحاتی که قبلاً در این رابطه داده شد، کارتی که تعداد مسیر کمتری دارد در اسلات بزرگ‌تر قابل استفاده است. مثلاً کارت x1 با اینکه پهنای اسلات PCIe x16 را نمی‌پوشاند، اما با توجه به توضیحاتی که در مورد طرز کار مسیرها دادیم، بدون هیچ مشکلی کار خواهد کرد. بنابراین قاعده‌ی سرانگشتی این می‌شود که فقط کافی است کارت جانبی در اسلات‌های روی مادربورد جا شود تا به درستی کار کند.

در تصویر زیر مشاهده می‌کنید که کارت صدای Asus Xonar که واسط یک مسیره دارد، در اسلات x16 مادربورد قرار داده شده است. به محض روشن‌شدن کامپیوتر، کانکتور کارت صدا و باس پی‌سی‌آی در مورد اینکه چند مسیر ارتباطی قابل استفاده است تصمیم می‌گیرند. قطعاً 16 مسیر ارتباطی وجود نخواهد داشت! تنها یک مسیر از اسلات 16 مسیره‌ی مادربورد فعال می‌شود.

آداپتورها (تبدیل‌ها)

اگر مادربورد شما اسلات‌های x16 کمی دارد ولی در مقابل، کارت‌های مختلفی دارید که باید در اسلات x16 قرار بگیرند، می‌توانید از تبدیل‌ها استفاده کنید. البته توجه کنید که تبدیلی که اسلات x1 را به x16 تبدیل کند، با همان یک مسیر خود به تأمین پهنای باند مورد نیاز می‌پردازد و لذا عملکرد کارت PCI Express x16 شما ممکن است در اثر کم بودن پهنای باند محدود شود.

نمونه‌های از تبدیل‌های مختلف را با هم ببینیم. تبدیل x1 به x16:

و مدل دیگری که با کابل میانی، قرار دادن کارت در حالات دلخواه را امکان‌پذیر می‌کند:

هر دو تبدیل فوق، تنها یک مسیر ارتباطی را در اختیار کارت متصل شده قرار می‌دهند و همان‌طور که اشاره کردیم، ممکن است کارت گرافیکی که پهنای باند مورد نیاز خود را با حداقل 4 مسیر تأمین می‌کند، بخشی از عملکرد واقعی خود را از دست بدهد.

ممکن است برای فاصله گرفتن کارت گرافیک‌های قدرتمندی که گرمای زیادی تولید می‌کنند و عمر قطعات مادربورد را کاهش می‌دهند، از همین نوع تبدیل‌ها استفاده شود که به آنها Riser یا بالابرنده گفته می‌شود:

انواع تبدیل برای حل مشکل فضای کم، گرمای زیاد، فقدان اسلات مناسب و افزایش تعداد اسلات‌های پی‌سی‌آی اکسپرس معرفی شده که در صورت لزوم می‌توان از آنها استفاده کرد.

توجه کنید این کار خطرناک است و به تجربه نیاز دارد. بهتر است با یک تبدیل مشکل را حل کنید و کارت گرافیک یا کارت‌های جانبی دیگر را به خطر نیاندازید. استفاده از تبدیل به سادگی تصویر زیر است:

روش بیان سرعت PCIe

در PCIe، سرعت‌ها بر حسب تعداد تراکنش‌های صورت گرفته در یک ثانیه بیان می‌شود. مثلاً نسخه‌ی اول 2.5 میلیارد عمل نقل و انتقال داده را در یک ثانیه انجام می‌دهد. نوع انکدینگ مشخص می‌کند که سرعت بر حسب بایت بر ثانیه چقدر است. در نسخه‌ی اول نوع انکدینگ 8 بیت به 10 بیت بوده به این معنی که دیتای 8 بیتی، با انتقال 10 بیت داده منتقل می‌شود. 8 بیت یا یک بایت داده‌ی واقعی با اضافه‌شدن دو بیت اضافی منتقل می‌شود و دریافت‌کننده هم دو بیت اضافی را جدا می‌کند و همان 8 بیت اصلی را استفاده می‌کند. این به معنی 20 درصد اتلاف پهنای باند است؛ اما برای حفظ کیفیت و صحت انتقال اطلاعات، استفاده از چنین مدولاسیونی طبیعی و ضروری است. خصوصاً که فرکانس نقل و انتقال بسیار بالاست.

بنابراین در نسخه‌ی اول در یک ثانیه 2.5 میلیارد تراکنش برای نقل و انتقال 2 گیگابیت یا به عبارتی 250 مگابایت داده صورت می‌گیرد. در نسخه‌ی دوم سرعت تراکنش‌ها دو برابر شده و محدودیت سرعت به 500 مگابایت در ثانیه رسید. نسخه‌ی سوم و چهارم از انکدینگ 128 بیت به 130 بیت استفاده می‌کنند و لذا در نسخه‌ی سوم با وجود اینکه تعداد تراکنش‌ها 60 درصد افزایش یافته، پهنای باند یک مسیر 97 درصد بیشتر شده و به 985 مگابایت در ثانیه رسیده است.

توجه داشته باشید که ارتباط به صورت فول-داپلکس (Full-Duplex) است و می‌توان در جهت رفت و برگشت، انتقال هم‌زمان را تجربه کرد.

در جدول زیر پهنای باند نسخه‌های مختلف را بررسی کنید:

ارقام مطرح شده برای یک مسیر است، اگر از چند مسیر استفاده کنیم، مثلاً در مورد کارت گرافیک‌های رده اول که سرعت بسیار بالایی نیاز دارند و معمولاً روی اسلات x16 مادربورد قرار داده می‌شوند، پهنای باند 16 برابر می‌شود.