Что такое PCI-Express линия?

Я читаю статью, в которой жалуются, что i7-5820K будет иметь только 28 линий PCI-Express по сравнению с процессорами-собратьями, имеющими 40 линий.

Разве 28 линий уже не слишком много? Сколько линий на самом деле требуется обычному домашнему ПК и для каких целей?

Я не знаю, как следующее будет связано с PCIe, но это вообще собственно 28?

2 жестких диска, 1 SSD, 1 CD-DVD-BR, кардридер, принтер, Wi-Fi или LAN, но редко оба сразу, джойстик, клавиатура, мышь, графика.

Какие еще устройства могут требовать прямого доступа к PCIe для домашнего или офисного ПК? Или даже для сервера.

Многие устройства используют больше одной линии.

Например, игровые видеокарты используют 16 линий. Некоторые мощные игровые ПК имеют две видеокарты — это 32 линии PCIe (две x16 порта).

Intel i7-5820K не может поддерживать две x16 видеокарты. Для некоторых игровых энтузиастов или инженеров это может стать серьезной проблемой. Им, возможно, придется выбрать другой процессор (возможно, какой-нибудь Xeon), если им нужно больше 4 ядер и две x16 видеокарты.

SSD-диски PCIe также используют несколько линий PCIe (x4 или x8).

Многие гигабитные сетевые адаптеры используют PCIe x4, также есть 10-гигабитные серверные адаптеры, которые используют PCIe x8.

28 линий — это не так много. Если производитель материнских плат установит один x16 слот, один x8 слот и один x4 слот (всего x28) — вы сможете использовать только 3 устройства, и… на этом все.

Вот изображение из статьи Wikipedia о PCIe. Я добавил информацию о линиях на этих слотах PCIe.

Вы можете прочитать больше в другом ответе, написанном reirab.

Линия PCIe состоит из 2 дифференциальных пар сигналов. Одна дифференциальная пара используется для передачи, а другая — для получения, что позволяет осуществлять одновременную двустороннюю связь. Каждая линия является точка-точка. То есть, каждая линия напрямую соединяет один хост с одним устройством. Однако можно использовать коммутаторы PCIe, когда линия хоста должна быть разделена между несколькими устройствами. Согласно Wikipedia, пропускная способность одной линии PCIe (в каждом направлении) следующая:

• PCIe 1.x: 250 МБ/с
• PCIe 2.x: 500 МБ/с
• PCIe 3.0: 985 МБ/с
• PCIe 4.0: 1969 МБ/с
• PCIe 5.0: 3.9 ГБ/с

Как сказал Камиль, большинство устройств PCIe используют несколько линий. Некоторые устройства, такие как сетевые адаптеры, звуковые карты и другие устройства с относительно низкой пропускной способностью, используют всего 1 линию. SSD, RAID-контроллеры и другие устройства со средней пропускной способностью обычно используют 4 или 8 линий. Видеокарты и другие устройства с высокой пропускной способностью (например, FPGA) обычно используют 16 линий. При загрузке системы хост и устройство будут договариваться о количестве линий, которые будут использоваться для конкретного соединения. Обычно будет согласовано наименьшее из двух — количество линий, на которое карта подключена, и количество линий, на которое подключен слот (т.е. максимально возможное физически), хотя количество может быть меньше в случаях, когда установлено так много устройств PCIe, что у хоста не хватает линий, чтобы предоставить каждому из них максимальное количество. Физические слоты сконструированы так, что устройства с соединителями для меньшего количества физических линий могут нормально устанавливать и функционировать в больших слотах (например, карта PCIe x4 подойдет в слот PCIe x16 и будет согласована на работу с 4 линиями).

Также некоторые чипсеты используют часть линий PCIe для подключения южного моста. Так работал чипсет Intel x58 (чипсет для процессоров Bloomfield, высококлассные первый поколений процессоров Core i7). Он использовал 4 линии для подключения южного моста, оставив 36 линий для всего остального. Обычно это делилось на 2 канала по 16 линий для видеокарт и 4 линии для любых других устройств. Материнские платы, поддерживающие 3 или 4 видеокарты, должны будут снизить некоторые или все видеокарты до 8 линий, когда устанавливаются 3 или 4 видеокарты.

Наличие 2 видеокарт очень распространено в игровых системах, а многие игровые системы действительно имеют 3 или 4 видеокарты. Даже в конфигурации с 2 картами как минимум одна карта должна будет переключиться в режим x8 в системе, где доступно только 28 линий. Кроме того, системы, использующие видеокарты в качестве вычислительных ускорителей, часто имеют 2-4 видеокарты. В таких ситуациях наличие всего лишь 28 линий является проблемой, поскольку это сильно ограничивает количество доступной пропускной способности между хостом и устройством (и от устройства к хосту) для каждой карты. CUDA в частности набирает популярность за последние несколько лет, особенно в сообществе высокопроизводительных вычислений. Шина PCIe может легко стать узким местом в приложениях GPGPU (общие вычисления на графических процессорах), поэтому наличие как можно большего количества линий на карту крайне желательно в системах GPGPU.

Линия PCIe — это пара высокоскоростных дифференциальных последовательных соединений, по одному в каждом направлении. Связь между устройствами может состоять и обычно состоит из нескольких линий для более высоких скоростей передачи данных. Скорость передачи данных отдельных линий также варьируется в зависимости от поколения: грубо говоря, одна линия Gen x обеспечивает примерно ту же скорость передачи данных, что и две линии Gen x-1.

В современных системах Intel некоторые линии PCIe предоставляются непосредственно ЦП, в то время как другие предоставляются PCH в чипсете. Связь от ЦП к чипсету аналогична PCIe, но есть различия в деталях.

Производители материнских плат должны решить, как распределить линии, предоставленные ЦП и PCH, между встроенными устройствами и слотами. Они могут и часто используют переключатели сигналов, чтобы дать пользователю некоторые варианты, но есть предел тому, насколько такую переключение сигналов можно реализовать экономически.

Основные настольные платформы Intel в настоящее время имеют 16 линий от ЦП и до 24 (в зависимости от выбранного чипсета) от чипсета. Однако линии от чипсета ограничены общей пропускной способностью, доступной от ЦП к чипсету (примерно эквивалентно PCIe 3.0 x4, если мне не изменяет память).

16 линий от ЦП и 24 от чипсета более чем достаточно для обычного настольного компьютера или небольшого сервера; вы можете установить свою видеокарту на 16 линий от ЦП, а затем линии от чипсета вместе с интегрированными контроллерами в чипсете обычно достаточно для хранения, сети и т. д. Даже с двумя графическими процессорами 8 линий на GPU обычно более чем достаточно.

Тем не менее, при сборке высококачественной системы с 3 и более графическими процессорами (или, возможно, двумя высокопроизводительными графическими процессорами) требуется больше линий. Если вы хотите предоставить каждому устройству его максимальную возможную производительность, вам нужно 16 линий на графический процессор.

Таким образом, для тех, кто нуждается в высоком классе, Intel имеет сокет для настольных систем высокого класса, в настоящее время LGA2066. Этот сокет также охватывает системы рабочей станции/сервера с одним сокетом, хотя, по официальным данным, вы не можете использовать процессоры рабочих станций/серверов в большинстве настольных плат.

К сожалению, хотя в предыдущих поколениях настольных систем высокого класса количество линий PCIe и каналов памяти было фиксированным, в LGA2066 это число варьируется в зависимости от выбранного вами процессора. Настольный процессор LGA2066 может иметь 16, 28 или 44 линии PCIe.

Это ставит производителей материнских плат в сложное положение, им необходимо решить, как предоставить настоящим высококлассным клиентам полную функциональность их ЦП, одновременно решая, что отключить или ограничить для владельцев более низкоклассных ЦП. Сборщики систем в свою очередь должны внимательно читать руководства к материнским платам, чтобы выяснить, какие ограничения действуют перед покупкой.

Скачивание руководства для одной из более дешевых плат X299 https://dlcdnets.asus.com/pub/ASUS/mb/LGA2066/TUF_X299_MARK2/E12906_TUF_X299_MARK2_UM_WEB.pdf показывает, что основное ограничение связано с x16 слотами. На 44-канальном ЦП все три слота могут использоваться, в том числе два работают в режиме x16 и один в режиме x8. С другой стороны, на 28-канальном ЦП доступен один x16, один x8 и один недоступен, а на 16-канальном ЦП есть только один x16 или два x8.

Скачивание руководства для высококлассной платы X299 https://dlcdnets.asus.com/pub/ASUS/mb/LGA2066/ROG_RAMPAGE_VI_EXTREME_OMEGA/E15119_ROG_RAMPAGE_VI_EXTREME_OMEGA_UM_V2_WEB.pdf, похоже, они решили вообще не поддерживать 16-канальные версии. Эта плата позволяет использовать три GPU на 28-канальном ЦП, но второй слот m.2 и соединитель u.2 доступны только с 44-канальными ЦП.