Почему PCI Express 2.0 имеет значение?

В 2010 году пропускная способность накопителей и периферии должна увеличиться. Скорость 6 Гбит/с у интерфейса SATA обещает более быстрое подключение для новейших твёрдотельных накопителей и жёстких дисков, а вне пределов корпуса ПК мы должны получить всё больше периферии USB 3.0, которая позволит передавать данные на накопители с их максимальной скоростью. Существующие "узкие места" останутся в прошлом – но только теории, поскольку могут проявить себя недостатки некоторых дизайнов.

Нажмите на картинку для увеличения.

Устройства USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с

Конечные устройства и контроллеры USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с доступны уже несколько месяцев, причём сегодня они уже выходят на массовый рынок. NEC первой выпустила полноценный контроллер USB 3.0 (µPD720200). Совместимость с USB 2.0 воспринимается пользователями как само самой разумеющаяся, и мы не встречали "железа" USB 3.0, которое не было бы обратно совместимо с USB 2.0. У GDA есть свои дизайны, VIA уже предлагает контроллеры-концентраторы USB 3.0, да и в ближайшее время появится всё больше дизайнов. В случае SATA 6 Гбит/с ситуация схожая. Контроллер Marvell 88SE9123 сегодня уже стал доминирующим, и вся индустрия накопителей занята переходом с 3 на 6 Гбит/с в 2010 году. Впрочем, не все системы способны поддержать достаточную пропускную способность.

Проблемы пропускной способности PCI Express

И проблема сегодня состоит не в доступности продуктов, а в подключении и пропускной способности. Пока контроллеры USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с не интегрированы в чипсеты для массового рынка, они остаются дополнительными устройствами, требующими для своего подключения соответствующий интерфейс. Как правило, этим интерфейсом является PCI Express, который существует в двух разных версиях скорости: PCI Express 2.0 обеспечивает пропускную способность 500 Мбайт/с на линию, а PCI Express 1.x ограничен 250 Мбайт/с. Вполне очевидно, что одна линия PCIe 1.x не может выдержать пиковую пропускную способность 600 Мбайт/с у SATA 6 Гбит/с или 5 Гбит/с у USB 3.0. Пропускная способность 500 Мбайт/с у линии PCIe 2.0 может считаться достаточной.

Подключение PCI Express 2.0 существующих чипсетов использовалось, главным образом, для интерфейсов из 16 линий PCI Express, которые дают видеокартам достаточную пропускную способность. Почти все чипсеты для массового рынка предоставляют 16 линий PCI Express 2.0 для видеокарт; чипсеты для энтузиастов обычно дают в два раза больше линий. К сожалению, все другие линии PCI Express работают с половинной скоростью – но мы обнаружили интересное отличие между чипсетами AMD и Intel, о котором стоит поговорить.

AMD против Intel?

По каким-то причинам все чипсеты Intel, доступные сегодня, поддерживают PCI Express 2.0 только на основном интерфейсе, который используется для графики. Это касается чипсетов линеек 4 и 5, с южными мостами ICH10 и выше. Все вторичные интерфейсы PCI Express, доступные для дополнительных компонентов, ограничены скоростями PCI Express 1.1. Это касается всех чипсетов Intel PCI Express, начиная с линейки 900. AMD, с другой стороны, решила обновить до последней версии PCI Express все линии чипсетов 700 и 800. То есть текущие предложения AMD для массового рынка и энтузиастов не имеют "узкого места" по пропускной способности для высокоскоростных дополнительных устройств.

Мы взяли три материнские платы на P55 от Gigabyte и MSI, все из которых оснащены разными решениями для поддержки USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с. Мы проанализировали производительность SATA 6 Гбит/с на новом SSD Crucial RealSSD C300 и жёстком диске Seagate Barracuda XT с интерфейсом SATA 6 Гбит/с и обнаружили, что не все решения предоставляют достаточную пропускную способность.

"Узкие места" для USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с

Как мы уже упомянули, все чипсеты AMD 700 и 800 полностью поддерживают PCI Express 2.0, а поддержка Intel PCIe 2.0 ограничена основными линиями, которые подводятся к графическому решению. Поэтому вряд ли мы столкнёмся с "узкими местами" по пропускной способности на платформах AMD. Что же касается Intel, то следует обратить внимание на несколько опций. Хотелось бы подчеркнуть тот факт, что контроллеры, доступные на рынке, обычно используют только одну линию PCI Express для максимального упрощения. "Узкое место" по производительности, конечно, можно было бы устранить, если бы контроллеры подключались к системе по двум или четырём линиям, но на большинстве материнских плат для массового рынка вы вряд ли обнаружите другие слоты PCIe, помимо x1 или x16.

Первое решение заключается в простом использовании существующих линий PCIe 1.1 для подключения контроллеров USB 3.0 или SATA 6 Гбит/с. Это даст максимальную пропускную способность 250 Мбайт/с. Конечно, такой подход следует избегать, поскольку контроллер SATA 6 Гбит/с получит пропускную способность меньше интерфейса SATA 3 Гбит/с, да и USB 3.0 тоже будет ограничиваться по пропускной способности. Для отдельных жёстких дисков, подключённых через USB 3.0, это не имеет особого значения, но если вы планируете одновременно подключить два накопителя параллельно, или когда SSD превзойдут пропускную способность 300 Мбайт/с, то подобное "узкое место" будет раздражать. Примером хорошей реализации можно считать установку Asus чипа PLX 8613 на материнской плате P7P55D Premium, который объединяет пропускную способность нескольких линий PCIe 1.1 для предоставления интерфейса PCIe 2.0. С точки зрения задержек такой вариант не идеален, но он всё равно лучше, чем подключение через одну линию PCIe 1.x. К сожалению, у нас не было на руках этой материнской платы.

Второй подход для преодоления ограничений пропускной способности для высокоскоростных компонентов, таких как контроллеры USB 3.0 или SATA 6 Гбит/с, заключается в их подключении к основным линиям PCI Express, которые соответствуют стандарту PCIe 2.0, поэтому и предоставляют достаточную пропускную способность. В результате существующие 16 линий должны быть разделены между видеокартой и высокоскоростными контроллерами. Такое решение реализовано на материнской плате Gigabyte P55A-UD6. Но когда вы установите две видеокарты и запустите их в конфигурации Crossfire, то контроллеры USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с будут подключаться уже через чип PLX с обычными линиями PCIe 1.1 к южному мосту. Таким образом, пользователи могут сами выбирать, стоит ли обеспечивать полноценное подключение PCIe 2.0 для графики (будь то одна видеокарта или конфигурация Crossfire) или выделять линии PCIe 2.0 для подключения контроллеров USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с.

Наконец, существует ещё один способ предоставления пропускной способности более гибким образом. Такое решение сделано на материнской плате Gigabyte P55A-UD7. Хотя UD6 уже бьёт все рекорды по функциям, UD7 идёт на шаг дальше и добавляет чип nForce 200, который предоставляет больше возможностей подключения PCI Express и добавляет более эффективную поддержку SLI к платформе Intel P55. Чтобы всё работало правильно, требуется коммутатор; на этот раз им стал чип PLX 8608.

Нажмите на картинку для увеличения.

MSI и Gigabyte используют коммутатор PLX 8608 PCI Express, чтобы динамически распределять пропускную способность доступных линий 16 PCI Express 2.0 между слотами x16 и высокопроизводительными контроллерами, такими как USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с.