¿Qué es el controlador pci express? ¿Qué es PCI Express?

Si pregunta qué interfaz debe usarse para una unidad de estado sólido con soporte para el protocolo NVMe, entonces cualquiera (que generalmente sepa qué es NVMe) responderá: ¡por supuesto PCIe 3.0 x4! Es cierto que lo más probable es que tenga dificultades con la justificación. En el mejor de los casos, obtenemos la respuesta de que dichas unidades son compatibles con PCIe 3.0 x4 y rendimiento la interfaz importa. Tiene algo, pero toda la charla al respecto comenzó solo cuando algunas unidades se volvieron apretadas para algunas operaciones dentro del marco de SATA "normal". Pero entre su interfaz de 600 MB / sy (igual de teórica) 4 GB / s PCIe 3.0 x4, simplemente hay un abismo, ¡y está lleno de toneladas de opciones! ¿Qué pasa si un carril PCIe 3.0 es suficiente, ya que ya es una vez y media más que SATA600? Los fabricantes de controladores que amenazan con cambiar a PCIe 3.0 x2 en productos económicos, así como el hecho de que muchos usuarios no tienen tal o cual cosa, añaden más leña al fuego. Más precisamente, teóricamente lo hay, pero puede liberarlos solo reconfigurando el sistema o incluso cambiando algo en él, lo que no desea hacer. Pero compra un top-end unidad de estado sólido- Quiero, pero se teme que no haya ningún beneficio en absoluto (incluso satisfacción moral de los resultados de las utilidades de prueba).

Pero, ¿es cierto o no? En otras palabras, ¿es realmente necesario centrarse exclusivamente en el modo de funcionamiento admitido, o todavía es posible en la práctica? principios de sacrificio? Esto es lo que decidimos comprobar hoy. Dejemos que la verificación sea rápida y no pretenda ser exhaustiva, pero la información recibida debería ser suficiente (como nos parece) al menos para pensar ... Pero por ahora, familiaricémonos brevemente con la teoría.

PCI Express: estándares existentes y su ancho de banda

Comencemos con lo que es PCIe y qué tan rápido funciona. A menudo se le llama "bus", lo cual es algo incorrecto ideológicamente: como tal, no hay un bus al que estén conectados todos los dispositivos. De hecho, hay un conjunto de conexiones punto a punto (similar a muchas otras interfaces seriales) con un controlador en el medio y dispositivos conectados (cada uno de los cuales podría ser un concentrador de siguiente nivel).

La primera versión de PCI Express apareció hace casi 15 años. La orientación para su uso dentro de una computadora (a menudo dentro de la misma placa) hizo posible realizar transacciones estándar de alta velocidad: 2,5 giga por segundo. Debido a que la interfaz es serial y dúplex, un solo carril PCIe (x1; en realidad, una unidad atómica) puede transferir datos a velocidades de hasta 5 Gbps. Sin embargo, en cada dirección, solo la mitad de esto, es decir, 2.5 Gbit / s, y esta es la velocidad de interfaz completa, no es "útil": para mejorar la confiabilidad, cada byte se codifica con 10 bits, por lo que el rendimiento teórico de uno La línea PCIe 1.x es de aproximadamente 250 MB / s en cada sentido. En la práctica, todavía necesita transferir información de servicio y, como resultado, es más correcto hablar de ≈200 MB / s de transferencia de datos de usuario. Que, sin embargo, en ese momento no solo cubría las necesidades de la mayoría de los dispositivos, sino que también proporcionaba un suministro sólido: solo recuerde que el predecesor de PCIe en el segmento de mercado masivo interfaces del sistema, a saber, el bus PCI, proporcionó un ancho de banda de 133 MB / s. E incluso si consideramos no solo la implementación masiva, sino también todas las variantes de PCI, el máximo fue de 533 MB / s, y para todo el bus, es decir, dicho PS se dividió en todos los dispositivos conectados a él. Aquí, 250 MB / s (ya que para PCI, generalmente se da el ancho de banda completo y no útil) por línea es de uso exclusivo. Y para los dispositivos que necesitan más, inicialmente era posible agregar varias líneas en una sola interfaz, en potencias de dos: de 2 a 32, es decir, la opción x32 proporcionada por el estándar podía transferir hasta 8 GB / s en cada dirección. En las computadoras personales, x32 no se usó debido a la complejidad de crear y reproducir los controladores y dispositivos correspondientes, por lo que la opción de 16 líneas se convirtió en la máxima. Se utilizó (y se sigue utilizando) principalmente por tarjetas de video, ya que la mayoría de los dispositivos no necesitan tanto. En general, un número considerable de ellos y una línea es suficiente, pero algunos usan x4 y x8 con éxito: solo en el tema del almacenamiento: controladores RAID o SSD.

El tiempo no se detuvo y hace unos 10 años apareció la segunda versión de PCIe. Las mejoras se refirieron no solo a las velocidades, sino que también en este sentido se dio un paso adelante: la interfaz comenzó a proporcionar 5 gigatransacciones por segundo manteniendo el mismo esquema de codificación, es decir, el rendimiento se ha duplicado. Y una vez más se duplicó en 2010: PCIe 3.0 proporciona 8 (no 10) transacciones de giga por segundo, pero la redundancia ha disminuido; ahora se usan 130 bits para codificar 128 bits, no 160, como antes. En principio, la versión PCIe 4.0 con la próxima duplicación de velocidades ya está lista para aparecer en papel, pero en un futuro próximo difícilmente la veremos en hardware en grandes cantidades. De hecho, PCIe 3.0 todavía se usa junto con PCIe 2.0 en muchas plataformas, porque el rendimiento de este último simplemente ... no es necesario para muchas aplicaciones. Y donde sea necesario, el buen método antiguo de agregación de líneas funciona. Solo que cada uno de ellos se ha vuelto cuatro veces más rápido en los últimos años, es decir, PCIe 3.0 x4 es PCIe 1.0 x16, la ranura más rápida en computadoras a mediados de la década de 2000. Esta opción es compatible con los controladores SSD de gama alta y se recomienda su uso. Está claro que si existe tal oportunidad, no es suficiente. ¿Y si no está ahí? ¿Habrá algún problema y, de ser así, cuáles son? Es con esta pregunta que tenemos que resolverlo.

Metodología de prueba

Ejecutar pruebas con diferentes versiones El estándar PCIe no es difícil: casi todos los controladores permiten usar no solo los admitidos por ellos, sino también todos los anteriores. Es más difícil con la cantidad de carriles: queríamos probar directamente las variantes con uno o dos carriles PCIe. La placa que usamos habitualmente es la Asus H97-Pro Gamer en Conjunto de chips Intel El H97 no admite el conjunto completo, pero además de la ranura x16 del "procesador" (que se suele utilizar), tiene otra que funciona en los modos PCIe 2.0 x2 o x4. Aprovechamos estos tres, agregando el modo PCIe 2.0 de la ranura del "procesador", para evaluar si hay alguna diferencia. Aún así, en este caso, no hay "intermediarios" de terceros entre el procesador y el SSD, pero cuando se trabaja con una ranura de "chipset", existe: el chipset real, que en realidad está conectado al mismo procesador PCIe 2.0 x4. . Era posible agregar algunos modos de operación más, pero aún íbamos a realizar la mayor parte de la investigación en un sistema diferente.

El hecho es que decidimos aprovechar esta oportunidad y al mismo tiempo comprobar una "leyenda urbana", a saber, la creencia sobre la utilidad de utilizar procesadores de gama alta para probar unidades. Así que tomamos el Core i7-5960X de ocho núcleos, un pariente del Core i3-4170 que generalmente se usa en las pruebas (estos son Haswell y Haswell-E), pero que tiene cuatro veces más núcleos. Además, la placa Asus Sabertooth X99 que se encuentra en los contenedores es útil para nosotros hoy por la presencia de una ranura PCIe x4, que de hecho puede funcionar como x1 o x2. En este sistema, probamos tres opciones x4 (PCIe 1.0 / 2.0 / 3.0) del procesador y el chipset PCIe 1.0 x1, PCIe 1.0 x2, PCIe 2.0 x1 y PCIe 2.0 x2 (en todos los casos, las configuraciones del chipset están marcadas en los diagramas con (C)). ¿Tiene sentido ahora pasar a la primera versión de PCIe, considerando que apenas hay una placa que admita solo esta versión del estándar que pueda arrancar desde un dispositivo NVMe? Desde un punto de vista práctico, no, pero para comprobar a priori la relación esperada de PCIe 1.1 x4 = PCIe 2.0 x2 y similares, nos será útil. Si la comprobación muestra que la escalabilidad del bus está en línea con la teoría, significa que no importa que aún no hayamos logrado obtener formas prácticamente significativas de conectar PCIe 3.0 x1 / x2: la primera será idéntica a PCIe 1.1 x4 o PCIe 2.0 x2, y el segundo - PCIe 2.0 x4 ... Y los tenemos.

En términos de software, nos limitamos solo a las utilidades de almacenamiento 1.1.0 de Anvil: mide bien varias características de bajo nivel de las unidades, pero no necesitamos nada más. Al contrario: cualquier influencia de otros componentes del sistema es extremadamente indeseable, por lo que los sintéticos de bajo nivel para nuestros propósitos no tienen alternativa.

Usamos un Patriot Hellfire de 240 GB como "medio de trabajo". Como se descubrió durante las pruebas, no tiene un récord de rendimiento, pero sus características de velocidad son bastante consistentes con los resultados. mejor SSD de la misma clase y la misma capacidad. Y ya hay dispositivos más lentos en el mercado, y cada vez habrá más. En principio, será posible repetir las pruebas con algo más rápido, sin embargo, como nos parece, no es necesario, los resultados son predecibles. Pero no nos adelantemos, pero veamos qué hicimos.

Resultados de la prueba

Mientras probamos Hellfire, notamos que la velocidad máxima en operaciones secuenciales solo se puede exprimir con una carga multiproceso, por lo que esto también debe tenerse en cuenta para el futuro: el ancho de banda teórico es para eso y el teórico que el "real "datos, recibidos en diferentes programas según los diferentes escenarios, dependerán más no de él, sino de estos mismos programas y escenarios; en ese caso, por supuesto, cuando las circunstancias de fuerza mayor no interfieran :) Ahora estamos observando tales circunstancias: ya se ha dicho anteriormente que PCIe 1 .x x1 es ≈200 MB / sy esto es exactamente lo que vemos. Dos carriles PCIe 1.x o un PCIe 2.0 son dos veces más rápidos, y esto es exactamente lo que vemos. Cuatro carriles PCIe 1.x, dos PCIe 2.0 o un PCIe 3.0 son incluso dos veces más rápidos, lo que se confirmó para las dos primeras opciones, por lo que es poco probable que la tercera difiera. Es decir, en principio, la escalabilidad, como se esperaba, es ideal: las operaciones son lineales, Flash las maneja bien, por lo que la interfaz importa. El flash se detiene hacer bien a PCIe 2.0 x4 para la grabación (lo que significa que PCIe 3.0 x2 también funcionará). Leer "may" es más, pero último paso da ya una vez y media, y no dos veces (como debería ser) aumento. También notamos que no hay una diferencia notable entre el chipset y el controlador del procesador, y tampoco hay diferencia entre las plataformas. Sin embargo, LGA2011-3 está un poco por delante, pero solo un poco.

Todo es suave y hermoso. Pero las plantillas no se rompen: el máximo en estas pruebas es solo un poco más de 500 MB / s, y esto es bastante capaz incluso de SATA600 o (en la aplicación de las pruebas de hoy) PCIe 1.0 x4 / PCIe 2.0 x2 / PCIe 3.0 x1... Así es: no tenga miedo del lanzamiento de controladores económicos para PCIe x2 o la presencia de solo una cantidad de líneas (y la versión del estándar 2.0) en las ranuras M.2 en algunas placas base, cuando no se necesitan más. . A veces, incluso eso no es necesario: los resultados máximos se lograron con una cola de 16 equipos, lo que no es típico del software masivo. La cola con 1-4 comandos es más común, y para esto puede hacerlo con una línea del primer PCIe e incluso el primer SATA. Sin embargo, hay gastos generales, etc., por lo que la interfaz rápida es útil. Sin embargo, demasiado rápido quizás no sea perjudicial.

Y en esta prueba, las plataformas se comportan de manera diferente y con una sola cola de comandos, de formas fundamentalmente diferentes. El "problema" no es en absoluto que muchos núcleos sean malos. No se usan aquí de todos modos, excepto por una cosa, y no tanto que el modo boost se desarrolló con fuerza y ​​main. Entonces, tenemos una diferencia de aproximadamente un 20% en la frecuencia del núcleo y una vez y media en la memoria caché; en Haswell-E, funciona a una frecuencia más baja y no sincrónicamente con los núcleos. En general, la plataforma superior solo puede ser útil para eliminar el máximo de "yops" a través del modo multiproceso máximo con una gran profundidad de cola de comandos. La única lástima es que desde el punto de vista trabajo practico esto es sintético realmente esférico en el vacío :)

En el registro, la situación no ha cambiado fundamentalmente, en todos los sentidos. Pero, lo que es gracioso, en ambos sistemas el más rápido fue el modo PCIe 2.0 x4 en la ranura del "procesador". ¡Ambos! Y con múltiples comprobaciones / nuevas comprobaciones. En este punto, inevitablemente pensará si necesita estos son tus nuevos estándares o es mejor no apresurarse a ningún lado ...

Cuando se trabaja con bloques de diferentes tamaños, el idilio teórico se rompe en el hecho de que aún tiene sentido aumentar la velocidad de la interfaz. Las cifras resultantes son tales que un par de carriles PCIe 2.0 serían suficientes, pero en realidad, en este caso, el rendimiento es menor que el de PCIe 3.0 x4, aunque no varias veces. Y, en general, la plataforma de gama alta "puntúa" aquí en un grado mucho mayor. Pero estas operaciones se encuentran principalmente en software de aplicación, es decir, este diagrama es el más cercano a la realidad. Como resultado, no es sorprendente que las interfaces gruesas y los protocolos de moda no produzcan ningún "efecto sorpresa". Más precisamente, se darán los que pasen de la mecánica, pero exactamente lo mismo que proporcionará cualquier unidad de estado sólido con cualquier interfaz.

Total

Para facilitar la percepción de la imagen del hospital en su conjunto, utilizamos la puntuación otorgada por el programa (total - para lectura y escritura), habiendo realizado su estandarización según el modo "chipset" PCIe 2.0 x4: por el momento es él quien está más ampliamente disponible, ya que se encuentra incluso en plataformas LGA1155 o AMD sin la necesidad de "ofender" la tarjeta de video. Además, es equivalente a PCIe 3.0 x2, que los controladores económicos se están preparando para dominar. Si, y en el nuevo Plataforma AMD AM4, nuevamente, es precisamente este modo el que se puede obtener sin afectar la tarjeta de video discreta.

Entonces ¿Qué vemos? El uso de PCIe 3.0 x4, cuando es posible, es ciertamente preferible, pero no necesario: aporta literalmente un 10% de rendimiento adicional a las unidades de gama media NVMe (en su segmento inicial de gama alta). E incluso entonces, debido a operaciones, en general, no tan comunes en la práctica. ¿Por qué, en este caso, se implementa esta opción en particular? En primer lugar, existía esa oportunidad, pero el bolsillo no tiene las acciones. En segundo lugar, hay unidades que son más rápidas que nuestra prueba Patriot Hellfire. En tercer lugar, hay áreas de actividad en las que "atípicas" para sistema de escritorio las cargas son bastante típicas. Y es allí donde el rendimiento del sistema de almacenamiento de datos es más crítico, o al menos la capacidad de hacer parte de él muy rápidamente. Pero a lo de siempre Computadoras personales nada de esto se aplica.

Como podemos ver, el uso de PCIe 2.0 x2 (o, en consecuencia, PCIe 3.0 x1) no conduce a una disminución dramática en el rendimiento, solo en un 15-20%. ¡Y esto a pesar de que en este caso limitamos cuatro veces las capacidades potenciales del controlador! Para muchas operaciones, este ancho de banda es suficiente. Una línea PCIe 2.0 ya no es suficiente, por lo que tiene sentido que los controladores admitan PCIe 3.0, y frente a una grave falta de líneas en sistema moderno esto funcionará bastante bien. Además, el ancho x4 es útil, incluso si no hay soporte versiones modernas PCIe en el sistema, aún le permitirá trabajar a velocidad normal (aunque más lento de lo que podría potencialmente), si hay una ranura más o menos ancha.

Básicamente, una gran cantidad de escenarios en los que embotellamiento Resulta que la memoria flash en sí (sí, esto es posible y es inherente no solo a la mecánica), lleva al hecho de que cuatro carriles de la tercera versión PCIe en esta unidad superan a la primera en aproximadamente 3.5 veces: el rendimiento teórico de estos dos casos difiere en 16 una vez. De lo cual, por supuesto, no se sigue que deba darse prisa para dominar interfaces muy lentas: su tiempo se ha ido para siempre. Es solo que muchas de las capacidades de las interfaces rápidas solo se podrán realizar en el futuro. O en las condiciones con las que usuario regular computadora ordinaria nunca en mi vida la enfrentaré directamente (salvo a quienes les guste medirlo se sabe qué). De hecho, eso es todo.

). Uno de los criterios para esta empresa fue el uso gratuito en el hogar y en el hogar de los puertos USB 3.0. Bueno, ya que placas base Las plataformas am2 no cuentan con dichos puertos, entonces solo hay una salida: usar el controlador.
No hubo preguntas sobre la entrega: la pista era internacional y todo se rastreó correctamente.
Pero el embalaje (o más bien su ausencia) - desanimado. El vendedor es ingenuo hasta el punto de la imprudencia o es dueño de un montón de huevos de acero. Porque la bolsa antiestática con el controlador simplemente se empaca por correo. Sin indicios de material de embalaje / sellado. Como resultado, el controlador me fue entregado con un condensador arrancado (+ uno más en libertad condicional). Y en los comentarios a través de uno, los compradores escriben sobre un disco rayado con controladores o un marco de montaje doblado.

En cuanto al disco del controlador. Específicamente, en mi caso, no puedo verificar su capacidad de servicio / rendimiento. Ya que no tengo equipo para leerlo. Pero hay varios matices sobre esto:
1) En Windows 10, el controlador no requiere la instalación del controlador. (¡Confirmo!)
2) En las reseñas escriben que el vendedor envía al conductor a pedido. (No puedo comentar, no apliqué. No era necesario)
3) El controlador (para XP, VISTA, 7 y 8) siempre se puede descargar desde el modelo de chip: VL805.


Hablando con franqueza, a excepción de la jamba con condensadores, no hay lugar para encontrar fallas en la instalación. Soldado prolija y limpiamente.
Geométricamente, la placa es pequeña y puede caber fácilmente incluso en una unidad de sistema delgada, pero no hay un marco de montaje correspondiente para esto. (Lo ideal, en mi opinión, sería la elección a la hora de realizar un pedido. Pero esto es cierto, sueños ...)


El chip VL805 "sabe cómo hacer" cuatro puertos USB 3.0. Dos de los cuales (A F) están dirigidos hacia afuera y dos (19 pines) están dirigidos hacia adentro unidad del sistema... Junto a este último hay un conector molex de 4 pines para fuente de alimentación externa.


Para las pruebas de velocidad, utilicé las siguientes unidades externas:
1) Tarjeta de memoria conectada con vía USB Lector de tarjetas 3.0 ().
[Más adelante en todas las capturas de pantalla de la izquierda hay medidas en el antiguo puerto 2.0. Y a la derecha en el nuevo - 3.0]

2) 2,5 pulgadas HDD Western Digital WD Scorpio Blue 320 GB () emparejado con USB 3.0 "bolsillo"

3) SSD OCZ Vertex 2 () emparejado con la caja externa de AgeStar antes mencionada.

¿Qué puedo decir sobre esto? Los valores de los números resultaron ser los esperados, porque USB 2.0 es un puerto antiguo y lento. Y la diferencia de velocidad entre este y el puerto USB 3.0 será tanto más notable cuanto más rápida sea la unidad que pretenda utilizar.
Si hablamos específicamente de esta placa considerada, entonces debido al descuido del vendedor puede muy bien ser que al comprarla tenga que trabajar con un soldador y / o descargar un controlador de Internet. Por otro lado, esta es una de las opciones más baratas para equipar su PC más antigua con una interfaz más rápida.

Ahora me despido. ¡Sé amable!