Vad är pci express controller. Vad är PCI Express

Om du frågar vilket gränssnitt som ska användas för en SSD-enhet med stöd för NVMe-protokollet, kommer alla (i allmänhet att veta vad NVMe är) att svara: naturligtvis PCIe 3.0 x4! Det är sant att han med största sannolikhet har svårigheter med motiveringen. I bästa fall får vi svaret att sådana enheter stöder PCIe 3.0 x4 och genomströmning gränssnitt är viktigt. Det har något, men allt snack om det började först när vissa enheter blev trånga för vissa operationer inom ramen för "vanlig" SATA. Men mellan dess 600 MB / s och (precis som teoretiska) 4 GB / s PCIe 3.0 x4 -gränssnitt - det finns helt enkelt en klyfta och fylld med massor av alternativ! Vad händer om det räcker med en PCIe 3.0 -fil, eftersom den redan är en och en halv gånger mer än SATA600? Controllertillverkare som hotar att byta till PCIe 3.0 x2 i budgetprodukter, liksom det faktum att många användare inte har sådant och så, lägger till bränsle i elden. Mer exakt, teoretiskt finns det, men du kan bara släppa dem genom att omkonfigurera systemet eller till och med ändra något i det, vilket du inte vill göra. Men köp en topp SSD -enhet- Jag vill, men det finns farhågor för att det inte kommer att bli någon fördel alls (även moralisk tillfredsställelse av resultaten från testverktyg).

Men är det sant eller inte? Med andra ord, är det verkligen nödvändigt att fokusera uteslutande på det driftsätt som stöds - eller är det fortfarande möjligt i praktiken offerprinciper? Detta är vad vi bestämde oss för att kontrollera idag. Låt kontrollen vara snabb och inte påstå att den är uttömmande, men den mottagna informationen bör räcka (som det verkar för oss) åtminstone att tänka på ... Men för nu, låt oss kort bekanta oss med teorin.

PCI Express: Befintliga standarder och deras bandbredd

Låt oss börja med vad PCIe är och hur snabbt det fungerar. Det kallas ofta för en "buss", vilket är något fel ideologiskt: som sådan finns det ingen buss som alla enheter är anslutna till. Faktum är att det finns en uppsättning punkt-till-punkt-anslutningar (liknande många andra seriella gränssnitt) med en styrenhet i mitten och anslutna enheter (som var och en kan vara en nästa nivå).

Den första versionen av PCI Express dök upp för nästan 15 år sedan. Orientering för användning inuti en dator (ofta inom samma kort) gjorde det möjligt att göra standardhastigheten: 2,5 gigatransaktioner per sekund. Eftersom gränssnittet är seriellt och duplex kan en enda PCIe -fil (x1; faktiskt en atomenhet) överföra data med hastigheter upp till 5 Gbps. Men i varje riktning - bara hälften av detta, det vill säga 2,5 Gbit / s, och detta är hela gränssnittshastigheten, inte "användbar": för att förbättra tillförlitligheten kodas varje byte med 10 bitar, så den teoretiska genomströmningen av en PCIe line 1.x är cirka 250 MB / s varje väg. I praktiken behöver du fortfarande överföra serviceinformation, och som ett resultat är det mer korrekt att prata om 200 MB / s användardataöverföring. Som dock vid den tiden inte bara täckte behoven hos de flesta enheter, utan också gav ett gediget utbud: kom bara ihåg att föregångaren till PCIe i massmarknadssegmentet systemgränssnitt, nämligen PCI -bussen, gav en bandbredd på 133 MB / s. Och även om vi inte bara överväger massimplementeringen, utan också alla PCI -varianter, var max 533 MB / s, och för hela bussen, det vill säga en sådan PS delades in i alla enheter som är anslutna till den. Här är 250 MB / s (eftersom för PCI, den fulla och inte användbara, bandbredden brukar anges) per rad exklusiv. Och för enheter som behöver mer, var det initialt möjligt att samla flera rader till ett enda gränssnitt, med två poäng - från 2 till 32, det vill säga x32 -alternativet från standarden kan överföra upp till 8 GB / s i varje riktning. I persondatorer användes inte x32 på grund av komplexiteten i att skapa och uppföra motsvarande styrenheter och enheter, så alternativet med 16 rader blev maximalt. Det användes (och används fortfarande) främst av grafikkort, eftersom de flesta enheter inte behöver så mycket. I allmänhet är ett stort antal av dem och en rad tillräckligt, men vissa använder både x4 och x8 med framgång: bara om lagringsämnet - RAID -kontroller eller SSD -enheter.

Tiden stod inte stilla, och för cirka 10 år sedan dök den andra versionen av PCIe upp. Förbättringar gällde inte bara hastigheter, utan också i detta avseende togs ett steg framåt - gränssnittet började ge 5 gigatransaktioner per sekund samtidigt som samma kodningsschema bibehålls, det vill säga genomströmningen har fördubblats. Och än en gång fördubblades 2010: PCIe 3.0 ger 8 (inte 10) gigatransaktioner per sekund, men redundansen har minskat - nu används 130 bitar för att koda 128 bitar, inte 160, som tidigare. I princip är PCIe 4.0 -versionen med nästa fördubbling av hastigheter redan redo att visas på papper, men inom en snar framtid kommer vi knappast att se den i hårdvara i stora mängder. Faktum är att PCIe 3.0 fortfarande används tillsammans med PCIe 2.0 på många plattformar, eftersom prestandan för den senare helt enkelt ... inte behövs för många applikationer. Och där det behövs - fungerar den gamla gamla metoden för linjeaggregering. Endast var och en av dem har blivit fyra gånger snabbare under de senaste åren, det vill säga PCIe 3.0 x4 är PCIe 1.0 x16, den snabbaste platsen i datorer i mitten av 2000-talet. Det här alternativet stöds av avancerade SSD-kontroller, och det rekommenderas att använda det. Det är klart att om det finns en sådan möjlighet är det inte tillräckligt. Och om det inte finns där? Kommer det att finnas några problem, och i så fall, vad är det? Det är med denna fråga vi måste ta reda på det.

Testmetodik

Kör tester med olika versioner PCIe -standarden är inte svår: nästan alla kontroller tillåter inte bara att använda den som stöds av dem, utan också alla tidigare. Det är svårare med antalet körfält: vi ville testa varianterna direkt med en eller två PCIe -banor. Kortet vi brukar använda är Asus H97-Pro Gamer på Intel chipset H97 stöder inte hela uppsättningen, men förutom "processor" x16 -kortplatsen (som vanligtvis används) har den en annan som fungerar i PCIe 2.0 x2 eller x4 -lägen. Vi tog fördel av dessa tre och lade till PCIe 2.0 -läget för "processor" -platsen för att bedöma om det är någon skillnad. Fortfarande, i det här fallet finns det inga tredjeparts "mellanhänder" mellan processorn och SSD, men när du arbetar med en "chipset" -plats - det finns: den faktiska chipset, som faktiskt är ansluten till samma PCIe 2.0 x4 -processor . Det var möjligt att lägga till några fler driftsätt, men vi skulle fortfarande utföra huvuddelen av forskningen om ett annat system.

Faktum är att vi bestämde oss för att dra nytta av detta tillfälle och samtidigt kontrollera en "urban legend", nämligen tron ​​om användbarheten av att använda toppprocessorer för att testa enheter. Så vi tog åtta kärnor Core i7-5960X-en släkting till Core i3-4170 som vanligtvis används i tester (dessa är Haswell och Haswell-E), men som har fyra gånger fler kärnor. Dessutom är Asus Sabertooth X99 -kortet som finns i papperskorgarna användbart för oss idag genom närvaron av en PCIe x4 -kortplats, som faktiskt kan fungera som x1 eller x2. I detta system testade vi tre x4 -alternativ (PCIe 1.0 / 2.0 / 3.0) från processor och chipset PCIe 1.0 x1, PCIe 1.0 x2, PCIe 2.0 x1 och PCIe 2.0 x2 (i alla fall är chipsetkonfigurationer markerade på diagrammen med (c)). Är det vettigt nu att vända sig till den första versionen av PCIe, med tanke på att det knappast finns ett enda kort som bara stöder den här versionen av standarden som kan starta från en NVMe -enhet? Ur praktisk synvinkel, nej, men för att på förhand kontrollera det förväntade förhållandet mellan PCIe 1.1 x4 = PCIe 2.0 x2 och liknande, kommer det att vara användbart för oss. Om kontrollen visar att bussens skalbarhet är i linje med teorin spelar det ingen roll att vi ännu inte har lyckats få praktiskt meningsfulla sätt att ansluta PCIe 3.0 x1 / x2: den första kommer att vara identisk med PCIe 1.1 x4 eller PCIe 2.0 x2, och den andra - PCIe 2.0 x4 ... Och vi har dem.

När det gäller programvara begränsade vi oss bara till Anvils lagringsverktyg 1.1.0: den mäter olika lågnivåegenskaper hos enheter bra, men vi behöver inget annat. Tvärtom: varje påverkan av andra komponenter i systemet är extremt oönskad, så att syntetmaterial på låg nivå för våra ändamål inte har något alternativ.

Vi använde en 240 GB Patriot Hellfire som ett "arbetsmedium". Som det hittades under testningen är det inte en rekordhållare i prestanda, men dess hastighetsegenskaper är ganska förenliga med resultaten bästa SSD av samma klass och samma kapacitet. Och det finns redan långsammare enheter på marknaden, och det kommer att bli fler och fler av dem. I princip kommer det att vara möjligt att upprepa testerna med något snabbare, men som det verkar för oss finns det inget behov av detta - resultaten är förutsägbara. Men låt oss inte gå före oss själva, men låt oss se vad vi gjorde.

Testresultat

När vi testade Hellfire märkte vi att maxhastigheten för sekventiella operationer bara kan pressas ur den med en flertrådad belastning, så detta bör också beaktas för framtiden: den teoretiska bandbredden är för det och det teoretiska att den "riktiga "data, mottagen i olika program enligt olika scenarier kommer de inte att bero mer på det, utan på samma program och scenarier - i så fall naturligtvis när force majeure -omständigheter inte stör :) Vi observerar nu sådana omständigheter: det har redan sagts ovan att PCIe 1 .x x1 är ≈200 MB / s och det är precis vad vi ser. Två PCIe 1.x -banor eller en PCIe 2.0 är dubbelt så snabb, och det är precis vad vi ser. Fyra PCIe 1.x -banor, två PCIe 2.0 eller en PCIe 3.0 är dubbelt så snabba, vilket bekräftades för de två första alternativen, så det är osannolikt att det tredje skiljer sig. Det är i princip skalbarheten, som förväntat, idealisk: operationerna är linjära, Flash hanterar dem bra, så gränssnittet spelar roll. Blixt stannar göra bra till PCIe 2.0 x4 för inspelning (vilket innebär att PCIe 3.0 x2 också kommer att göra). Att läsa "maj" är mer, men sista steget ger redan en och en halv, och inte tvåfaldig (som det potentiellt borde vara) ökning. Vi noterar också att det inte finns någon märkbar skillnad mellan chipsetet och processorkontrollen, och det är ingen skillnad mellan plattformarna heller. LGA2011-3 ligger dock något framåt, men bara lite.

Allt är smidigt och vackert. Men mallar rivs inte: max i dessa tester är bara något mer än 500 MB / s, och detta är ganska kapabelt för även SATA600 eller (i applikationen för dagens testning) PCIe 1.0 x4 / PCIe 2.0 x2 / PCIe 3.0 x1... Det stämmer: var inte rädd för att släppa budgetkontroller för PCIe x2 eller närvaron av endast ett sådant antal rader (och versionen av 2.0 -standarden) i M.2 -kortplatser på vissa moderkort, när mer inte behövs . Ibland behövs inte ens så mycket: maximala resultat uppnåddes med en kö på 16 lag, vilket inte är typiskt för massprogramvara. Oftare finns det en kö med 1-4 kommandon, och för detta kan du göra med en rad av den allra första PCIe och till och med den allra första SATA. Det finns dock omkostnader och så vidare, så det snabba gränssnittet är användbart. Men för snabbt är kanske inte skadligt.

Och i detta test beter sig plattformar annorlunda och med en enda kommandokö - på fundamentalt olika sätt. "Problemet" är inte alls att många kärnor är dåliga. De används fortfarande inte här, förutom en sak, och inte så mycket att boost -läget utvecklades med kraft och huvud. Så vi har en skillnad på cirka 20% i kärnfrekvens och en och en halv gång i cacheminnet - i Haswell -E fungerar den med en lägre frekvens, och inte synkront med kärnorna. I allmänhet kan toppändplattformen bara vara användbar för att slå ut maximalt "yops" genom det maximala flertrådade läget med ett stort kommandoködjup. Det enda synd är det ur synvinkel praktiskt arbete detta är verkligen sfärisk syntet i ett vakuum :)

På rekordnivå har situationen inte förändrats i grunden - i alla bemärkelser. Men det som är roligt, på båda systemen var det snabbaste PCIe 2.0 x4 -läget i "processor" -platsen. Både! Och med flera kontroller / kontroller. Vid denna tidpunkt kommer du oundvikligen att tänka på om du behöver det här är dina nya standarder eller är det bättre att inte rusa någonstans alls ...

När man arbetar med block av olika storlekar bryts den teoretiska idyllen av att ökad gränssnittshastighet fortfarande är meningsfull. De resulterande siffrorna är sådana att ett par PCIe 2.0 -körfält skulle räcka, men i verkligheten är prestandan i detta fall lägre än PCIe 3.0 x4, om än inte flera gånger. Och i allmänhet "toppar" plattformen "poäng" här i mycket större utsträckning. Men just sådana operationer finns främst i applikationsprogram, det vill säga detta diagram är närmast verkligheten. Som ett resultat är det inget förvånande att tjocka gränssnitt och fashionabla protokoll inte ger någon "wow -effekt". Mer exakt kommer de som passerar över från mekaniken att ges, men exakt samma sak som alla solid-state-enheter med valfritt gränssnitt kommer att ge.

Total

För att underlätta uppfattningen av bilden av sjukhuset som helhet använde vi poängen som programmet gav (totalt - för läsning och skrivning), efter att ha utfört dess standardisering enligt "chipset" PCIe 2.0 x4 -läget: för tillfället det är han som är den mest tillgängliga, eftersom den finns även på LGA1155- eller AMD -plattformar utan att behöva "kränka" grafikkortet. Dessutom motsvarar det PCIe 3.0 x2, som budgetkontrollanter förbereder sig för att bemästra. Ja, och på det nya AMD -plattform AM4, återigen, det är just detta läge som kan erhållas utan att det diskreta grafikkortet påverkas.

Så vad ser vi? Användningen av PCIe 3.0 x4, om möjligt, är absolut att föredra, men inte nödvändigt: det ger bokstavligen 10% ytterligare prestanda till NVMe-mellanklassdrivrutiner (i dess ursprungligen topp-segment). Och även då - på grund av operationer, i allmänhet, inte så vanligt i praktiken. Varför är det här alternativet implementerat i det här fallet? För det första fanns det en sådan möjlighet, och aktien rymmer inte en ficka. För det andra finns det enheter som är snabbare än vårt test Patriot Hellfire. För det tredje finns det verksamhetsområden där "atypiska" för skrivbordssystem belastningar är bara ganska typiska. Och det är där datalagringssystemets prestanda är mest kritisk, eller åtminstone förmågan att göra en del av det mycket snabbt. Men till det vanliga personliga datorer inget av detta gäller.

Som vi kan se leder användningen av PCIe 2.0 x2 (eller följaktligen PCIe 3.0 x1) inte till en dramatisk minskning av prestanda - bara med 15-20%. Och detta trots att vi i det här fallet begränsade controllerns potentiella kapacitet med fyra gånger! För många operationer är denna bandbredd tillräcklig. En PCIe 2.0 -linje räcker inte längre, så det är vettigt att kontroller stöder PCIe 3.0 - och inför en allvarlig brist på linjer i modernt system detta kommer att fungera ganska bra. Dessutom är x4 -bredden användbar - även om det inte finns något stöd moderna versioner PCIe i systemet kommer det fortfarande att tillåta dig att arbeta med normal hastighet (om än långsammare än det skulle kunna göra), om det finns en mer eller mindre bred plats.

I grund och botten ett stort antal scenarier där flaskhals det visar sig att själva flashminnet (ja, detta är möjligt och är inte bara inneboende i mekanik), leder till att fyra banor i den tredje PCIe -versionen på den här enheten tar över den första med cirka 3,5 gånger - den teoretiska genomströmningen av dessa två fall skiljer sig med 16 en gång. Från vilket naturligtvis inte följer att du måste skynda dig för att bemästra mycket långsamma gränssnitt - deras tid har gått för alltid. Det är bara det att många av de snabba gränssnittens funktioner bara kan realiseras i framtiden. Eller under de förhållanden som vanlig användare vanlig dator aldrig i mitt liv kommer att kollidera direkt (förutom de som gillar att mäta vet man vad). Egentligen är det allt.

). Ett av kriterierna för denna satsning var gratis hem och hushållsanvändning av USB 3.0 -portar. Tja, sedan moderkort am2 -plattformar fick inte sådana portar, då finns det bara en väg ut - att använda styrenheten.
Det fanns inga frågor om leveransen - banan var internationell och allt spårades korrekt.
Men förpackningen (eller snarare dess frånvaro) - avskräckt. Säljaren är antingen naiv till hänsynslöshet eller är ägare till ett helt gäng stålägg. Eftersom den antistatiska väskan med handkontrollen bara packas med posten. Ingen antydan till förpacknings- / tätningsmaterial. Som ett resultat levererades regulatorn till mig med en avbruten kondensator (+ en till på villkorlig dom). Och i kommentarerna genom en skriver köpare om en repad disk med drivrutiner eller en böjd monteringsram.

När det gäller drivrutinsdisken. Specifikt kan jag i mitt fall inte kontrollera dess användbarhet / prestanda. Eftersom jag inte har någon utrustning för att läsa den. Men det finns flera nyanser om detta:
1) Under Windows 10 kräver inte styrenheten installation av drivrutinen. (Jag bekräftar!)
2) I recensionerna skriver de att säljaren skickar föraren på begäran. (Jag kan inte kommentera, gällde inte. Det fanns inget behov)
3) Drivrutinen (för XP, VISTA, 7 och 8) kan alltid laddas ner från chipmodellen - VL805.


För att tala uppriktigt, förutom jamb med kondensatorer, finns det ingen plats att hitta fel med installationen. Lödde snyggt och rent.
Geometriskt är brädet litet och kan lätt passa även in i en tunn enhet, men det finns ingen motsvarande monteringsram för detta. (Idealiskt, enligt min mening, skulle vara valet när du beställer. Men det här är sant, drömmar ...)


VL805 -chipet "vet hur man gör" fyra USB 3.0 -portar. Två av vilka (A F) är riktade utåt, och två (19 stift) är inåt systemenhet... Bredvid den senare finns en 4-polig molex-kontakt för extern strömförsörjning.


För hastighetstester använde jag följande externa enheter:
1) Minneskort anslutet med via USB 3.0 kortläsare ().
[Längre fram i alla skärmdumpar till vänster finns mätningar på den gamla porten 2.0. Och till höger på den nya - 3.0]

2) 2,5 tum HDD Western Digital WD Scorpio Blue 320 GB () i kombination med USB 3.0 "ficka"

3) SSD OCZ Vertex 2 () ihopparad med den ovan nämnda externa lådan från AgeStar.

Vad kan jag säga om detta. Värdena på siffrorna visade sig förväntas, eftersom USB 2.0 är en gammal och långsam port. Och skillnaden i hastighet mellan den och USB 3.0 -porten blir desto mer märkbar, desto snabbare enhet du tänker använda.
Om vi ​​pratar specifikt om denna övervägda bräda, på grund av säljarens slarv kan det mycket väl vara att när du köper den måste du arbeta med ett lödkolv och / eller ladda ner en drivrutin från Internet. Å andra sidan är detta ett av de billigaste alternativen för att utrusta din äldre dator med ett snabbare gränssnitt.

Nu säger jag adjö. Var snäll!