Pci express 3.0 и 4.0: в чем разница

Когда его можно будет использовать

Как мы упоминали ранее, в Computex 2019 дебютировала PCIe 4.0 с анонсами продуктов от AMD, Corsair и Gigabyte. Intel ничего не сказала о PCIe 4.0 для потребительского оборудования — и даже утверждала, что это не поможет ускорить Ваши игры на ПК — поэтому сейчас PCIe 4.0 — это все о системах AMD.

AMD анонсировала свой чипсет X570 на Computex с поддержкой PCIe 4.0, а производители представили десятки материнских плат X570, включая ASRock, Asus, Gigabyte и MSI. Эти платы X570 не будут дешевыми, и ожидается, что они также будут генерировать большое количество тепла. Почти на каждой плате, от среднего бюджетного геймера до ультра роскошного RGB-оборудованного монстра, были вентиляторы для охлаждения компонентов. Платы более высокого уровня также добавили дополнительные радиаторы, трубы, а в некоторых случаях системы жидкостного охлаждения. Это только для самой платы.

Несколько дней спустя компания выступила на игровой конференции E3 2019 с двумя новыми видеокартами, поддерживающими PCIe 4.0, включая Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700. Новые карты также были выпущены 7 июля 2019 года.

Улучшенные шлейфовые райзера для видеокарт

В качественных шлейфовых райзерах используют улучшенные экранированные высокопрочные риббонизированные линии передачи данных, которые теоретически обеспечивают скорость обмена на уровне стандарта PCI-E стандарта 3.0.

Защита от электромагнитных помех в них обеспечивается экранировкой осевых проводников для обмена данными специальным проводящим полимером.

Конструктивные особенности одной из разновидностей улучшенного шлейфа для райзеров:

Это позволяет уменьшить затухание сигнала и обеспечить выпуск шлейфовых райзеров длиной от 5 до 60 см (обычно длина шлейфового кабеля составляет 25, 35, 45 и 55 см).

Ширина шлейфа улучшенных райзеров производства китайской компании Bestar составляет 54 мм, толщина – 1,4 мм. Выпускаются следующие модели этих райзеров:

• R12SF- шлейф с разъемами Male/Female PCI-E 1x-4x;
• R11SR- шлейф с разъемами Male/Female PCI-E 1x-4x, гнездо PCI-E 4x повернуто на 90 градусов по отношению к плоскости шлейфа;

R13SF- шлейф с разъемами Male/Female PCI-E 1x-16x.

Улучшенный шлейфовый райзер BESTAR PCI-E 1x-4x с маркировкой R11SF-WP:

Улучшенный шлейфовый райзер PCI-E 16x-16x производства компании ASUS (с повернутым на 90 градусов разъемом для видеокарты):

Стремление улучшить работу видеокарт в майнинг ригах и снизить токовую нагрузку на материнку по цепи питания PCI-E привело к тому, что в райзерах стали добавлять дополнительное питание 12В. Как правило, это два провода, соединенные с контактами линии питания 12 вольт на гнезде PCI-E 16х райзера.

Шлейфовый райзер PCI-E 1x-16x с дополнительным питанием:

Для улучшения качества питания по линии 12 вольт в шлейфовые райзера с доппитанием часто добавляли сглаживающий электролитический конденсатор.

Шлейфовый райзер PCI-E 1x-16x с дополнительным питанием 12 от разъема Molex и сглаживающим конденсатором:

Для защиты от замыкания ножек электролитического конденсатора используется термоклей, который не всегда хорошо держится и часто отлетает. При неаккуратной установке такого райзера можно замкнуть ножки конденсатора, что практически гарантированно сожжет часть материнской платы и видеокарту.

Улучшенный шлейфовый райзер R11SF-WK с дополнительным кабелем питания с разъемом SATA:

Фирма ASRock также выпускала улучшенные райзера BTC Pro kit с шлейфами-кабелями передачи данных стандарта SATA.

Райзера ASRock BTC Pro kit с кабелем передачи данных SATA:

Райзера со шлейфами из-за своих больших геометрических размеров ухудшают циркуляцию воздуха в ригах и качество охлаждения видекарт. Кроме того, плоские неэкранированные шлейфы не обеспечивают качественного прохождения сигнала даже на небольшие расстояния, что приводит к увеличению количества ошибок при обмене между видеокартой и материнской платой. Отсутствие цепей стабилизации дополнительного питания видеокарты через райзер, а также его развязки с материнской платой приводят к частым поломкам видеокарт.

В итоге это привело к практически полному отказу майнеров от использования шлейфовых райзеров.

Единственным достоинством шлейфовых райзеров является их относительная дешевизна. Но это преимущество нивелируется уменьшением надежности работы майнинг ригов, увеличением риска сжечь дорогостоящие карты/материнскую плату из-за несовершенства системы обеспечения дополнительного питания, а также плохими условиями для охлаждения видеокарт, вынесенных от материнской платы большим шлейфом длиной на расстояние всего 30 см.

Современные райзера для передачи данных используют высококачественные кабеля стандарта USB3, а также обеспечивают стабилизированное питание видеокарт по линии 3,3 вольта.

Они состоят из трех компонентов:

• собственно плата райзера с гнездом для установки видеокарты и электронными компонентами системы стабилизации напряжения 3,3 вольта, предохранителями, разъемами и элементами развязки;
• плата-штекер PCI-E 1Х с переходником на кабель USB 3.0;
• удлинитель-кабель передачи данных стандарта USB 3.0 с двумя разъемами Male.

Устройство качественного кабеля USB 3.0:

В тонкий кабель USB невозможно вместить все экранирующие прослойки, либо сигнальные кабеля будут очень тонкими. Поэтому нужно выбирать толстые кабеля стандарта USB 3.0, изготовленные в соответствии со стандартами качества.

Адаптеры питания, которые идут в комплекте с райзерами лучше не использовать, так как лишние разъемы на пути между блоком питания и riser-ом ухудшают прохождение тока и со временем могут стать причиной нестабильной работы рига и даже возгорания в месте плохого контакта;

Что такое PCI Express и что он обозначает?

PCI Express означает Peripheral Component Interconnect Express и представляет собой стандартный интерфейс для подключения периферийного оборудования к материнской плате на компьютере. Другими словами, PCI Express или сокращенно PCIe — это интерфейс, который подключает к материнской плате внутренние карты расширения, такие как видеокарты, звуковые карты, адаптеры Ethernet и Wi-Fi . Кроме того, PCI Express также используется для подключения некоторых типов твердотельных накопителей, которые обычно очень быстрые.

Какие типы слотов и размеров PCI Express существуют, и что означают линии PCIe? Для подключения плат расширения к материнской плате PCI Express использует физические слоты. Обычными слотами PCI Express, которые мы видим на материнских платах, являются PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 и PCIe x16. Число, которое следует за буквой «х», говорит нам о физических размерах слота PCI Express, который, в свою очередь, определяется количеством контактов на нем. Чем больше число, тем длиннее слот PCIe и тем больше контактов, которые соединяют плату расширения с гнездом.

Кроме того, число «х» также указывает, сколько полос доступно в этом слоте расширения. Вот как сравниваются часто используемые слоты PCIe:

• PCIe x1: имеет 1 полосу , 18 контактов и длину 25 мм
• PCIe x4: имеет 4 линии , 32 контакта и длину 39 мм
• PCIe x8: имеет 8 линий , 49 контактов и длину 56 мм
• PCIe x16: имеет 16 линий , 82 контакта и длину 89 мм

Линии PCI Express — это пути между набором микросхем материнской платы и слотами PCIe или другими устройствами, являющимися частью материнской платы, такими как разъем процессора, слоты M.2 SSD, сетевые адаптеры, контроллеры SATA или контроллеры USB.

В PCI Express каждая полоса индивидуальна, что означает, что она не может быть разделена между различными устройствами. Например, если ваша видеокарта подключена к слоту PCIe x16, это означает, что она имеет 16 независимых линий, выделенных только для нее. Никакой другой компонент не может использовать эти полосы, кроме графической карты.

Вот идея, которая может упростить вам понимание того, что такое линии PCI Express: просто представьте, что PCI Express — это магистраль, а автомобили, которые едут по ней, — это данные, которые передаются. Чем больше полос движения доступно на шоссе, тем больше автомобилей можно проехать по нему; чем больше у вас PCIe-линий, тем больше данных можно передать.

Карта PCI Express может устанавливаться и работать в любом слоте PCIe, доступном на материнской плате, если этот слот не меньше платы расширения. Например, вы можете установить карту PCIe x1 в слот PCIe x16. Тем не менее, вы не можете сделать обратное. Например, вы можете установить звуковую карту PCIe x1 в слот PCIe x16, но вы не можете установить графическую карту PCIe x16 в слот PCIe x1.

Какие версии PCI Express существуют, и какую скорость передачи данных (пропускную способность) они поддерживают?

Сегодня используются четыре версии PCI Express: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0, PCI Express 3.0 и PCI Express 4.0. Каждая версия PCIe поддерживает примерно удвоенную пропускную способность предыдущего PCIe . Вот что предлагает каждый из них:

• PCI Express 1.0: имеет пропускную способность 250 МБ / с на линию
• PCI Express 2.0: имеет пропускную способность 500 МБ / с на линию
• PCI Express 3.0: имеет пропускную способность 984,6 МБ / с на линию
• PCI Express 4.0: имеет пропускную способность 1969 МБ / с на линию

Помните, что слоты PCIe могут предложить не одну, а несколько дорожек? Значения полосы пропускания, которые мы разделили, умножаются на количество линий, доступных в слоте PCIe. Если вы хотите рассчитать, сколько пропускной способности доступно для определенной платы расширения, вам нужно умножить пропускную способность PCIe на линию на количество доступных для нее линий.

Например, графическая карта, которая поддерживает PCI Express 4.0 и подключена к слоту PCIe x16, имеет доступ к общей пропускной способности около 31,51 ГБ / с. Это результат умножения 1969 МБ / с на 16 (пропускная способность PCIe на линию * 16 линий). Впечатляет, правда?

Вот как масштабируются версии PCI Express, если принять во внимание линии PCI Express:

В будущем появятся новые версии PCI Express, такие как PCI Express 5.0 и PCI Express 6.0. Спецификация PCIe 5.0 была доработана летом 2019 года, предлагая пропускную способность до 3938 МБ / с на линию и до 63 ГБ / с в конфигурации x16. Однако, скорее всего, мы не увидим его в ближайшее время на компьютерном оборудовании потребительского уровня.

Применение PCI Express в компьютере. Разъемы PCI Express

Контроллер (управляющее устройство) линий PCIe не так давно встраивался только в чипсет (главную микросхему) материнской платы. Но, начиная с 2009 года, контроллер PCIe добавляется производителями также и непосредственно в центральный процессор. Это уменьшает задержки и позволяет процессору более эффективно взаимодействовать с другими устройствами. Версии и количество линий PCIe в разных моделях процессоров и чипсетов отличается. Бо́льшая их часть формируется в разъемы, размещаемые на материнской плате. Они позволяют подключать к компютеру разнообразные устройства (видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, Wi-Fi-адаптеры и др.). На материнской плате современного компьютера можно найти разъемы PCIe нескольких видов, отличающихся количеством используемых в них линий PCIe (от х1 до х16 линий). Не зависимо от того, насколько старым является компьютер, и какая версия PCIe в нем используется, эти разъемы всегда выглядят одинаково:на изображении: верхний разъем — PCIe x4, по средине — PCIe x16, внизу — PCIe x1

Разные версии PCIe являются полностью совместимыми. То есть, если в старый компьютер, где используется версии PCIe 2.0, установить, например, видеокарту с PCIe 4.0, она будет нормально работать. Однако, реальная скорость обмена данными при этом у нее будет ограничена возможностями PCIe 2.0. И наоборот, в самый новый компьютер с PCIe 4.0 можно без проблем установить старую видеокарту с PCIe 2.0. Еще одной особенностью PCIe является совместимость разных ее разъемов. В разъем PCIe x16 можно подключить не только видеокарту, но и абсолютно любое другое устройство PCIe, в том числе и с разъемом PCIe x8, PCIe x4 или PCIe x1. Совместимость разъемов сохраняется также и в обратную сторону. То есть, в разъем PCIe x1 можно установить видеокарту с разъемом PCIe x16. Физически она туда не войдет, но если разрезать заднюю стенку разъема (как на изображении ниже), то все получится. Это, конечно же, «кустарщина» и без крайней надобности так делать не нужно. Тем более, что видеокарта при таком подключении будет работать в режиме PCIe x1, что весьма негативно скажется на ее быстродействии.

В ноутбуках для установки дополнительных устройств вместо упомянутых выше разъемов используется более компактный вариант — Mini PCIe. Линии PCIe используются также для создания некоторых других разъемов, в чатности, разъемов M.2 (служат для подключения современных запоминающих устройств, а также устройств некоторых других типов).

на изображении — разъем M.2 с запоминающим устройством в нем

Распиновка разъема PCI

Разъёмы Править

• MiniCard (Mini PCIe) — замена форм-фактора Mini PCI. На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, USB 2.0 и SMBus.
• ExpressCard — подобен форм-фактору PCMCIA. На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
• AdvancedTCA — форм-фактор для телекоммуникационного оборудования.
• Mobile PCI Express Module (MXM) — промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NV > PCI Express X1 Править

Mini PCI-E Править

Mini PCI Express — формат шины PCI Express для портативных устройств.

Для этого стандарта разъёма выпускается много периферийных устройств:

• WiFi-карты
• WiMax-карты
• GSM-модемы
• GPS-приёмники
• SSD-накопители — использует нестандартную распиновку разъёма Mini PCI-E (SSD Mini PCI Express)
• Контроллеры USB (2.0 или 3.0), SATA (I, II или III)
• Контроллер COM-портов (RS232)
• SMBus
• Выводы для индикаторных светодиодов
• Выводы подключения СИМ карт (для GSM WCDMA)
• Имеет зарезервированные контакты (для будущих устройств)
• Питание 1.5 В и 3.3 В

Файл:MiniPCI and MiniPCI Express cards.jpg

SSD Mini PCI Express Править

• PATA
• SATA
• USB
• Питание 3.3 В

Контакты SSD Mini PCI ExpressШаблон:Нет АИ

ExpressCard Править

Слоты ExpressCard на настоящее время (ноябрь 2010) применяются для подключения:

• Плат SSD накопителей
• Видеокарт
• Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
• Док-станций
• Измерительных приборов
• Памяти
• Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
• Мышей
• Сетевых адаптеров
• Параллельных портов
• Адаптеров PC Card/PCMCIA
• Расширения PCI
• Расширения PCI Express
• Дистанционного управления
• Контроллеров SATA
• Последовательных портов
• Адаптеров SmartCard
• ТВ-тюнеров
• Контроллеров USB
• Беспроводных сетевых адаптеров Wi-Fi
• Беспроводных широкополосных интернет-адаптеров (3G, CDMA, EVDO, GPRS, UMTS, и т. д.)
• Звуковых карт для домашнего мультимедиа и профессиональных аудиоинтерфейсов.

Максимизация совместимости совместно с PCIe

Как вы читаете в разделах размеров и версий выше, использует практически любую конфигурацию, которую вы можете себе представить. Если он
физически подходит, он вероятно, работает ..

это здорово.
Однако важно знать, что для увеличения пропускной способности (которая обычно соответствует максимальной производительности) вам нужно выбрать самую высокую
версию PCIe, поддерживаемую вашей материнской платой, и выбрать самый большой размер данного порта, который будет соответствовать

Например, графическая карта на высокоскоростном порту 3.0 x16 даст вам максимальную производительность, но только если материнская плата поддерживает высокоскоростной порт версии 3.0 и имеет
свободный высокоскоростной порт x16. Если модель системной платы использует исключительно PCIe 2.0, карта будет работать только с поддерживаемой скоростью (например,
64 Гбит/с в слоте x16).

Большинство материнских плат и персональных компьютеров, выпущенных в 2013 году или позже, вероятно, поддерживают Express v3.0. Если вы не уверены, проверьте
руководство по материнской плате или пк.
Если не получается найти какую-либо окончательную информацию о версии PCI, возможности использования вашей материнской платой, я рекомендую купить самую большую и
последнюю версию PCIe-карты, если она подойдет, конечно.

Устаревшие шлейфовые райзера для видеокарт

Самые простые райзера представляют собой шлейфы со штекерами PCI-Express (Male) стандартов 1x-16x с гнездами PCIe (Female) 1x-16x, идентичными слоту PCI-Express видеокарт на материнской плате.

Гнезда PCI-E (Female) разных модификаций:

Штекера PCI-Express (Male) разных стандартов:

Штекеры PCI Express разных стандартов имеют отличающееся количество контактов и длину.

Таблица с информацией о количестве контактов и длине штекеров PCI-Express:

В самых простых райзерах для передачи данных, а также питающего тока по линиям 3,3 и 12 вольт используются плоские шлейфы, схожие с кабелями IDE. Обычно они имеют длину до 30 см, так как при большей длине качество связи при обмене данными по линии PCI-Express оставляет желать лучшего.

Для майнинга нет необходимости использовать высокие скорости передачи данных, которые применяются в шине PCI Express разных поколений. В BIOS достаточно включить стандарт PCI Express 1.0 (PCI-E Gen 1.0), что обеспечит более высокую стабильность передачи данных на скорости 250 MB/s.

Таблица скорости передачи данных по шине PCI Express разных поколений:

Шлейфовые райзера с парами штекер/гнездо стандартов PCI-E 1х-16х, PCI-E 8х-16х, PCI-E 16х-16х для выноса GPU можно использовать без доработок.

Шлейфовые райзера с концевыми гнездами для видеокарт стандартов PCI-E 1х-4х и PCI-E 1х-8х также можно использовать для выноса видеокарт от материнской платы рига, только у них нужно сделать пропил в нижней части гнезда для платы видеокарты.

Доработка райзера PCI-E 1х-1х для майнинга с помощью пропила в гнезде видеокарты:

Райзер-шлейф PCI-E 1х-1х без дополнительного питания (для подключения к видеокарте требуется сделать пропил в гнезде):

Райзер-переходник со шлейфом 15 см без доппитания со штекером PCI-E 1x и гнездом 16х:

Шлейфовый райзер PCI-E 16х-16х без дополнительного питания с повернутым на 90 градусов гнездом PCI-E 16х для GPU:

Слабым местом шлейфовых райзеров является отставание проводов шлейфов от контактных дорожек, которое может привести к замыканию или потере контакта.

Фотография некачественно пропаянного шлейфового райзера (отошел контакт на штекере, плохая очистка от флюса):

У качественных шлейфовых райзеров проводники и места их припаивания защищены:

Стремление производителей улучшить качество шлейфовых райзеров привело к использованию плат-стоек, улучшенных кабелей передачи данных и добавлению дополнительных линий и цепей стабилизации/развязки питания видеокарт по линии PCI-E.

Для понимания того, как работает райзер с доппитанием нужно знать распиновку контактов штекеров/разъемов PCI-E, отвечающих за питание.

Нужно ли апгрейдить компьютер ради PCIe 4.0

Как уже говорилось выше, последней из официально вышедших версий PCIe является версия 5.0 (опубликованы официальные спецификации, но на практике она не используется). Самой «свежей» версией из используемых по состоянию на конец 2020 года является PCIe 4.0, и, судя по всему, еще долго будет таковой оставаться. Она вышла в 2017 году, однако внедрена в конкретные устройства лишь недавно, в 2019 году. Ее начала использовать компания AMD в процессорах Ryzen архитектуры Zen 2, а также в видеокартаx Radeon серии RX 5700 / 5500. Несомненно, это значительное достижение AMD, однако, оно пока является лишь заделом на будущее и не дает никаких практических преимуществ перед конкурентами. Компания Intel внедрять PCIe 4.0 в свои процессоры не торопится. Не спешит делать это и компания nVidia, видеокарты которой пока довольствуются PCIe 3.0. Все дело в том, что на современном этапе развития компьютерной техники возможностей PCIe 3.0 вполне достаточно. Превосходство PCIe 4.0 можно увидеть лишь в синтетических тестах. В практических же сценариях необходимости в настолько высоких скоростях обмена данными пока нет. Видеокарты с PCIe 4.0 вполне нормально работают и в системах с PCIe 3.0. Более того, даже в компьютерах с PCIe 2.0 они показывают почти такую же производительность в играх и других приложениях, как в компьютерах с PCIe 4.0. Но продлится это, судя по всему, не долго. Направлением, где в ближайшее время станет реально востребованной PCIe 4.0, являются современные М.2 SSD-накопители, быстродействие которых уже почти «уперлось в потолок » стандарта PCIe 3.0. Затем черед дойдет до видеокарт и другого оборудования. Так что апгрейдить старый компьютер только ради PCIe 4.0 пока нецелесообразно

Однако при покупке нового компьютера, который планируется к использованию достаточно длительнное время, брать во внимание версию PCIe, поддерживаемую его внутренними устройствами, однозначно нужно

Распиновка PCI-Express 4x