2 схемы

Описание Править

В отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда.

Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

• горячая замена карт;
• гарантированная полоса пропускания (QoS);
• управление энергопотреблением;
• контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.

Особенности стандарта PCI Express, его версии

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel. Спецификации первой его версии появились еще в 2002 году. Сейчас развитием PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group, в совет директоров которой входят представители основных разработчиков аппаратного и программного обеспечения (Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems, HP, NVIDIA и другие). В своем развитии PCIe прошел несколько этапов и уже развился до версии 5.0. PCIe является полнодуплексным протоколом, то есть предусматривает использование независимых друг от друга каналов приёма и передачи данных (устройство может одновременно отправлять и получать данные). Перед отправкой данные кодируются в блоки. Это необходимо для синхронизации передающего и принимающего устройств, а также уменьшения влияния помех. В версиях PCIe 1.0 и PCIe 2.0 используется схема кодирования8b/10b . То есть, каждый 8-битный блок кодируется в 10-битный, в котором только 80% передаваемых данных являются полезными. Остальные 20% нужны для обеспечения правильной работы протокола. В PCIe 3.0 и боле новых ее версиях данные кодируются по более эффективной схеме128b/130b (каждые 128 бит кодируются в 130-битный блок). Доля полезного содержания в передаваемых данных здесь составляет уже около 98,46%. Разные версии PCIe отличаются не только способом «упаковки» битов в блоки, но и частотой передачи данных. В PCIe 1.0 она составляет 2,5 ГТ/с (гигатранзакций в секунду), то есть за одну секунду передается 2,5 миллиарда битов. Для лучшего восприятия переведем это в привычные единицы:2,5*109 Бит / с = 312,5‬ Мегабайт / с. Учитывая, что только 80% из них являются полезными данными, реальная пропускная способность PCIe 1.0 составляет 250 Мегабайт / с. В PCIe 5.0 частота передачи данных возросла аж до 32 ГТ/с. Переведем это в удобный вид:32*109 Бит / с = 4000‬ Мегабайт / с = 4 Гигабайт / с. Поскольку полезные данные составляют 98,46%, реальная пропускная способность PCIe 5.0 равна 3,938 Гигабайт / с. Подробнее об особенностях разных версиях PCIe см. в таблице:

Описание протокола Править

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое линией (Шаблон:Lang-en — полоса, ряд); это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Соединение (Шаблон:Lang-en — связь, соединение) между двумя устройствами PCI Express состоит из одной (x1) или нескольких (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленных последовательных линий. Каждое устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, с одной линией (x1).

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

• карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);
• слот большего физического размера может использовать не все линии (например, к слоту x16 можно подвести проводники передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако при этом необходимо подключить все проводники питания и заземления, необходимые для слота x16).

В обоих случаях на шине PCI Express будет использоваться максимальное количество линий, доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express. Например, карта x4 физически не поместится в стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одной линии. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины, чем разъем. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI (заметим, что шина PCI для передачи сигнала о запросе на прерывание использует отдельные физические линии IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, гигабитный Ethernet), информация о Шаблон:D- должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне PCI Express использует метод канального кодирования 8b/10b (8 бит в десяти, избыточность — 20 %) для устранения постоянной составляющей в передаваемом сигнале и для встраивания информации о синхронизации в поток данных. В PCI Express 3.0 используется более экономное кодирование 128b/130b с избыточностью 1,5 %.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют метод, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных и для «размывания» спектра передаваемого сигнала. Спецификация PCI Express также предусматривает функцию скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.

В чем разница между PCI Express 3.0 и 4.0

Основная разница между PCI Express 3.0 и 4.0 заключается в скорости передачи данных. Каждая версия PCI Express получает удвоение пропускной способности и 4-я версия не исключение. При использовании 16 линий через PCI-e 4.0 можно передавать данные со скоростью31,5 ГБайт/с, что в два раза больше, чем при использовании версии 3.0.

Разница в пропускной способности выглядит впечатляюще, но многим устройствам такая большая скорость на данный момент не нужна. Поэтому реальный прирост производительности может быть намного меньше.

Например, в таблице внизу приведены результаты видеокарты Radeon RX 5700 XT при ее подключении с помощью PCI-e 3.0 и PCI-e 4.0. Как видно, более высокая пропускная способность PCI-e 4.0 практически не влияет на производительность видеокарты в играх.

С другой стороны, твердотельные диски (SSD) очень чувствительны к скорости подключения и в этом случае разница между PCI Express 3.0 и PCI Express 4.0 более заметна.

Например, в таблице внизу приведены результаты двух похожих SSD накопителей: FireCuda 510 и FireCuda 520. Первый из которых использует интерфейс PCI-e 3.0, а второй PCI-e 4.0.

Как видно, при последовательном чтении прирост производительности почти полуторакратный. В новых SSD, которые будут выпускаться под PCI-e 4.0 эта разница может быть еще существенней.

Какие типы карт PCI Express существуют?

Благодаря требованию более быстрых, реалистичных видеоигр и инструментов редактирования видео, видеокарты были первыми типами компьютерной периферии,
чтобы воспользоваться преимуществами, предлагаемыми непосредственно PCIe.

В то время как видеокарты по-прежнему остаются наиболее распространенным типом PCIe-карты, вы обнаружите, что другие девайсы, которые значительно
быстрее подключаются к системной плате, процессору и ОЗУ. Также все чаще производятся PCIe-соединения вместо обычного PCI.
Например, многие высококачественные звуковые карты теперь используют высокоскоростной порт, а также повышают количество проводных и беспроводных сетевых
интерфейсных карт.

Карты контроллера жесткого диска могут быть наиболее полезными для PCI-E после видеокарты. Подключение высокоскоростного PCIe SSD-накопителя к этому
высокоскоростному интерфейсу позволяет значительно быстрее считывать, потом записывать диск. Некоторые контроллеры жестких дисков PCIe даже включают
встроенный SSD, сильно изменяя, как устройства хранения традиционно подключены внутри пк.

Конечно, замена PCIe на PCI и AGP полностью на более новые системные платы, почти каждый тип внутренней карты расширения, основанной на старых
интерфейсах, перестраивается для возможности использования шины PCI Express. Это включает в себя такие вещи, как карты расширения USB, карты Bluetooth и т.д.

Распиновка PCI-Express 8x

Влияние количества линий на пропускную способность

Теперь, чтобы расширить нашу метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипремаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.

PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2020 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах : x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).

Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями. Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.

Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.

Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в магазине, то полоса x1 и будет этим единственным продавцом, обслуживающим одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами — уже 4 линии х4. И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.

Различные карты PCI Express

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.

Райзера с несколькими разъемами питания

Начиная с версии 008 начали выпускаться райзера с несколькими разъемами питания на одной плате.

Они удобны тем, что предоставляют возможность подключения дополнительного питания райзера через один из разъемов 15/6/4-pin (SATA, VGA и Molex):

Подключение питания по 15-пиновому разъему SATA делать нежелательно. Предпочтительнее запитывать райзер 4-пиновым разъемом Молекс, но лучше всего это делать через 6-пиновый разъем питания GPU.

Райзера версии 008S (белые)

Партия многоразъемных райзеров PCE164P-N06 (ver 008s) со стабилизатором US1030 имеет очень хорошее качество.

Райзера со стабилизатором AIC1084 нужно проверять. При отсутствии стабилизации напряжения 3,3 вольта их нельзя применять для майнинга и нужно произвести доработку по методике, описанной здесь:

Можно просто выпаять резистор R6 и замкнуть выводы резистора R5 (в качественных райзерах 008s это сделано на производстве).

Качественный riser версии 008S без резисторов R5, R6:

Разновидность райзера ver 8.0 (белый) с переходником на разъем М2 материнской платы:

В этом райзере нужно обязательно проверять стабильность линии 3,3 вольта.

Райзера версии 9.0

Это последняя версия многоразъемных райзеров, в которой должны быть учтены недостатки предыдущих моделей. Тем не менее, некоторые райзера версии 009C заслужили плохую славу из-за многочисленных проблем в цепи стабилизации питания видеокарты. Из-за этого их называют убийцами видеокарт.

Хорошее видео о ремонте видеокарты, сгоревшей из-за бракованного райзера есть на ютуб-канале «Майнеры в носках»  здесь.

Райзера 009C, а также модификация SU-103C (черные) – убийцы видеокарт:

В райзерах 009C/SU-103C (черные) используется понижающие конверторы FR9888 или FR9889. При их неверной регулировке они легко убивают видеокарту.

Для стабилизации напряжения 3,3 вольта по спецификации FR9888 должна использоваться следующая схема:

Почему то китайские производители иногда пренебрегают спецификацией и неправильно делают обвязку, либо вообще в эту схему ставят стабилизатор FR9889, который в такой ситуации ведет себя совершенно иначе, выдавая значительно повышенное напряжение по линии 3,3 вольта, убивающее видеокарту. Эта проблема есть не во всех райзерах 9-й серии и она решается.

О неисправностях, связанных с этими райзерами есть видео. У них нужно обязательно проверять напряжение +3,3 вольта на резисторе D5 под нагрузкой (с дешевой видеокартой):

Еще о проблемах с этими райзерами можно почитать на miningclub и на club.dns-shop.

Если нет желания заморачиваться с ремонтом и проверять напряжение, которое выдает райзер версии 009, то лучше вообще не использовать эту модификацию.

Синие райзера версии 009s:

Синие райзера 009s сделаны качественно и мало чем отличаются от синей версии 006c:

Качественные райзера версии 009s-x с улучшенной стабилизацией и сглаживанием питания:

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;