Technologie: PCI-X a PCI Express – nástupci PCI sběrnice
15.9.2003, Jan Vítek, článek
Zhruba před deseti lety se odehrála revoluce, která změnila vstupní a výstupní rozhraní osobních počítačů k nepoznání. Nastupující PCI sběrnice začala postupně vytlačovat pomalé ISA, EISA a VL-BUS. V nejbližších letech se má stát něco podobného a hlavními aktéry revoluce se stanou nejspíše PCI-X a PCI Express. Jak se vyvíjely a co nám mohou nabídnout? Čtěte dále....
Kapitoly článku:
PCI Express
V oblasti přenosu dat je módou posledních let přesun od paralelních přenosových technologií k vysokorychlostním sériovým rozhraním, která jsou jednodušší, levnější, snadno modernizovaná a nastavitelná (USB). PCI Express se vydal právě touto cestou.
PCI Express je tedy nový název pro technologii 3GIO vyvinutou Intelem, který ji minulý rok předal organizaci PCI SIG, aby z ní udělala nástupce PCI pro příští dekádu. PCI Express je navrhnuta tak, aby zasahovala do několika segmentů výpočetní techniky: desktop PC, mobilní zařízení, komunikační servery, pracovní stanice a integrovaná řešení, což je určitý pokrok od PCI, která byla původně navrhnutá jen pro desktop PC. Díky sériovému designu je PCI Express kompaktnější než PCI - vyžaduje daleko méně "vodičů", čímž by se měla usnadnit a zlevnit výroba. Také návrhy PCB (plošné spoje) mohou být tímto jednodušší, čímž se uvolňuje prostor pro jiné prvky. Tolik změn oproti PCI ale také neznamená, že se tímto zříká kompatibility. Minimálně softwarový model by měl být zpětně kompatibilní se standardem PCI.
Sběrnice PCI používala BUS mastering, aby svým zařízením umožnila snadnou a rychlou komunikaci a přenos dat. PCI Express BUS mastering nepotřebuje, neboť její point-to-point architektura zajišťuje přímé propojení bez nutnosti sdílení sběrnice.
Pro budoucnost má PCI Express připraveny své trumfy. Na větší propustnost se může připravit vyšší frekvencí, nebo "jednoduchým" přidáním datových spojení, které je možné právě kvůli sériovému designu.
Další vlastnosti PCI Express bych představil v heslech:
Obr.4 - Oficiální logo PCI Express
Jak vypadá samotná architektura spojení s hlavní sběrnici počítače? PCI Express je složen ze samotného řadiče - host bridge, který bude nejspíše integrován v northbridge, nebo southbridge, switche a konečně samotných zařízení připojených na sběrnici.
Obr.5 - Topologie systému s PCI Express
Switch zajišťuje peer-to-peer komunikaci mezi jednotlivými zařízeními a v případě, že přenos dat nevyžaduje využití vyrovnávací (cache) paměti, switch nemusí posílat data host bridgi a rovnou je přeposílá cílovému zařízení. Vzhledem k funkci a k tomu, že data posílaná po sběrnici PCI Express mají také svoji hlavičku, se pojmenování nejspíše zvolilo díky funkční podobnosti s inteligentním síťovým rozbočovačem, který se také nazývá switch.
Obr.6 - Implementace PCI Express do desktopových systémů
Co se týče fyzické realizace a hlavně ko-existence PCI Express s existujícím PCI slotem, je vše zařízeno tak, aby se co nejméně zasáhlo do nynějších PCB. Na základní desce, která bude obsahovat sběrnici PCI Express, budou PCI sloty rozšířeny o 1 krátký slot, který bude umístěn za samotný PCI slot. Takže pokud zapojíme kartu PCI Express, bude využívat právě tento slot. Karty PCI se spokojí se svým starým PCI slotem. Je to tedy něco na způsob slotu AGP a AGP pro, je zde jen rozdíl v umístění rozšiřujících slotů. Co se týče mobilních zařízení, také slot PCMCIA bude změněn na nový standard nazvaný NEWCARD, který přijde v modifikacích Single-wide a Double-wide - podle šířky slotu.
Nyní však k tomu nejdůležitějšímu - datové propustnosti. PCI Express dosahuje bezkonkurenční propustnosti - 200MB/s v kategorii BW/Pin (BandWidth per Pin), tzn. množství dat, která dokáže přenést 1 datový spoj v obou směrech. Zatím se s PCI Express počítá v čipové sadě Intel Grantsdale, kde PCI Express X16 bude dosahovat propustnosti 4 GB/s v obou směrech, což je asi dvojnásobek propustnosti AGP 8x. Netřeba upozorňovat, že tento výkon má první generace sběrnice a další vylepšení jsou samozřejmě nasnadě. Zatím je ale tento výkon více než dostatečný.
Jak tedy vypadá budoucnost pro PCI Express? Řekl bych, že více než slibně. Výkonnostní potenciál, nastavitelnost a univerzálnost otevírá bránu pro to, aby se PCI Express stala sběrnicí budoucnosti a nahradila tak PCI, včetně jejího fenomenálního nástupu. Sběrnice PCI-X bude mít co dělat, aby se udržela v zorném poli výrobců hardware, ale radši ještě nepředbíhejme. Zařízení pro PCI Express se neobjeví dříve, než v roce 2004 a hlavně dokud Intel neuvede na trh základní desky s čipovou sadou Grantsdale. Počkejme si tedy na další vývoj.
V oblasti přenosu dat je módou posledních let přesun od paralelních přenosových technologií k vysokorychlostním sériovým rozhraním, která jsou jednodušší, levnější, snadno modernizovaná a nastavitelná (USB). PCI Express se vydal právě touto cestou.
PCI Express je tedy nový název pro technologii 3GIO vyvinutou Intelem, který ji minulý rok předal organizaci PCI SIG, aby z ní udělala nástupce PCI pro příští dekádu. PCI Express je navrhnuta tak, aby zasahovala do několika segmentů výpočetní techniky: desktop PC, mobilní zařízení, komunikační servery, pracovní stanice a integrovaná řešení, což je určitý pokrok od PCI, která byla původně navrhnutá jen pro desktop PC. Díky sériovému designu je PCI Express kompaktnější než PCI - vyžaduje daleko méně "vodičů", čímž by se měla usnadnit a zlevnit výroba. Také návrhy PCB (plošné spoje) mohou být tímto jednodušší, čímž se uvolňuje prostor pro jiné prvky. Tolik změn oproti PCI ale také neznamená, že se tímto zříká kompatibility. Minimálně softwarový model by měl být zpětně kompatibilní se standardem PCI.
Sběrnice PCI používala BUS mastering, aby svým zařízením umožnila snadnou a rychlou komunikaci a přenos dat. PCI Express BUS mastering nepotřebuje, neboť její point-to-point architektura zajišťuje přímé propojení bez nutnosti sdílení sběrnice.
Pro budoucnost má PCI Express připraveny své trumfy. Na větší propustnost se může připravit vyšší frekvencí, nebo "jednoduchým" přidáním datových spojení, které je možné právě kvůli sériovému designu.
Další vlastnosti PCI Express bych představil v heslech:
- nízká spotřeba energie, management spotřeby
- schopnost "porozumět" odlišným datovým strukturám
- možnost hot-swap a hot-plug
- kontrola chyb a integrity dat
- podpora izochronního přenosu dat
Obr.4 - Oficiální logo PCI Express
Jak vypadá samotná architektura spojení s hlavní sběrnici počítače? PCI Express je složen ze samotného řadiče - host bridge, který bude nejspíše integrován v northbridge, nebo southbridge, switche a konečně samotných zařízení připojených na sběrnici.
Obr.5 - Topologie systému s PCI Express
Switch zajišťuje peer-to-peer komunikaci mezi jednotlivými zařízeními a v případě, že přenos dat nevyžaduje využití vyrovnávací (cache) paměti, switch nemusí posílat data host bridgi a rovnou je přeposílá cílovému zařízení. Vzhledem k funkci a k tomu, že data posílaná po sběrnici PCI Express mají také svoji hlavičku, se pojmenování nejspíše zvolilo díky funkční podobnosti s inteligentním síťovým rozbočovačem, který se také nazývá switch.
Obr.6 - Implementace PCI Express do desktopových systémů
Co se týče fyzické realizace a hlavně ko-existence PCI Express s existujícím PCI slotem, je vše zařízeno tak, aby se co nejméně zasáhlo do nynějších PCB. Na základní desce, která bude obsahovat sběrnici PCI Express, budou PCI sloty rozšířeny o 1 krátký slot, který bude umístěn za samotný PCI slot. Takže pokud zapojíme kartu PCI Express, bude využívat právě tento slot. Karty PCI se spokojí se svým starým PCI slotem. Je to tedy něco na způsob slotu AGP a AGP pro, je zde jen rozdíl v umístění rozšiřujících slotů. Co se týče mobilních zařízení, také slot PCMCIA bude změněn na nový standard nazvaný NEWCARD, který přijde v modifikacích Single-wide a Double-wide - podle šířky slotu.
Nyní však k tomu nejdůležitějšímu - datové propustnosti. PCI Express dosahuje bezkonkurenční propustnosti - 200MB/s v kategorii BW/Pin (BandWidth per Pin), tzn. množství dat, která dokáže přenést 1 datový spoj v obou směrech. Zatím se s PCI Express počítá v čipové sadě Intel Grantsdale, kde PCI Express X16 bude dosahovat propustnosti 4 GB/s v obou směrech, což je asi dvojnásobek propustnosti AGP 8x. Netřeba upozorňovat, že tento výkon má první generace sběrnice a další vylepšení jsou samozřejmě nasnadě. Zatím je ale tento výkon více než dostatečný.
Jak tedy vypadá budoucnost pro PCI Express? Řekl bych, že více než slibně. Výkonnostní potenciál, nastavitelnost a univerzálnost otevírá bránu pro to, aby se PCI Express stala sběrnicí budoucnosti a nahradila tak PCI, včetně jejího fenomenálního nástupu. Sběrnice PCI-X bude mít co dělat, aby se udržela v zorném poli výrobců hardware, ale radši ještě nepředbíhejme. Zařízení pro PCI Express se neobjeví dříve, než v roce 2004 a hlavně dokud Intel neuvede na trh základní desky s čipovou sadou Grantsdale. Počkejme si tedy na další vývoj.
