Сегодня я расскажу обо всём, что вам нужно знать, чтобы понять эту спецификацию, когда бы вы её ни увидели, в том числе о том, как сравниваются разные поколения PCIe и какие устройства используют PCIe x16.
Давайте не будем терять время и нырнём в тему прямо сейчас!
Что означает PCIe x16
Во-первых, давайте разберём PCIe x16.
«PCIe» означает «PCI Express», ссылаясь на доминирующий стандарт расширения материнских плат ПК за последние двадцать или около того лет.
«x16» – это спецификация, относящаяся либо к форм-фактору слота PCIe x16 (физическая длина слота), либо к полной пропускной способности линий x16 PCI Express (электрическая пропускная способность слота). Обычно указывает на оба, но не всегда.
Разобравшись с самим названием, мы теперь можем углубиться в определение PCI Express и PCIe x16.
Что такое PCI Express
Как упоминалось ранее, PCI Express является доминирующим стандартом для плат расширения ПК с момента его появления.
«PCI» означает «Interconnect Peripheral Component Interconnect», если вам интересно, и до того, как мы получили PCIe, существовало несколько (очень старых) не-Express версий PCI.
Основная причина, по которой PCI Express является доминирующим стандартом для карт расширения ПК, заключается в том, что он удваивает свою пропускную способность с каждым поколением, что делает его самым быстрым слотом на любой материнской плате, где он присутствует.
PCI Express также обеспечивает гибкость благодаря 4 разным размерам слотов и соответствующим конфигурациям дорожек (некоторые слоты могут не иметь соответствующих полос пропускной способности, подробнее об этом дальше в статье):
- PCI Express x1 – однополосный, наименьший слот
- PCI Express x4 – четыре линии, второй по размеру слот
- PCI Express x8 – восемь линий, второй по величине слот
- PCI Express x16 – шестнадцать линий, самый большой слот
Сегодня наше основное внимание сосредоточено на PCIe x16, так что давайте углубимся в это.
Что означает PCIe x16
PCIe x16 – это 16-канальный слот PCI Express или, по крайней мере, самый большой / самый длинный слот PCI Express. Это самый высокопроизводительный слот расширения с высокой пропускной способностью внутри любого ПК.
Устройства, обычно используемые со слотами PCIe x16
Что обычно подключается через слот PCIe x16? В основном, устройства относятся к одной из трёх категорий:
- Видеокарты. Чаще всего слот PCIe x16 используется для видеокарты или графического процессора.
- Сетевые карты – для высокопроизводительных сетевых сред (серверов и т.д.) более высокая пропускная способность PCIe имеет смысл для одновременного управления несколькими соединениями Ethernet
- Карты памяти для тяжелых условий эксплуатации. Также обычно на серверах некоторые схемы хранения для тяжелых условий эксплуатации (например, конфигурации RAID с несколькими дисками с большим количеством дисков большой емкости) могут управляться картой PCIe x16 RAID.
В целом, PCIe x16 известен тем, что используется с видеокартами. Другие карты PCIe x16, как правило, встречаются реже и сильно зависят от рабочей нагрузки.
Сравнение различных версий PCIe x16
PCIe x16 Gen 1
- Скорость в одном направлении: 4 гигабайта в секунду
- Скорость в двух направлениях: 8 гигабайт в секунду
- Дата выпуска: 2003 г.
Первоначально выпущенный в 2003 году, первый стандарт PCI Express представил слот x16 с беспрецедентной пропускной способностью.
Это также был первый преемник оригинального PCI, который часто делил место на материнских платах с обычными слотами PCI.
PCIe x16 Gen 2
- Скорость в одном направлении: 8 гигабайт в секунду
- Скорость в двух направлениях: 16 гигабайт в секунду
- Дата выпуска: 2007 г.
Всего через четыре года после первоначального выпуска в 2007 году появился PCI Express Gen 2.
Предлагая полное удвоение скорости по сравнению с исходным стандартом, PCIe Gen 2 оправдал обещания, данные развивающимся стандартом.
Слоты PCI, отличные от Express, в то время также были распространены для поддержки старых периферийных устройств.
PCIe x16 Gen 3
- Скорость в одном направлении: 16 гигабайт в секунду
- Скорость в двух направлениях: 32 гигабайта в секунду
- Дата выпуска: 2010 г.
PCI Express Gen 3, вероятно, является первым «современным» стандартом PCI Express и имеет самый длительный срок службы: он был выпущен в 2010 году и не терял лидерства до 2017 года.
За время существования PCI Express Gen 3 в области аппаратного обеспечения ПК было сделано много достижений, включая более широкое внедрение твердотельных накопителей и удаление устаревших портов, таких как PCI.
Одним из изменений, внесенных в PCIe Gen 3, которое продолжается и в новых поколениях, является введение слотов NVMe M.2 на материнскую плату.
Они позволяют использовать твердотельные накопители с пропускной способностью PCI Express, хотя обычно они ограничены пропускной способностью x4. Однако, карты x16 и x8 можно использовать для добавления M.2 в системы без слота.
PCIe x16 Gen 4
- Скорость в одном направлении: 32 гигабайта в секунду
- Скорость в двух направлениях: 64 гигабайта в секунду
- Дата выпуска: 2017 г.
PCI Express Gen 4 – один из актуальных стандартов и самый распространенный в материнских платах, выпущенных с 2017 года.
Как только мы преодолеем PCI Express Gen 4 – что стало первым серьёзным изменением в PCIe за семь лет, прошедших с Gen 3, – мы также начнём преодолевать более высокие уровни того, на что способны хранилища NVMe и современные графические процессоры.
Даже графические процессоры последнего поколения начинают нарушать возможности максимальной пропускной способности, предлагаемые PCIe Gen 3, требуя PCIe 4.0 или новее.
PCIe x16 Gen 5
- Скорость в одном направлении: 64 гигабайта в секунду
- Скорость в двух направлениях: 128 гигабайт в секунду
- Дата выпуска: 2019 г.
PCI Express Gen 5 был выпущен в 2019 году и стал быстрым высокопроизводительным обновлением плат Gen 4.
Это также самая быстрая версия PCI Express, доступная в настоящее время на момент написания (конец 2022 г.), поскольку Gen 6 был анонсирован, но фактически ещё не выпущен на готовых к продаже материнских платах.
На момент написания статьи даже самые мощные графические процессоры, доступные на рынке, такие как RTX 4090, не могли полностью насытить пропускную способность, предлагаемую PCI Express 5.0 x16.
Тот день, когда нам понадобится больше, чем PCIe Gen 5 для работы графических процессоров без узких мест, должен быть довольно далёк.
PCIe x16 Gen 6
- Скорость в одном направлении: 128 гигабайт в секунду
- Скорость в двух направлениях: 256 гигабайт в секунду
- Дата выпуска: 2021 г.* (объявлено, на момент написания статьи не было в материнских платах, вероятно, появится на рынке в 2023 г.)
PCI Express Gen 6 – это новейший стандарт PCI Express, но пока он только анонсирован и не используется в материнских платах.
Даже если он станет доступен, мы не увидим повсеместного использования PCIe Gen 6 до 2023 года, а потребительские платы могут даже не получить эту функцию до 2024 года.
И, да, я очень сомневаюсь, что какие-либо видеокарты, выпущенные в ближайшие пять лет, будут насыщать полосу пропускания PCIe Gen 6 x16.
Все ли слоты PCIe x16 одинаковы
Помимо различий между поколениями, о которых говорилось непосредственно выше, важно уточнить, что на многих материнских платах линии PCIe x16 могут фактически быть ограничены полосой пропускания x8.
В качестве альтернативы может быть только один слот x16 вместо дополнительного слота x16 в полосе пропускания x8. Подобные сокращения обычно делаются для удешевления производства материнской платы, поэтому вы так часто видите эти компромиссы в бюджетных платах.
Обычно вы можете увидеть разницу, если посмотрите достаточно внимательно, как показано на изображении ниже:
Несмотря на то, что слот имеет механическую длину слота x16, контакты достигают длины только до x8.
Обычно вы увидите только несколько полноразмерных слотов PCIe x16 с полной пропускной способностью на материнской плате более высокого уровня.
Платы более высокого класса с лучшими наборами микросхем и более мощными процессорами могут более эффективно использовать всю полосу пропускания, необходимую для нескольких полноскоростных слотов PCIe x16.
Часто задаваемые вопросы
Как работают линии PCIe на материнской плате?
Хотите узнать, как работают линии PCIe и сколько их нужно для поддержки рабочих нагрузок вашего ПК? Изучите руководство по линиям PCIe.
Однако, прежде чем вы решите отправиться туда, у меня есть несколько быстрых советов о линиях PCIe:
- Пользователям, которые используют только одну карту x16, обычно не нужно беспокоиться о покупке более дорогих плат или процессоров для увеличения поддержки линий.
- Визуальная разница между слотом PCIe x16 и слотом x8 PCIe x16 очевидна, если вы знаете, что ищете.
- Платы более высокого уровня, как правило, лучше, если вы планируете использовать несколько карт расширения PCI Express, накопителей NVMe или и то, и другое. Платы более высокого класса также будут поддерживать более высокие скорости ОЗУ и возможности разгона ЦП.
Можно ли использовать карты PCIe x16 в слотах PCIe x8 или наоборот?
Да, в обе стороны! Однако, есть одна загвоздка.
Для карт PCIe x8, используемых в слотах PCIe x16, недостатков нет. Большие слоты могут без проблем поддерживать карты меньшего размера.
Для карт PCIe x16, используемых в меньших слотах PCIe x8, базовая совместимость по-прежнему сохраняется… но, поскольку не весь разъём используется и вы используете более медленный слот, не вся пропускная способность будет сохранена.
Таким образом, карты PCIe x16 работают в слотах x8, но в результате могут столкнуться со снижением производительности, особенно карты высокого класса.
Существуют ли твердотельные накопители PCIe x16?
Нет! Твердотельные накопители PCI Express и NVMe не используют полосу пропускания x16. Твердотельные накопители NVMe зависят от пропускной способности PCIe x4 с выделенными слотами M.2 NVMe.
Между тем, большинство твердотельных накопителей PCI Express, которые поставлялись с реальными картами, уже давно были заменены дисками NVMe.
Даже специализированные твердотельные накопители Intel Optane, которые по-прежнему выпускаются в форм-факторе карты, полагаются на PCIe x4 вместо x16.
