Що таке PCIe – скільки ліній потрібно для швидкої роботи

При виборі материнської плати і процесора для збирання ПК більшість збирачів зважають на вибір правильної кількості ліній PCIe. Їхня ідентифікація має вирішальне значення не тільки для нового складання, але й знижує потребу в оновленнях у майбутньому, зберігаючи вашу установку на майбутнє.

Хоча перше, що спадає на думку, коли ви думаєте про PCIe, може бути слот на материнській платі, до якого ви підключаєте свою відеокарту, ця технологія набагато ширша.

p align="justify"> Лінії PCIe, виділені компоненту, можуть серйозно вплинути на такі завдання, як рендеринг з використанням декількох графічних процесорів, оскільки пропускна здатність цих смуг обмежує максимальну продуктивність компонента, підключеного до слота PCIe.

У цьому посібнику ми познайомимо вас з різними типами конфігурацій та поколінь PCIe, з якими ви можете зіткнутися, та допоможемо вам визначити необхідну кількість ліній PCIe залежно від вашого робочого навантаження.

Що таке PCIe

PCIe або Peripheral Component Interconnect Express - це тип інтерфейсу, який дозволяє підключати до комп'ютера високошвидкісні компоненти, такі як відеокарти, твердотільні накопичувачі та карти Wi-Fi.

Типові роз'єми PCIe мають форму слотів розширення на материнській платі, що дозволяє фізично підключати пристрій, що підтримується.

Пояснення ліній PCIe

Лінії PCIe – це фізичний зв'язок між пристроєм із підтримкою PCIe та процесором/набором мікросхем.

Лінії PCIe складаються з двох пар мідних проводів, які зазвичай називають доріжками, які проходять через друковану частину материнської плати, з'єднуючи пристрій з підтримкою PCIe або з процесором, або з набором мікросхем материнської плати.

Ви можете думати про одну смугу PCIe як про шосе, яким транспортні засоби (дані) рухаються в обох напрямках (туди і назад) одночасно.

Одному пристрою може бути виділено до 32 таких двонаправлених ліній PCIe, що дозволяє забезпечити передачу даних з високою пропускною здатністю та малою затримкою.

Пояснення конфігурацій PCIe x1, x4, x8 та x16

Стандартно кожне з'єднання PCIe має 1, 4, 8, 16 або 32 лінії передачі даних, хоча споживчі системи не підтримують 32 лінії. Як і слід очікувати, пропускна здатність буде збільшуватися лінійно з кількістю ліній PCIe.

Більшості відеокарт на сучасному ринку потрібно як мінімум 8 ліній PCIe для максимальної продуктивності в іграх та додатках для рендерингу.

Хоча відеокарти сумісні з менш ніж вісьмома лініями PCIe, слід очікувати зниження продуктивності.

У конфігураціях із кількома графічними процесорами рекомендується використовувати вісім доріжок для кожного графічного процесора, але залежно від робочого навантаження ви можете використовувати менше ліній.

Такі функції, як NVLink від Nvidia, допомагають знизити навантаження на шину PCIe і дозволяють розміщувати відеопам'ять на кількох графічних процесорах, але оскільки споживчі карти відмовляються від підтримки цієї функції, краще інвестувати в систему з достатньою кількістю ліній PCIe для декількох графічних процесорів, не розраховуючи на підтримку NVLink.

Не всі слоти PCIe однакові

Фізичний розмір роз'єму PCIe на материнській платі свідчить про його конфігурацію.

Типовими слотами PCIe є x1, x4, x8 та x16. Щоб спростити різницю між фізичними слотами і лініями, ми називатимемо їх механічними та електричними, відповідно.

В ідеальному сценарії ви можете припустити, що число специфікації роз'єму вказує на кількість ліній PCIe, які він підтримує, але це не завжди так.

Кількість ліній PCIe, виділених для конкретного пристрою або слота на материнській платі, варіюється, і виробник зазвичай відповідає за встановлення кількості ліній.

Візьмемо, наприклад, слоти PCIe x16 для відеокарт на материнській платі. Легко припустити, що механічний слот x16 використовує 16 ліній PCIe, але в залежності від таких факторів, як ваш процесор, набір мікросхем материнської плати та кількість графічних процесорів, це число може змінитися.

Подивіться на X570 ROG Crosshair VIII Hero вище. Два верхні механічні слоти PCIe x16 призначені для використання з відеокартами.

Однак механічний слот x16 вгорі – єдиний слот з 16 фізичними лініями PCIe, які можна розглянути, збільшивши зображення.

Середній механічний слот x16 має вісім ліній PCIe, а нижній чотири.

Незважаючи на те, що слот має механічну довжину слота x16, контакти досягають довжини тільки x8.

Крім того, використання двох графічних процесорів на цій материнській платі змусить верхній слот працювати тільки з вісьмома лініями через обмеження процесора, хоча до нього підключено 16 фізичних ліній PCIe.

Оскільки материнська плата використовує PCIe Gen 4, це не впливає на продуктивність графічного процесора між 8 і 16 лініями, за умови, що графічний процесор підтримує PCIe 4.0. Навіть відеокарти PCIe Gen 3 працюватимуть нормально.

Проте з більш старими поколіннями PCIe та материнськими платами вплив на продуктивність буде значним.

Чіпсет та процесор виділяють лінії PCIe

Лінії PCIe на материнській платі виходять від самого процесора, або від набору мікросхем материнської плати.

Як правило, процесорні лінії зарезервовані виключно для слотів графічних карт x16 і слотів M.2 для високошвидкісних накопичувачів твердотільних, оскільки вони вимагають переміщення даних без обмеження чіпсетом.

З іншого боку, лінії чіпсету підключаються до вбудованого USB, інших слотів M.2 та PCIe та SATA. Сам чіпсет передає дані процесору виділеної 4-смугової шині PCIe.

Таким чином, усі пристрої, підключені через лінії PCIe до чіпсету, матимуть обмеження на максимальну пропускну здатність, що призведе до виникнення вузьких місць.

При виборі материнської плати ви повинні переконатися, що слоти PCIe, які ви плануєте використовувати, безпосередньо підключені до процесора. Ви можете використовувати слот PCIe, підключений до чіпсету, але ризикуєте зіткнутися з вузькими місцями.

Надійний спосіб визначити фізичне з'єднання слота PCIe x16 – це визначити виділені лінії, оскільки 16 або 8 ліній будуть безпосередньо пов'язані з процесором. Найвищий слот PCIe майже завжди підключений до ЦП, але обов'язково зверніться до посібника з материнської плати, щоб переконатися, що це так.

Вимоги PCIe для відеокарт

Ви можете поставити запитання, чи необхідна для максимальної продуктивності робота вашої відеокарти на рекомендованій кількості ліній PCIe.

Точна відповідь на це питання залежить від типу виконуваної вами роботи, типу графічного процесора, який ви хочете використовувати, та кількості графічних процесорів, які ви плануєте використовувати з вашою установкою.

Навіть для завдань рендерингу, які потребують великої пропускної здатності, один графічний процесор поточного покоління, такий як RTX 3080, може працювати практично однаково під час роботи на 8 або 16 лініях PCIe Gen 3.0/4.0.

Якщо пристрій, підключений до PCIe, такий як графічна карта, працює з максимальною пропускною здатністю, що забезпечується наданими йому лініями PCIe, кажуть, що лінії PCIe перевантажені.

Залежно від покоління та кількості ліній PCIe, що надаються, насичення смуги пропускання варіюватиметься між підключеннями PCIe.

Для встановлення з кількома графічними процесорами використання кожного графічного процесора на восьми лініях забезпечить ідеальну продуктивність.

Якщо ви зіткнулися з невеликим падінням продуктивності, використання карток на чотирьох лініях можливе, але не рекомендується. Ви можете звернутися до таблиці нижче, щоб краще зрозуміти вимоги до пропускної спроможності популярних відеокарт та вирішити, скільки ліній PCIe ви хочете виділити.

У наступній таблиці показано мінімальна кількість та покоління ліній PCIe, які потрібні популярним графічним процесорам, щоб пропускна спроможність PCIe не обмежувала їх:

Примітки до наведеної вище таблиці:

Масштабування лінії PCIe сильно залежатиме від типу виконуваних вами робочих навантажень.

Якщо ви рендеруєте прості 3D-сцени або граєте в ігри, які легко поміщаються у відеопам'ять вашого графічного процесора, і їм практично не потрібен зв'язок по шині PCIe, ви, швидше за все, майже не побачите вузьких місць, навіть при використанні меншої кількості ліній PCIe, що рекомендовано вище.

Для завдань, які потребують постійного зв'язку з ЦП або доступу до системної пам'яті, вузькі місця будуть набагато більш вираженими.

Також зверніть увагу, що лінії PCIe можна скоротити лише вдвічі. Незважаючи на те, що RTX 3090 може працювати без вузьких місць (<1%) при частоті трохи вище за PCIe 4 x8 (наприклад, PCIe 4 x9), ви не можете використовувати лінії PCIe x9. Ви повинні щоразу подвоювати свої лінії.

Покоління PCIe – не всі лінії рівні

Стандарт PCIe зазнав загалом шість змін з моменту його створення у 2003 році.

Хоча п'яте та шосте покоління PCIe ще не вийшли на ринок, PCIe 4.0 та 3.0 – це те, з чим ви зіткнетеся сьогодні при покупці нового ПК.

Кожне покоління PCIe дотепер подвоювало швидкість передачі (зазвичай позначену в ГТ/с) попереднього покоління, прокладаючи шлях швидшим пристроям для легкого підключення до комп'ютерів.

Кожне нове покоління також зменшувало затримку, що було необхідно для таких пристроїв, як відеокарти.

PCIe 4.0 проти 3.0: пропускна здатність вдвічі вища

PCIe 4.0, випущений у 2017 році, був прийнятий споживчим ринком лише у 2019 році, при цьому третє покоління процесорів AMD Ryzen стало першим, що підтримує нове покоління PCIe.

Оскільки PCIe 4.0 пропонує вдвічі більшу пропускну здатність, ніж попереднє покоління, це допомогло покращити продуктивність таких компонентів, як твердотільні накопичувачі, які були досить розвинені, щоб бути вузькими місцями з PCIe 3.0.

Не всі графічні процесори використовують збільшену пропускну здатність PCIe. Тим не менш, навіть найпотужніші графічні карти, доступні сьогодні, важко використовують всю пропускну здатність PCIe 4.0 x16 і мають продуктивність, аналогічну попередньому поколінню PCIe 3.0.

Таким чином, навіть якщо механічний слот x16 на материнській платі забезпечує всього 8 ліній PCIe Gen 4, ви можете бути впевнені, що продуктивність не постраждає.

Установки з кількома графічними процесорами значно виграють від PCIe 4.0, оскільки ви зможете запускати дві карти PCIe 4.0 з вісьмома або навіть чотирма лініями, поки не помітите, що продуктивність картки починає падати, що дозволяє підключати більше графічних процесорів до однієї системи.

Пам'ятайте, що ви не можете використовувати графічний процесор PCIe 3.0 на швидкості x16 при підключенні до PCIe Gen 4 x8, оскільки існує лише вісім фізичних ліній PCIe.

Вплив на продуктивність із старшими поколіннями

Хоча різниця у продуктивності між PCIe 4.0 та 3.0 на графічних процесорах поточного покоління (все ще) незначна, робота ваших пристроїв на старих поколіннях PCIe може значно вплинути на продуктивність.

Хоча на сучасних материнських платах відсутні лінії PCIe попереднього покоління, ті, хто використовує більш старі моделі, можуть виявити, що деякі слоти PCIe підключені до роз'ємів Gen 2, а іноді навіть Gen 1.

У таких випадках сучасні відеокарти матимуть значні вузькі місця, за винятком PCIe 2.0 x16, оскільки вона матиме продуктивність, аналогічну до PCIe 3.0 x8.

Скільки ліній PCIe мені потрібно?

Кількість ліній PCIe, які вам знадобляться, зрештою залежатиме від роботи, яку ви плануєте виконувати на своєму ПК, та використовуваного вами графічного процесора.

Ми не можемо дати універсальну рекомендацію, оскільки менша кількість ліній PCIe знизить продуктивність, а додаткові лінії призведуть до марнування грошей. Ми класифікували варіанти використання в залежності від необхідного обладнання (в основному, графічних процесорів та твердотільних накопичувачів).

Відеомонтаж та графічний дизайн

Ми рекомендуємо не менше 16 виділених ліній для відеокарти та чотири лінії для підключення високошвидкісного твердотільного накопичувача NVMe для редагування відео та графічного дизайну. Для додаткових варіантів високошвидкісного зберігання та налаштувань із кількома графічними процесорами слід розглянути систему HEDT.

Хоча редагування відео та графічний дизайн не потребують потужності відеокарти, вони можуть значно виграти від швидких твердотільних накопичувачів, мережі та підключення USB.

Типова установка для редагування відео включатиме одну графічну карту, яка займає повнорозмірний механічний слот x16 з 16 лініями на материнській платі.

Проте, відеоредактору доступ до більшого обсягу високошвидкісного сховища може принести користь вашому робочому навантаженню.

Виділення восьми ліній PCIe Gen 3 для додаткового твердотільного накопичувача PCIe дозволить вам додати додаткове сховище NVMe крім твердотільних накопичувачів, які заповнюють слоти M.2 на материнській платі.

Підключення додаткових карток може зменшити кількість ліній, виділених для вашого графічного процесора, але, як уже говорилося, вплив на продуктивність мінімальний.

Графічний дизайн буде мати аналогічне налаштування, хоча ви можете використовувати твердотільні накопичувачі SATA як додаткове сховище.

Якщо ви створюєте ПК для редагування відео за допомогою програмного забезпечення, яке може використовувати установки з декількома графічними процесорами, як Davinci Resolve Studio, або вам потрібно більше одного високопродуктивного пристрою зберігання, розгляньте можливість використання платформи HEDT, такий як процесор Threadripper на материнській платі TRX40 .

3D-анімація та рендеринг

Ми рекомендуємо не менше 8 ліній PCIe Gen 4 на фізичний слот x16 на материнській платі для збирання з чотирма графічними процесорами. Ви можете використовувати менше графічних процесорів і заповнити порожні слоти PCIe картами пам'яті або картами мережі, залежно від ваших потреб.

3D-анімація та рендеринг – одні з найвибагливіших до продуктивності робочих навантажень, тому для досягнення максимальної продуктивності необхідно правильно вибрати кількість ліній PCIe для робочої станції 3D-рендерінгу.

Тут часто відбувається запуск установок з кількома графічними процесорами, тому необхідно забезпечити підтримку як мінімум восьми ліній PCIe Gen 3 на кожен графічний процесор, хоча запуск установки Gen 4 був би ідеальним, особливо якщо ви не використовуєте NVLink.

Додавання високошвидкісного сховища також може вимагати додаткових смуг залежно від варіанта використання. Крім заповнення слотів M.2 на материнській платі, можна використовувати карти розширення слотів PCIe для надшвидкісного зберігання, якщо вам це потрібно.

Комп'ютерні ігри

Звичайному гравцю має вистачити 16 ліній PCIe Gen 3.0/4.0, оскільки більшості відеокарт буде складно наситити смугу пропускання. PCIe 4.0 також перевершує PCIe 3.0 за затримкою, тому ви можете побачити невеликий приріст продуктивності при грі з новим поколінням.

Хоча для ігор може не знадобитися стільки ліній PCIe, як для інших більш інтенсивних робочих навантажень, такі функції, як SLI з кількома графічними процесорами або CrossFire, можуть зажадати від вас інвестицій у материнську плату з великою кількістю ліній.

Для стабільної установки з кількома графічними процесорами для ігор потрібно, щоб на вашій материнській платі було як мінімум два механічні слоти PCIe x16, кожен з яких оснащений щонайменше 16 лініями PCIe 3.0 або 8 лініями PCIe 4.0 кожен.

Сучасні карти з підтримкою SLI, такі як RTX 3090, не забезпечують достатньої цінності для використання в конфігураціях з кількома графічними процесорами для ігор, а оскільки розробники відмовляються від підтримки, технологія здається майже мертвою.

Вибір правильної кількості ліній PCIe

Тепер, коли ви знаєте необхідну кількість ліній PCIe для робочих навантажень, дуже важливо вибрати відповідний процесор і материнську плату.

Вибір процесора

Ми рекомендуємо процесор, здатний забезпечити не менше 16 ліній PCIe 3.0/4.0 для таких завдань, як редагування відео, графічний дизайн та ігри.

Нові процесори AMD Ryzen 5000-ї серії та процесори Intel Core 12-го покоління можуть забезпечити до 16 ліній PCIe 4.0 для відеокарт та сховищ, що робить їх ідеальними для таких робочих навантажень.

Для рендерингу за допомогою графічного процесора єдиним життєздатним варіантом буде процесор HEDT (High-End Desktop), такий як AMD Threadripper, який оснащений загалом до 62 придатними для використання лініями PCIe Gen 4, які підключаються до графічних процесорів та пристроїв зберігання NVMe.

Вибір відповідної платформи материнської плати

Вибір відповідного процесора не гарантує наявності вказаної кількості ліній PCIe. Материнська плата не менш важлива, особливо якщо взяти до уваги такі фактори, як підтримка PCIe 4.0 та зв'язок чипсета PCIe.

Якщо ви плануєте використовувати одну відеокарту і не потребуєте додаткового розширення в майбутньому, ідеально підійдуть такі материнські плати, як AMD B550 та деякі плати Intel Z490. Майте на увазі, що хоча ці материнські плати мають з'єднання PCIe 4.0 із процесором, чіпсет має з'єднання лише PCIe 3.0 із процесором.

Деякі виробники поділяють 16 ліній PCIe 4.0 між двома механічними роз'ємами x16 для підтримки двох графічних процесорів, тому, якщо вам потрібно заощадити гроші, це чудова ідея.

Ви також можете інвестувати в материнську плату AMD X570Якщо вам потрібний додатковий 4-канальний фізичний слот x16 PCIe Gen 4. Майте на увазі, що доріжки проходитимуть через набір мікросхем, тому для цього слота найкраще використовувати більш стару відеокарту або плату розширення пам'яті.

Якщо ви плануєте використовувати більше двох графічних процесорів, вам підійде HEDT.

Материнські плати з підтримкою процесорів HEDT, такі як AMD TRX40, пропонують чотири механічні слоти PCIe 4.0 x16 у конфігурації ліній x16/x8/x16/x8 і включають кілька високошвидкісних слотів M.2 для зберігання NVMe.

Хоча платформи HEDT пропонують необхідну кількість ліній PCIe для запуску установки з кількома графічними процесорами, їхня висока ціна може відштовхнути потенційних розробників з обмеженим бюджетом.

У таких випадках, вибираючи споживчі материнські плати, такі як Asus WS X570 ACE, в яких використовується чіп PLX, ви отримуєте доступ до додаткових ліній PCIe понад те, що може надати процесор.

Чіп PLX працює, дозволяючи ЦП та ОЗУ отримувати доступ до адреси всіх підключених графічних процесорів.Це досягається шляхом поділу доріжок процесора відповідно до пропускної здатності, що використовується кожним графічним процесором.

Таким чином, у гіршому випадку для конфігурації з двома графічними процесорами він працюватиме в режимі x8/x8, але коли один графічний процесор активно передає дані, він може виділити йому повні 16 ліній PCIe.

Ця функція обмежена кількома споживчими материнськими платами, орієнтованими на робочі станції, але може допомогти значно скоротити витрати, дотримуючись споживчих процесорів та материнських плат.

PLX-чіпи

Ви знайдете деякі материнські плати, які заявляють, що вони підтримують/пропонують більше ліній PCIe, ніж можливо.

Наприклад, Asus WS X299 Sage має пропонувати лише 44 лінії PCIe, враховуючи, що ЦП має таку кількість доступних ліній.

Насправді ця материнська плата пропонує конфігурації графічного процесора до 7x8 ліній PCIe (=56) або 4x x16 ліній PCIe (=64).

Це можливо завдяки чіпу PLX на материнській платі, що керує лініями PCIe.

Цей чіп, з одного боку, розмовляє з ЦП та підтримує його, повідомляючи йому, що ліній PCIe не більше, ніж підтримує ЦП. Однак інша сторона керує великою кількістю ліній PCIe.

Яка втрата продуктивності при використанні кількох графічних процесорів із PLX (ASUS та SuperMicro)?

Залежить від ситуації. Комутатор PLX значно обмежує одночасну смугу пропускання, доступну для графічних процесорів. Таким чином, це може означати падіння продуктивності, якщо ваше робоче навантаження включає в себе в шаленому темпі закидання і вивантаження відеопам'яті відеокарти.

Для робочих навантажень, які можуть оброблятись у відеопам'яті графічного процесора без надто великого переміщення даних, ви не помітите значної втрати продуктивності.

Налаштування BIOS для оптимальної роботи

Після того, як ви закінчите складання своєї установки, необхідно налаштувати материнську плату для підтримки кількох графічних процесорів та додаткових карток, щоб забезпечити безперебійну роботу.

Іноді материнські плати можуть не виділяти правильну кількість ліній PCIe для механічного слота x16, що призводить до того, що графічний процесор не відображається або працює погано.

Зміна швидкості PCIe з автоматичною на Gen 3 або 4 зазвичай вирішує проблему.

Завжди обов'язково звертайтесь до Посібнику з материнської плати, якщо у вас є проблеми з лініями та слотами PCIe.

Часті питання про PCIe

Чи використовують диски M.2 лінії PCIe?

Так, диски M.2 можуть використовувати до чотирьох ліній PCIeхоча лінії зазвичай проходять через набір мікросхем. Проте досить стандартно, що один слот M.2 підключається безпосередньо до процесора, і це слот, в який ви розміщуєте основний диск NVMe.

Скільки ліній PCIe використовує M.2?

Диски M.2 зазвичай використовують x4 каналу PCIe. Це може бути 4 канали PCIe 4.0 або 4 канали PCIe 3.0, залежно від материнської плати.

Які лінії PCIe слід використовувати?

Ми рекомендуємо використовувати лінії PCIe, підключені безпосередньо до процесора для вашої відеокарти та основного диска. Для інших накопичувачів та додаткових плат рекомендується використовувати лінії PCIe чіпсету за умови, що ви повністю заповнили лінії PCIe вашого процесора.

Скільки ліній PCIe мені доступно?

По-перше, дізнайтесь, яка у вас материнська плата. Після того, як ви дізнаєтеся про модель своєї материнської плати, ви можете відвідати веб-сайт виробника, щоб знайти специфікацію або керівництво, в якому зазначено, скільки у вас ліній PCIe.

Чи має значення, який слот PCIe x16 я використовую?

Так, рекомендується вибирати слот PCIe, найближчий до процесора (зазвичай верхній слот x16), так як це гарантує, що до слота будуть підключені всі 16 ліній PCIe, що забезпечить вашій відеокарті найкращу пропускну здатність і мінімальну затримку.

Скільки ліній PCIe використовує графічний процесор?

Як ми обговорювали у статті, кількість ліній, що використовуються графічним процесором, може відрізнятись від того, скільки йому необхідно для роботи з повною продуктивністю. Більшість графічних процесорів використовують 16 ліній PCIe 3.0, тоді як нові графічні процесори можуть використовувати 16 ліній PCIe 4.0. Однак більшості графічних процесорів така сума не потрібна для роботи без дроселювання.

Який процесор має найбільше ліній PCIe?

ЦП рівня HEDT та серверного класу мають найбільшу кількість ліній PCIe. Серія процесорів AMD Threadripper поставляється з 64 лініями PCIe, процесори Threadripper Pro та Epyc мають 128 ліній PCIe.

З багатопроцесорними системами ви навіть можете мати доступ до кількох із них.

Чи використовується ОЗУ лінії PCIe?

Ні, системна пам'ять (ОЗП) підключається безпосередньо до ЦП через власну шину та не використовує лінії PCIe.

Скільки слотів PCIe потрібно для роботи?

Скільки слотів PCIe потрібно, залежить від кількості карт розширення, які ви будете використовувати. Більшості потрібна лише одна для виділеної відеокарти.Деяким потрібен другий слот для другого графічного процесора, звукової карти, картки Wi-Fi або додаткової підтримки Thunderbolt.

Зверніть увагу, що вам, швидше за все, не знадобляться фізичні слоти PCIe x16 для додаткових карт розширення, крім вашого графічного процесора.