Введение

Компьютерная шина расширения стандарта

Инжиниринг, закупки, строительство и монтаж

PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), официально сокращенная как PCIe или PCI e.

По своей сути, шина PCI Express является высокоскоростной последовательной заменой устаревших шин PCI/PCI X.

Мощность слотов

Все карты PCI Express могут потреблять до 3 А при +3,3 В (9,9 Вт). Величина потребляемого тока +12 В и общая потребляемая мощность зависят от форм-фактора и назначения карты: карты x1 ограничены 0,5 А при +12 В (6 Вт) и 10 Вт суммарно. Карты x4 и шире ограничены 2,1 А при +12 В (25 Вт) и 25 Вт суммарно. Карта x1 полноразмерного формата может потреблять до 25 Вт после инициализации и программной настройки как устройство с высоким энергопотреблением. Графическая карта x16 полноразмерного формата может потреблять до 5,5 А при +12 В (66 Вт) и 75 Вт суммарно после инициализации и программной настройки как устройство с высоким энергопотреблением. PCI SIG официально объявила о выпуске финальной спецификации PCI Express 4.0 8 июня 2017 года. 17 июля 2018 года компания NETINT Technologies представила первый NVMe SSD на базе PCIe 4.0, в преддверии Flash Memory Summit 2018.

9 сентября 2021 года IBM объявила о сервере Power E1080 Enterprise с планируемой датой выпуска 17 сентября. Он может включать до 16 Power10 SCM с максимальным количеством 32 слотов на систему, которые могут функционировать как PCIe 5.0 x8 или PCIe 4.0 x16. В качестве альтернативы они могут использоваться как слоты PCIe 5.0 x16 для опциональных адаптеров оптических преобразователей CXP, подключаемых к внешним блокам расширения PCIe. 27 октября 2021 года Intel представила семейство процессоров Intel Core 12-го поколения – первые в мире потребительские процессоры x86 64 с поддержкой PCIe 5.0 (до 16 линий). 22 марта 2022 года Nvidia анонсировала графический процессор Nvidia Hopper GH100 – первый в мире GPU PCIe 5.0. 23 мая 2022 года AMD представила архитектуру Zen 4 с поддержкой до 24 линий подключения PCIe 5.0 на потребительских платформах и 128 линий на серверных платформах.

PCI Express 6.0 (показатель для всех)

18 июня 2019 года PCI SIG объявила о разработке спецификации PCI Express 6.0. Ожидается, что пропускная способность увеличится до 64 ГТ/с, обеспечивая скорость передачи данных 128 ГБ/с в каждом направлении в 16-линейной конфигурации, с целевой датой выпуска в 2021 году. 11 января 2022 года PCI SIG официально объявила о выпуске финальной спецификации PCI Express 6.0. 18 марта 2024 года Nvidia представила Nvidia Blackwell GB100 GPU – первый в мире графический процессор, поддерживающий PCIe 6.0. Кодирование PAM 4 приводит к значительному увеличению частоты битовых ошибок (BER) до 10−6 (ранее 10−12), поэтому вместо кодирования 128b/130b используется трехканальная переплетенная коррекция ошибок прямого исправления (FEC) в дополнение к контрольной сумме CRC. Фиксированный блок управления потоком данных (FLIT) размером 256 байт содержит 242 байта данных, включая пакеты транзакционного уровня (TLP) и полезную нагрузку уровня канала передачи данных (DLLP) переменного размера; оставшиеся 14 байт зарезервированы для 8 байт CRC и 6 байт FEC. Для снижения частоты ошибок в режиме PAM 4/FLIT используется трехпутевой серый код; интерфейс не переключается на NRZ и кодирование 128/130b даже при переобучении для работы на более низких скоростях передачи данных.

Приложения

PCI Express используется в потребительских, серверных и промышленных приложениях в качестве межсоединения на уровне материнской платы (для подключения периферийных устройств, установленных на материнской плате), пассивного межсоединения на задней панели и интерфейса для карт расширения. Практически во всех современных (по состоянию на 2012 год) компьютерах, от потребительских ноутбуков и настольных ПК до корпоративных серверов, шина PCIe является основным межсоединением на уровне материнской платы, соединяющим процессор хост-системы как с интегрированными периферийными устройствами (монтируемыми на поверхность интегральными схемами), так и с дополнительными периферийными устройствами (картами расширения). В большинстве этих систем шина PCIe сосуществует с одной или несколькими устаревшими шинами PCI для обеспечения обратной совместимости с большим количеством устаревших периферийных устройств PCI. PCI Express заменил AGP в качестве стандартного интерфейса для графических карт в новых системах. Почти все модели видеокарт, выпущенные с 2010 года компаниями AMD (ATI) и Nvidia, используют PCI Express. Nvidia использовала высокую пропускную способность передачи данных PCIe для своей технологии Scalable Link Interface (SLI), которая позволяла нескольким графическим картам одного и того же чипсета и модели работать параллельно, повышая производительность. Эта технология впоследствии была прекращена. AMD также разработала многопроцессорную систему на основе PCIe под названием CrossFire. AMD, Nvidia и Intel выпустили чипсеты материнских плат, поддерживающие до четырех слотов PCIe x16, что позволяет использовать конфигурации с тремя и четырьмя графическими картами.

Внешние графические процессоры

Теоретически, внешний PCIe может обеспечить ноутбук графической мощностью настольного компьютера, подключив его к любой видеокарте PCIe (размещенной в отдельном внешнем корпусе с собственным источником питания и системой охлаждения); это возможно благодаря интерфейсам ExpressCard или Thunderbolt. Интерфейс ExpressCard обеспечивает скорость передачи данных 5 Гбит/с (пропускная способность 0,5 ГБ/с), в то время как интерфейс Thunderbolt – до 40 Гбит/с (пропускная способность 5 ГБ/с). В 2006 году компания Nvidia разработала линейку внешних GPU Quadro Plex, предназначенную для профессиональных графических приложений.