Perché le porte PCI Express sulla mia scheda madre hanno dimensioni diverse? Spiegato x16, x8, x4 e x1

Lo standard PCI Express è uno dei capisaldi del computing moderno, con uno slot su più o meno tutti i computer desktop realizzati nell'ultimo decennio. Ma la natura della connessione è alquanto nebulosa: su un nuovo PC, potresti vedere una mezza dozzina di porte in tre o quattro dimensioni diverse, tutte etichettate come "PCIE" o PCI-E. "Allora perché la confusione e quali possono tu effettivamente usi?

Comprensione del bus PCI Express

Come aggiornamento al sistema PCI originale (Peripheral Component Interconnect), PCI Express aveva un enorme vantaggio quando è stato inizialmente sviluppato nei primi anni 2000: utilizzava un bus di accesso point-to-point invece di un bus seriale. Ciò significava che ogni singola porta PCI e le sue schede installate potevano sfruttare appieno la loro velocità massima, senza più schede o espansioni intasate in un unico bus.

PCI Express ha sostituito lo standard più vecchio dello slot PCI. Questa scheda madre supporta entrambi: PCIE x16 in blu, PCIE x1 in nero e PCI in beige.

In parole povere, immagina il tuo PC desktop come un ristorante. Il vecchio standard PCI era come una gastronomia, tutti in attesa in una singola riga per essere serviti, con la velocità del servizio limitata da una sola persona allo sportello. PCI-E è più simile a un bar, ogni utente seduto in un posto assegnato, con più baristi che prendono l'ordine di tutti in una volta. (Ok, quindi non è mai possibile ottenere un barista ad ogni cliente subito, ma facciamo finta che questa sia davvero una grande barra.) Con le corsie dati dedicate per ogni scheda di espansione o periferica, l'intero computer può accedere a componenti e accessori più velocemente.

Ora, per estendere la nostra metafora del deli / bar, immagina che alcuni di questi posti abbiano più baristi riservati solo per loro. È qui che entra in gioco l'idea di più corsie.

La vita nelle corsie veloci

PCI-E ha subito diverse revisioni sin dal suo inizio; le nuove schede madri attualmente usano generalmente la versione 3 dello standard, con la versione 4 più veloce che diventa sempre più comune e la versione 5 dovrebbe colpire nel 2019. Ma le diverse revisioni utilizzano tutte le stesse connessioni fisiche e quelle connessioni possono venire in quattro dimensioni principali : x1, x4, x8 e x16. (Esistono porte x32, ma sono estremamente rare e generalmente non sono visibili sull'hardware di consumo).

Le schede di dimensioni diverse supportano diverse corsie PCI-Express.

Le diverse dimensioni fisiche consentono un numero diverso di connessioni simultanee dei pin di dati alla scheda madre: maggiore è la porta, maggiore è il numero massimo di connessioni sulla scheda e sulla porta. Queste connessioni sono dette colloquialmente "corsie", con ciascuna corsia PCI-E composta da due coppie di segnalazione, una per l'invio di dati e l'altra per la ricezione di dati. Diverse revisioni dello standard PCI-E consentono velocità diverse su ciascuna corsia. Ma in generale, più corsie ci sono su una singola porta PCI-E e la sua scheda connessa, i dati più veloci possono fluire tra la periferica e il resto del sistema informatico.

Tornando alla nostra metafora del bar: se immaginate ogni utente seduto alla sbarra come un dispositivo PCI-E, allora una corsia x1 sarebbe un singolo barista che serve un singolo cliente. Ma un patrono seduto nel posto assegnato "x4" avrebbe quattro i baristi gli portavano bevande e cibo, e il posto "x8" avrebbe otto baristi solo per i suoi drink, e quello nel posto "x16" avrebbe avuto sedici bartender solo per lui. E ora smetteremo di parlare di bar e baristi, perché i nostri poveri bevitori metaforici sono in pericolo di avvelenamento da alcol.

Quali periferiche utilizzano quali porte?

Per la versione 3.0 di PCI Express di revisione comune, la velocità massima di trasmissione per-lane è di otto gigatransfer, un termine che significa "tutti i dati e l'overhead elettronico in una volta." Nel mondo reale, la velocità per la revisione PCI-E 3 è un po 'meno di un gigabyte al secondo, per corsia.

Quindi un dispositivo che utilizza una porta PCI-E x1, come una scheda audio a bassa potenza o un'antenna Wi-Fi, può trasferire i dati al resto del computer a circa 1GBps. Una scheda che salta allo slot x4 o x8 fisicamente più grande, come una scheda di espansione USB 3.0, può trasferire i dati quattro o otto volte più velocemente - e sarebbe necessario, se più di due di quelle porte USB fossero utilizzate al massimo tasso di trasferimento. Le porte PCI-E x16, con un massimo teorico di circa 15 GBps sulla versione 3.0, sono utilizzate per quasi tutte le schede grafiche moderne progettate da NVIDIA e AMD.

La maggior parte delle schede grafiche discrete utilizza uno slot PCI-E x16 completo.

Non ci sono linee guida stabilite per le quali le schede di espansione utilizzeranno il numero di corsie. Le schede grafiche tendono a utilizzare x16 solo per il massimo trasferimento di dati, ma ovviamente non è necessaria una scheda di rete per utilizzare una porta x16 e sedici righe complete quando la sua porta Ethernet è in grado di trasferire dati a un gigabit al secondo ( circa un ottavo del throughput di una corsia PCI-E - ricorda, otto bit per un byte). Ci sono una piccola quantità di drive allo stato solido PCI-E che preferiscono una porta x4, ma quelli sembrano essere stati rapidamente superati dal nuovo standard M.2, che può anche usare il bus PCI-E. Schede di rete di fascia alta e attrezzature per appassionati come adattatori e controller RAID utilizzano un mix di formati x4 e x8.

Ricorda: le dimensioni e le corsie della porta PCI-E potrebbero non essere la stessa cosa

Ecco una delle parti più confuse della configurazione PCI-E: una porta potrebbe avere le dimensioni di una scheda x16, ma solo avere abbastanza corsie dati per qualcosa di molto meno veloce, come x4. Questo perché mentre PCI-E può ospitare quantità praticamente illimitate di connessioni individuali, c'è ancora un limite pratico per il throughput della corsia del chipset. Schede madri più economiche con chipset più orientati al budget possono andare solo su un singolo slot x8, anche se tale slot può ospitare fisicamente una scheda x16. Nel frattempo, le schede madri "gamer" includeranno fino a quattro slot PCI-E completi x16 e x16-lane per la massima compatibilità GPU. (Ne parleremo più dettagliatamente qui.)

Questa scheda madre entusiasta include cinque slot PCI-E x16 full-size, ma solo due di loro hanno le 16 corsie di dati complete, le altre sono x8 e x4.

Ovviamente, questo può causare problemi. Se la tua scheda madre ha due slot di dimensioni x16, ma uno di questi ha solo x4 piste, collegare la tua nuova scheda grafica alla slot sbagliata potrebbe rallentare le prestazioni del 75%. Questo è un risultato teorico, ovviamente: l'architettura delle schede madri significa che non vedrete un declino così drammatico. Il punto è che la carta giusta deve andare nello slot giusto.

Fortunatamente, la capacità della corsia degli slot PCI specifici è generalmente spiegata nel manuale del computer o della scheda madre, con un'illustrazione di quale slot ha quale capacità. Se non hai il tuo manuale, il numero di corsie è generalmente scritto sul PCB della scheda madre vicino alla porta, in questo modo:

Le etichette su queste porte mostrano le corsie disponibili: la porta x1 in cima ha una corsia, ma la porta x16 sotto ha solo quattro, nonostante le sue dimensioni fisiche. PCIEX1_2 significa che è la seconda porta x1 sulla scheda madre.

Inoltre, una scheda x1 o x4 più corta può essere fisicamente inserita in uno slot x8 o x16 più lungo: la configurazione pin iniziale dei contatti elettrici lo rende compatibile. La scheda potrebbe essere un po 'allentata fisicamente, ma quando viene avvitata negli slot di espansione del case del PC, è più che sufficientemente robusta. Naturalmente, se i contatti di una carta sono fisicamente più grandi dello slot, non possono essere inseriti.

Quindi ricorda, quando acquisti le schede di espansione o di aggiornamento per gli slot PCI Express, devi tenere conto sia delle dimensioni che della valutazione della corsia delle porte disponibili.

Immagine di credito: Newegg, Amazon