Структура материнской платы: m_i_kuznetsov — LiveJournal

В прошлый раз мы познакомились с внутренним устройством компьютера и выяснили, что все провода вьются вокруг материнской платы.

Сегодня мы рассмотрим структуру материнской платы и логику её работы.

Логическая структура материнской платы

Сердцем компьютера, конечно, является процессор. Именно он выполняет основные управляющие инструкции, обеспечивающие всю функциональность выполняемого программного кода.

В классической архитектуре процессору помогают две микросхемы – северный и южный мосты. Северный мост отвечает за производительность взаимодействия с самыми требовательными устройствами – оперативной памятью и видеоадаптером. Южный мост берёт на себя функции взаимодействия с остальными устройствами компьютера, а также взаимодействие с другими компьютерами в сети. Ранее оба моста размещались в единой микросхеме – чипсете. Современные архитектурные решения разделяют мосты на два разных элемента, а в ряде процессоров последних поколений северный мост фактически встроен в сам процессор, и чипсету достаётся только южный мост.

Процессор и северный мост соединяет системная шина. Она позволяет проводить обмен данными с пропускной способностью выше 3 Гбайт в секунду. В зависимости от процессора, скорость обмена данными может отличаться в разы (разумеется, при использовании соответствующей схемы северного моста). Для Intel Pentium предел пропускной способности был на уровне 6.4 Гбайт в секунду, для Core 2 – около 8.5 Гбайт, для Core 2 Quad – 10 Гбайт, для Core i9 12-го поколения – уже около 12 Гбайт в секунду. Процессоры AMD имеют несколько иную архитектуру, но порядки величин пропускной способности те же.

Указанные величины – технический предел обработки данных процессором. Ошибки проектирования и реализации программного кода, ошибки проектирования типов данных и структур размещения данных в памяти приводят к значительной потере производительности, и фактический предел получается значительно ниже. Мы поговорим об этом после рассмотрения архитектуры процессора и памяти.

Примерно ту же пропускную способность имеет шина памяти, соединяющая северный мост со схемами RAM. Надо сказать, что имеется высокая зависимость архитектуры процессора и поддерживаемой технологии исполнения оперативной памяти.

Пропускная способность шины AGP и её аналогов, соединяющей северный мост с видеокартой, составляет около 2 Гбайт в секунду. Шина PCI Express (в случае её подключения к северному мосту) имеет пропускную способность до 8 Гбайт в секунду.

Шина между мостами имеет разные значения пропускной способности в зависимости от архитектуры процессора и исполнения южного моста. Обычно, пропускная способность этой шины не превышает 2 Гбайт в секунду.

Южный мост обеспечивает взаимодействие с разными периферийными устройствами. Часто южному мосту помогают разные вспомогательные элементы-контроллеры.

Шина PCI Express южного моста позволяет подключать накопители и иную периферию, требующую высокую скорость обмена данными (до 0,5 Гбайт в секунду). Важно не путать PCI Express северного и южного мостов – разница пропускной способности между ними составляет более двух порядков (100 раз)!

USB-порты версии 2 имеют пропускную способность около 60 Мбайт в секунду. Версия 3 позволяет конкурировать с PCI Express.

SATA-шины позволяет подключать устройства с пропуcкной способностью выше 2 Гбайт в секунду. Тут роль начинает играть поддержка новых технологий чипсетом и процессором.

Отдельно нужно отметить микросхему BIOS (постоянная память, содержащая короткие программы, необходимые для запуска компьютера). На некоторых материнских платах есть даже две схемы BIOS – основная и резервная. Их питание идёт не от блока питания, как у всех элементов компьютера, а от батарейки на системной плате. BIOS хранит многие настройки, в том числе локальное время. Временное отключение батарейки приводит к сбросу настроек к заводским. Как происходит запуск компьютера, мы посмотрим после того, как изучим его устройство.

Схемы BIOS соединены с южным мостом шинами LPC или SPI. Кроме BIOS на этих шинах могут быть размещены и некоторые микроконтроллеры для подключения небыстрых внешних устройств (COM, LPT, PS/2 и т.п.).

Для синхронизации работы процессора и северного моста используется специальный кварцевый генератор тактовой частоты. Разные элементы процессора и контроллеры северного моста работают с разными частотами, для чего используются специальные делители частоты.

Ранее заменой генератора или отключением делителей можно было заставить процессор или некоторые контроллеры шин работать быстрее. Эта операция весьма рискованная: неверный подбор элементной базы или ошибка при распайке приводила к выходу из строя процессора или чипсета. Сейчас многие настройки тактовой частоты и её деления выводятся в BIOS, что более безопасно: верификация настроек не позволяет вывести из строя оборудование компьютера. Более того, современные процессоры за счёт такого решения могут сами управлять частотой, что позволяет им соблюдать баланс между производительностью, энергопотреблением и температурой кристалла.

Физическая структура материнской платы

Ниже приведена фотография материнской платы для компьютера на основе процессора AMD Athlon. На ней отчётливо видны разъём процессора (Socket-A), оба моста (северный мост закрыт вентилятором), разъёмы оперативной памяти (DDR DIMM Slots), схема BIOS, большое количество разных вспомогательных микросхем-контроллеров (chips) и разъёмов (connectors). Процессор нового поколения AMD Ryzen включает в себя северный мост и работает с новейшими платами оперативной памяти.

Для сравнения приведу фотографию платы, поддерживающей процессоры и чипсеты от Intel. Северный мост здесь включен в состав процессора Intel Core i5. Южный мост (чипсет) скрыт под чёрным радиатором. В целом, структура материнской платы та же.

Шины физически представляют собой наборы проводящих «дорожек» между элементами платы и часто визуально нельзя сказать, какая дорожка к какой шине относится.

Более того, современные платы многослойные. У них может быть более десятка слоёв, среди которых имеется несколько токопроводящих, в которых и прокладываются шины. Токопроводящие слои размещаются между «несущими» диэлектрическими слоями – основой платы.

Нужно отметить, что в целом материнские платы создаются под конкретный чипсет. Платы для разных чипсетов не совместимы. Более того, смена поколения процессора приводит часто к его несовместимости со старыми материнскими платами: меняются поддерживаемые технологии и архитектура процессора, и в итоге даже при внешней совместимости (по разъёму) процессор становится несовместим с чипсетом, схемами памяти, другими элементами устаревшей системной платы.

Понятно, что чипсеты AMD создаются под процессоры именно AMD. То же самое касается Intel и других производителей микроэлектроники. Производители плат подстраиваются под процессор и чипсет, добавляют или меняют другие компоненты (в рамках возможностей чипсета и процессора) – и в итоге для одного процессора у производителя плат может быть несколько решений, разных по размерам, компоновке, функциям и цене.

Выводы для IT-шника

К чему я всю эту ерунду тут рассказываю (и буду продолжать рассказывать)?

К тому, что:

1. Производительность конкретных функций информационной системы напрямую зависит от физических возможностей оборудования компьютера. В частности, мы сегодня увидели предельные возможности разных шин по пропускной способности. Превысить эти показатели не получится, пока производители не создадут новые процессоры и чипсеты, а на материнских платах их не обложат дополнительными контроллерами и генераторами частот. Никакая виртуализация тут не поможет, поскольку виртуализация — всего лишь абстракция, тень от реальности.

2. Использование устаревшего оборудования не позволяет достичь «проектных» показателей не потому, что оно плохое, а потому, что архитектор системы своевременно не принял во внимание ограничения аппаратных средств, понадеявшись, например, на ту же виртуализацию. Ошибки проектирования и написания кода программных средств системы (как системного, так и прикладного ПО) только усугубляют ситуацию.

Вот эти выводы постараемся запомнить, и пойдём дальше: нам предстоит познакомиться с архитектурой процессоров.

Ссылка на презентацию

P.S. Я намеренно не погружаюсь глубоко в элементную базу материнской платы, фокусируясь только на тех вопросах, которые важны для разработчиков информационных систем: аналитиков, программистов, архитекторов, руководителей продуктов и проектов. Но если есть желание почитать более подробный обзор, то популярно об этом написано тут: «Из чего состоит материнская плата: структура, элементная база?». А детально лучше посмотреть документацию от производителя материнской платы, где приводится полная спецификация, схема размещения элементов и иная важная для инженера информация.

Линии PCIe – сколько вам нужно для высокой рабочей нагрузки

При выборе материнской платы и процессора для сборки ПК большинство сборщиков упускают из виду выбор правильного количества линий PCIe. Их идентификация имеет решающее значение не только для новой сборки, но и снижает потребность в обновлениях в будущем, сохраняя вашу установку на будущее.

Хотя первое, что приходит на ум, когда вы думаете о PCIe, может быть слот на материнской плате, к которому вы подключаете свою видеокарту, эта технология гораздо шире.

Линии PCIe, выделенные компоненту, могут серьёзно повлиять на такие задачи, как рендеринг с использованием нескольких графических процессоров, поскольку пропускная способность этих полос ограничивает максимальную производительность компонента, подключенного к слоту PCIe.

В этом руководстве мы познакомим вас с различными типами конфигураций и поколений PCIe, с которыми вы можете столкнуться, и поможем вам определить необходимое количество линий PCIe в зависимости от вашей рабочей нагрузки.

Что такое PCIe

PCIe или Peripheral Component Interconnect Express – это тип интерфейса, который позволяет подключать к компьютеру высокоскоростные компоненты, такие как видеокарты, твердотельные накопители и карты Wi-Fi.

Типичные разъемы PCIe имеют форму слотов расширения на материнской плате, что позволяет физически подключать поддерживаемое устройство.

Объяснение линий PCIe

Линии PCIe – это физическая связь между устройством с поддержкой PCIe и процессором/набором микросхем.

Линии PCIe состоят из двух пар медных проводов, обычно называемых дорожками, которые проходят через печатную часть материнской платы, соединяя устройство с поддержкой PCIe либо с процессором, либо с набором микросхем материнской платы.

Вы можете думать об одной полосе PCIe как о шоссе, по которому транспортные средства (данные) движутся в обоих направлениях (туда и обратно) одновременно.

Одному устройству может быть выделено до 32 таких двунаправленных линий PCIe, что позволяет обеспечить передачу данных с высокой пропускной способностью и малой задержкой.

Объяснение конфигураций PCIe x1, x4, x8 и x16

Стандартно каждое соединение PCIe имеет 1, 4, 8, 16 или 32 линии для передачи данных, хотя потребительские системы не поддерживают 32 линии. Как и следовало ожидать, пропускная способность будет увеличиваться линейно с количеством линий PCIe.

Большинству видеокарт на современном рынке требуется как минимум 8 линий PCIe для максимальной производительности в играх и приложениях для рендеринга.

Хотя видеокарты совместимы с менее чем восемью линиями PCIe, следует ожидать снижения производительности.

В конфигурациях с несколькими графическими процессорами рекомендуется использовать восемь дорожек для каждого графического процессора, но в зависимости от рабочей нагрузки вы можете использовать меньше линий.

Такие функции, как NVLink от Nvidia, помогают снизить нагрузку на шину PCIe и позволяют размещать видеопамять на нескольких графических процессорах, но, поскольку потребительские карты отказываются от поддержки этой функции, лучше инвестировать в систему с достаточным количеством линий PCIe для нескольких графических процессоров, не рассчитывая на поддержку NVLink.

Не все слоты PCIe одинаковы

Физический размер разъёма PCIe на материнской плате указывает на его конфигурацию.

Типичными слотами PCIe являются x1, x4, x8 и x16. Чтобы упростить различие между физическими слотами и линиями, мы будем называть их механическими и электрическими, соответственно.

В идеальном сценарии вы можете предположить, что число в спецификации разъёма указывает на количество линий PCIe, которые он поддерживает, но это не всегда так.

Количество линий PCIe, выделенных для конкретного устройства или слота на материнской плате, варьируется, и производитель обычно несёт ответственность за установку количества линий.

Возьмём, к примеру, слоты PCIe x16 для видеокарт на материнской плате. Легко предположить, что механический слот x16 использует 16 линий PCIe, но в зависимости от таких факторов, как ваш процессор, набор микросхем материнской платы и количество графических процессоров, это число может измениться.

Взгляните на X570 ROG Crosshair VIII Hero выше. Два верхних механических слота PCIe x16 предназначены для использования с видеокартами.

Однако механический слот x16 вверху – единственный слот с 16 физическими линиями PCIe, которые вы можете разглядеть, увеличив изображение.

Средний механический слот x16 имеет восемь линий PCIe, а нижний – четыре.

Несмотря на то, что слот имеет механическую длину слота x16, контакты достигают длины только до x8.

Кроме того, использование двух графических процессоров на этой материнской плате заставит верхний слот работать только с восемью линиями из-за ограничений процессора, хотя к нему подключено 16 физических линий PCIe.

Поскольку материнская плата использует PCIe Gen 4, это практически не влияет на производительность графического процессора между 8 и 16 линиями, при условии, что графический процессор поддерживает PCIe 4.0. Даже видеокарты PCIe Gen 3 будут работать нормально.

Однако, с более старыми поколениями PCIe и материнскими платами влияние на производительность будет значительным.

Чипсет и процессор выделяют линии PCIe

Линии PCIe на материнской плате исходят либо от самого процессора, либо от набора микросхем материнской платы.

Как правило, процессорные линии зарезервированы исключительно для слотов графических карт x16 и слотов M.2 для высокоскоростных твердотельных накопителей, поскольку они требуют перемещения данных без ограничения чипсетом.

С другой стороны, линии чипсета подключаются к встроенному USB, другим слотам M.2 и PCIe и SATA. Сам чипсет передаёт данные процессору по выделенной 4-полосной шине PCIe.

Таким образом, все устройства, подключенные через линии PCIe к чипсету, будут иметь ограничение на максимальную пропускную способность, что приведёт к возникновению узких мест.

При выборе материнской платы вы должны убедиться, что слоты PCIe, которые вы планируете использовать, напрямую подключены к процессору. Вы можете использовать слот PCIe, подключенный к чипсету, но вы рискуете столкнуться с узкими местами.

Надёжный способ определить физическое соединение слота PCIe x16 – это определить выделенные ему линии, поскольку 16 или 8 линий будут напрямую связаны с процессором. Самый верхний слот PCIe почти всегда подключен к ЦП, но обязательно обратитесь к руководству по материнской плате, чтобы убедиться, что это так.

Требования PCIe для видеокарт

Вы можете задаться вопросом, необходима ли для максимальной производительности работа вашей видеокарты на рекомендуемом количестве линий PCIe.

Точный ответ на этот вопрос зависит от типа выполняемой вами работы, типа графического процессора, который вы хотите использовать, и количества графических процессоров, которые вы планируете использовать с вашей установкой.

Даже для задач рендеринга, которые требуют большой пропускной способности, один графический процессор текущего поколения, такой как RTX 3080, может работать практически одинаково при работе на 8 или 16 линиях PCIe Gen 3.0/4.0.

Если устройство, подключенное к PCIe, такое как графическая карта, работает с максимальной пропускной способностью, обеспечиваемой предоставленными ему линиями PCIe, говорят, что линии PCIe перегружены.

В зависимости от поколения и количества предоставляемых линий PCIe насыщение полосы пропускания будет варьироваться между подключениями PCIe.

PCIe	Скорость	x1 (на полосу)	х4	х8	х16
PCIe 1.0	2,5 ГТ/с	250 МБ/с	1,00 ГБ/с	2,00 ГБ/с	4,00 ГБ/с
PCIe 2.0	5 ГТ/с	500 МБ/с	2,00 ГБ/с	4,00 ГБ/с	8,00 ГБ/с
PCIe 3.0	8 ГТ/с	984,6 МБ/с	3,94 ГБ/с	7,88 ГБ/с	15,75 ГБ/с
PCIe 4.0	16 ГТ/с	1969 МБ/с	7,88 ГБ/с	15,75 ГБ/с	31,51 ГБ/с

Для установок с несколькими графическими процессорами использование каждого графического процессора на восьми линиях обеспечит идеальную производительность.

Если вы столкнулись с небольшим падением производительности, использование карт на четырех линиях возможно, но не рекомендуется. Вы можете обратиться к таблице ниже, чтобы лучше понять требования к пропускной способности популярных видеокарт и решить, сколько линий PCIe вы хотите выделить.

В следующей таблице показано минимальное количество и поколение линий PCIe, которые требуются популярным графическим процессорам, чтобы пропускная способность PCIe не ограничивала их:

Видеокарта	Потери меньше 1%	Потери меньше 5%
GTX 1660 Super	PCIe 3.0 x4	PCIe 3.0 x4
RTX 2060 Super	PCIe 3.0 x8	PCIe 3.0 x4
RTX 2080 Ti	PCIe 3.0 x16	PCIe 3.0 x8
RTX 3060 Ti	PCIe 4. 0 x8	PCIe 4.0 x4
RTX 3080	PCIe 4.0 x8	PCIe 4.0 x4
RTX 3090	PCIe 4.0 x16	PCIe 4.0 x8

Примечания к приведенной выше таблице:

Масштабирование линии PCIe будет сильно зависеть от типа выполняемых вами рабочих нагрузок.

Если вы рендерите простые 3D-сцены или играете в игры, которые легко помещаются в видеопамять вашего графического процессора, и им практически не требуется связь по шине PCIe, вы, скорее всего, почти не увидите узких мест, даже при использовании меньшего количества линий PCIe, чем рекомендовано выше.

Для задач, требующих постоянной связи с ЦП или доступа к системной памяти, узкие места будут гораздо более выраженными.

Также обратите внимание, что линии PCIe можно сократить только вдвое. Несмотря на то, что RTX 3090 может работать без узких мест (<1%) при частоте чуть выше PCIe 4 x8 (например, PCIe 4 x9), вы не можете использовать линии PCIe x9. Вы должны каждый раз удваивать свои линии.

Поколения PCIe – не все линии равны

Стандарт PCIe претерпел в общей сложности шесть изменений с момента его создания в 2003 году.

Хотя пятое и шестое поколения PCIe ещё не вышли на рынок, PCIe 4.0 и 3.0 – это то, с чем вы столкнетесь сегодня при покупке нового ПК.

Каждое поколение PCIe до настоящего времени удваивало скорость передачи (обычно обозначаемую в ГТ/с) предыдущего поколения, прокладывая путь более быстрым устройствам для легкого подключения к компьютерам.

Каждое новое поколение также уменьшало задержку, что было необходимо для таких устройств, как видеокарты.

PCIe 4.0 против 3.0: пропускная способность вдвое выше

PCIe 4.0, выпущенный в 2017 году, был принят потребительским рынком только в 2019 году, при этом третье поколение процессоров AMD Ryzen стало первым, поддерживающим новое поколение PCIe.

Поскольку PCIe 4.0 предлагает вдвое большую пропускную способность, чем предыдущее поколение, это помогло улучшить производительность таких компонентов, как твердотельные накопители, которые были достаточно развиты, чтобы быть узкими местами с PCIe 3. 0.

Не все графические процессоры используют увеличенную пропускную способность PCIe. Тем не менее, даже самые мощные графические карты, доступные сегодня, с трудом используют всю пропускную способность PCIe 4.0 x16 и имеют производительность, аналогичную предыдущему поколению PCIe 3.0.

Таким образом, даже если механический слот x16 на вашей материнской плате обеспечивает всего 8 линий PCIe Gen 4, вы можете быть уверены, что производительность не пострадает.

Установки с несколькими графическими процессорами значительно выиграют от PCIe 4.0, поскольку вы сможете запускать две карты PCIe 4.0 с восьмью или даже четырьмя линиями, пока не заметите, что производительность карты начинает падать, что позволяет подключать больше графических процессоров к одной системе.

Помните, что вы не можете использовать графический процессор PCIe 3.0 на скорости x16 при подключении к PCIe Gen 4 x8, поскольку существует только восемь физических линий PCIe.

Влияние на производительность со старшими поколениями

Хотя разница в производительности между PCIe 4. 0 и 3.0 на графических процессорах текущего поколения (всё ещё) незначительна, работа ваших устройств на старых поколениях PCIe может значительно повлиять на производительность.

Хотя на современных материнских платах отсутствуют линии PCIe предыдущего поколения, те, кто использует более старые модели, могут обнаружить, что некоторые из слотов PCIe подключены к разъёмам Gen 2, а иногда даже Gen 1.

В таких случаях современные видеокарты будут иметь значительные узкие места, за исключением PCIe 2.0 x16, поскольку она будет иметь производительность, аналогичную PCIe 3.0 x8.

Сколько линий PCIe мне нужно?

Количество линий PCIe, которые вам понадобятся, в конечном итоге будет зависеть от работы, которую вы планируете выполнять на своем ПК, и используемого вами графического процессора.

Мы не можем дать универсальную рекомендацию, поскольку меньшее количество линий PCIe снизит производительность, а дополнительные линии приведут к пустой трате денег. Мы классифицировали варианты использования в зависимости от необходимого оборудования (в основном, графических процессоров и твердотельных накопителей).

Видеомонтаж и графический дизайн

Мы рекомендуем не менее 16 выделенных линий для видеокарты и четыре линии для подключения высокоскоростного твердотельного накопителя NVMe для редактирования видео и графического дизайна. Для дополнительных вариантов высокоскоростного хранения и настроек с несколькими графическими процессорами следует рассмотреть систему HEDT.

Хотя редактирование видео и графический дизайн не требуют мощности видеокарты, они могут значительно выиграть от быстрых твердотельных накопителей, сети и подключения USB.

Типичная установка для редактирования видео будет включать одну графическую карту, которая занимает полноразмерный механический слот x16 с 16 линиями на материнской плате.

Тем не менее, видеоредактору доступ к большему объёму высокоскоростного хранилища может принести пользу вашей рабочей нагрузке.

Выделение восьми линий PCIe Gen 3 для дополнительного твердотельного накопителя PCIe позволит вам добавить дополнительное хранилище NVMe помимо твердотельных накопителей, которые заполняют слоты M.2 на вашей материнской плате.

Подключение дополнительных карт может уменьшить количество линий, выделенных для вашего графического процессора, но, как уже говорилось, влияние на производительность минимально.

Графический дизайн будет иметь аналогичную настройку, хотя вы можете использовать твердотельные накопители SATA в качестве дополнительного хранилища.

Если вы создаете ПК для редактирования видео с помощью программного обеспечения, которое может использовать установки с несколькими графическими процессорами, такого как Davinci Resolve Studio, или вам нужно более одного высокопроизводительного устройства хранения, рассмотрите возможность использования платформы HEDT, такой как процессор Threadripper на материнской плате TRX40.

3D-анимация и рендеринг

Мы рекомендуем не менее 8 линий PCIe Gen 4 на физический слот x16 на материнской плате для сборки с четырьмя графическими процессорами. Вы можете использовать меньше графических процессоров и заполнить пустые слоты PCIe картами памяти или сетевыми картами, в зависимости от ваших потребностей.

3D-анимация и рендеринг – одни из самых требовательных к производительности рабочих нагрузок, поэтому для достижения максимальной производительности необходимо правильно выбрать количество линий PCIe для рабочей станции 3D-рендеринга.

Здесь часто имеет место запуск установок с несколькими графическими процессорами, поэтому необходимо обеспечить поддержку как минимум восьми линий PCIe Gen 3 на каждый графический процессор, хотя запуск установки Gen 4 был бы идеальным, особенно если вы не используете NVLink.

Добавление высокоскоростного хранилища также может потребовать дополнительных полос в зависимости от вашего варианта использования. Помимо заполнения слотов M.2 на материнской плате, вы можете использовать карты расширения слотов PCIe для сверхскоростного хранения, если вам это нужно.

Компьютерные игры

Обычному игроку должно хватить 16 линий PCIe Gen 3. 0/4.0, поскольку большинству видеокарт будет сложно насытить полосу пропускания. PCIe 4.0 также превосходит PCIe 3.0 по задержке, поэтому вы можете увидеть небольшой прирост производительности при игре с более новым поколением.

Хотя для игр может не потребоваться столько линий PCIe, как для других, более интенсивных рабочих нагрузок, такие функции, как SLI с несколькими графическими процессорами или CrossFire, могут потребовать от вас инвестиций в материнскую плату с большим количеством линий.

Для стабильной установки с несколькими графическими процессорами для игр потребуется, чтобы на вашей материнской плате было как минимум два механических слота PCIe x16, каждый из которых оснащен минимум 16 линиями PCIe 3.0 или 8 линиями PCIe 4.0 каждый.

Современные карты с поддержкой SLI, такие как RTX 3090, не обеспечивают достаточную ценность для использования в конфигурациях с несколькими графическими процессорами для игр, а поскольку разработчики отказываются от поддержки, технология кажется почти мертвой.

Выбор правильного количества линий PCIe

Теперь, когда вы знаете необходимое количество линий PCIe для ваших рабочих нагрузок, крайне важно выбрать подходящий процессор и материнскую плату.

Выбор процессора

Мы рекомендуем процессор, способный обеспечить не менее 16 линий PCIe 3.0/4.0 для таких задач, как редактирование видео, графический дизайн и игр.

Новейшие процессоры AMD Ryzen 5000-й серии и процессоры Intel Core 12-го поколения могут обеспечить до 16 линий PCIe 4.0 для видеокарт и хранилищ, что делает их идеальными для таких рабочих нагрузок.

Для рендеринга с помощью графического процессора единственным жизнеспособным вариантом будет процессор HEDT (High-End Desktop), такой как AMD Threadripper, который оснащен в общей сложности до 62 пригодными для использования линиями PCIe Gen 4, которые подключаются к графическим процессорам и устройствам хранения NVMe.

Выбор подходящей платформы материнской платы

Выбор подходящего процессора не гарантирует наличие указанного количества линий PCIe. Материнская плата не менее важна, особенно если принять во внимание такие факторы, как поддержка PCIe 4.0 и связь чипсета PCIe.

Если вы планируете использовать одну видеокарту и не нуждаетесь в дополнительном расширении в будущем, идеально подойдут такие материнские платы, как AMD B550 и некоторые платы Intel Z490. Имейте в виду, что хотя эти материнские платы имеют соединения PCIe 4.0 с процессором, чипсет имеет соединение только PCIe 3.0 с процессором.

Некоторые производители разделяют 16 линий PCIe 4.0 между двумя механическими разъёмами x16 для поддержки двух графических процессоров, поэтому, если вам нужно сэкономить деньги, это отличная идея.

Вы также можете инвестировать в материнскую плату AMD X570, если вам нужен дополнительный 4-канальный физический слот x16 PCIe Gen 4. Имейте в виду, что дорожки будут проходить через набор микросхем, поэтому для этого слота лучше всего использовать более старую видеокарту или плату расширения памяти.

Если вы планируете использовать более двух графических процессоров, вам подойдёт процессор HEDT.

Материнские платы с поддержкой процессоров HEDT, такие как AMD TRX40, предлагают четыре механических слота PCIe 4.0 x16 в конфигурации линий x16/x8/x16/x8 и включают несколько высокоскоростных слотов M.2 для хранения NVMe.

Хотя платформы HEDT предлагают необходимое количество линий PCIe для запуска установки с несколькими графическими процессорами, их высокая цена может оттолкнуть потенциальных разработчиков с ограниченным бюджетом.

В таких случаях, выбирая потребительские материнские платы, такие как Asus WS X570 ACE, в которых используется чип PLX, вы получаете доступ к дополнительным линиям PCIe сверх того, что может предоставить процессор.

Чип PLX работает, позволяя ЦП и ОЗУ получать доступ к адресу всех подключенных графических процессоров. Это достигается путем разделения дорожек процессора в соответствии с пропускной способностью, используемой каждым графическим процессором.

Таким образом, в худшем случае для конфигурации с двумя графическими процессорами он будет работать в режиме x8/x8, но когда один графический процессор активно передаёт данные, он может выделить ему полные 16 линий PCIe.

Эта функция ограничена несколькими потребительскими материнскими платами, ориентированными на рабочие станции, но может помочь значительно сократить расходы, придерживаясь потребительских процессоров и материнских плат.

PLX-чипы

Вы найдёте некоторые материнские платы, которые заявляют, что они поддерживают/предлагают больше линий PCIe, чем должно быть возможно.

Например, Asus WS X299 Sage должен предлагать только 44 линии PCIe, учитывая, что ЦП имеет такое количество доступных линий.

На самом деле, эта материнская плата предлагает конфигурации графического процессора до 7×8 линий PCIe (=56) или 4x x16 линий PCIe (=64).

Это возможно благодаря чипу PLX на материнской плате, который управляет линиями PCIe.

Этот чип, с одной стороны, разговаривает с ЦП и поддерживает его, сообщая ему, что линий PCIe не больше, чем поддерживает ЦП. Однако, другая сторона управляет большим количеством линий PCIe.

Какова потеря производительности при использовании нескольких графических процессоров с PLX (ASUS и SuperMicro)?

Зависит от ситуации. Коммутатор PLX значительно ограничивает одновременную полосу пропускания, доступную для графических процессоров. Таким образом, это может означать падение производительности, если ваша рабочая нагрузка включает в себя в бешеном темпе закидывание и выгрузку видеопамяти видеокарты.

Для рабочих нагрузок, которые могут обрабатываться в видеопамяти графического процессора без слишком большого перемещения данных, вы не заметите значительной потери производительности.

Настройки BIOS для оптимальной работы

После того, как вы закончите сборку своей установки, необходимо настроить материнскую плату для поддержки нескольких графических процессоров и дополнительных карт, чтобы обеспечить бесперебойную работу.

Иногда материнские платы могут не выделять правильное количество линий PCIe для вашего механического слота x16, что приводит к тому, что графический процессор не отображается или работает плохо.

Изменение скорости канала PCIe с автоматической на Gen 3 или 4 обычно решает проблему.

Всегда обязательно обращайтесь к Руководству по материнской плате, если у вас есть проблемы с линиями и слотами PCIe.

Часто задаваемые вопросы о PCIe

Используют ли диски M.2 линии PCIe?

Да, диски M.2 могут использовать до четырех линий PCIe, хотя линии обычно проходят через набор микросхем. Тем не менее, довольно стандартно, что один слот M.2 подключается непосредственно к процессору, и это слот, в который вы размещаете основной диск NVMe.

Сколько линий PCIe использует M.2?

Диски M.2 обычно используют x4 канала PCIe. Это может быть 4 канала PCIe 4.0 или 4 канала PCIe 3.0, в зависимости от материнской платы.

Какие линии PCIe следует использовать?

Мы рекомендуем использовать линии PCIe, подключенные непосредственно к процессору для вашей видеокарты и основного диска. Для других накопителей и дополнительных плат рекомендуется использовать линии PCIe чипсета при условии, что вы полностью заполнили линии PCIe вашего процессора.

Сколько линий PCIe мне доступно?

Во-первых, узнайте, какая у вас материнская плата. После того, как вы узнаете модель своей материнской платы, вы можете посетить веб-сайт производителя, чтобы найти спецификацию или руководство, в котором указано, сколько у вас линий PCIe.

Имеет ли значение, какой слот PCIe x16 я использую?

Да, рекомендуется выбирать слот PCIe, ближайший к процессору (обычно самый верхний слот x16), так как это гарантирует, что к слоту будут подключены все 16 линий PCIe, что обеспечит вашей видеокарте наилучшую пропускную способность и минимальную задержку.

Сколько линий PCIe использует графический процессор?

Как мы обсуждали в статье, количество линий, используемых графическим процессором, может отличаться от того, сколько ему необходимо для работы с полной производительностью. Большинство графических процессоров используют 16 линий PCIe 3.0, в то время как более новые графические процессоры могут использовать 16 линий PCIe 4. 0. Однако большинству графических процессоров такая сумма не нужна для работы без дросселирования.

У какого процессора больше всего линий PCIe?

ЦП уровня HEDT и серверного класса имеют наибольшее количество линий PCIe. Серия процессоров AMD Threadripper поставляется с 64 линиями PCIe, процессоры Threadripper Pro и Epyc имеют 128 линий PCIe.

С многопроцессорными системами вы даже можете иметь доступ к нескольким из них.

Использует ли ОЗУ линии PCIe?

Нет, системная память (ОЗУ) подключается непосредственно к ЦП через собственную шину и не использует линии PCIe.

Сколько слотов PCIe нужно для работы?

Сколько слотов PCIe вам нужно, зависит от количества карт расширения, которые вы будете использовать. Большинству нужна только одна для выделенной видеокарты. Некоторым требуется второй слот для второго графического процессора, звуковой карты, карты Wi-Fi или для дополнительной поддержки Thunderbolt.

Обратите внимание, что вам, скорее всего, не понадобятся физические слоты x16 PCIe для дополнительных карт расширения, кроме вашего графического процессора.

Сколько вам нужно для вашей рабочей нагрузки?

СОДЕРЖАНИЕ

1

При выборе материнской платы и процессора для сборки ПК большинство сборщиков часто упускают из виду функцию выбора правильного количества линий PCIe.

Их идентификация имеет решающее значение не только для новой сборки, но и снижает потребность в обновлениях в будущем, сохраняя вашу установку в будущем.

Хотя первое, что приходит на ум, когда вы думаете о PCIe, может быть слот на материнской плате, к которому вы подключаете свою видеокарту, основная невидимая технология гораздо шире.

Каналы PCIe, выделенные компоненту, могут серьезно повлиять на такие задачи, как рендеринг с использованием нескольких графических процессоров, поскольку пропускная способность этих каналов ограничивает максимальную производительность компонента, подключенного к слоту PCIe, которого вы можете достичь.

В этом руководстве мы познакомим вас с различными типами конфигураций и поколений PCIe, с которыми вы можете столкнуться, и поможем вам определить необходимое количество линий PCIe в зависимости от вашей рабочей нагрузки.

Что такое PCIe?

PCIe или Peripheral Component Interconnect Express — это тип интерфейса, который позволяет подключать к компьютеру высокоскоростные компоненты, такие как видеокарты, твердотельные накопители и карты Wi-Fi.

Типичные разъемы PCIe представляют собой слоты расширения на материнской плате, позволяющие физически подключить поддерживаемое устройство.

Типичный слот PCIe x16. Изображение предоставлено: MSI, материнская плата Unify x570.

Линии PCIe состоят из двух пар медных проводов, обычно называемых дорожками, которые проходят через печатную плату материнской платы, соединяя устройство с поддержкой PCIe либо с процессором, либо с набором микросхем материнской платы.

Вы можете думать об одной полосе PCIe как о шоссе, по которому транспортные средства (данные здесь) движутся в обоих направлениях (туда и обратно) одновременно.

Одному устройству может быть выделено до 32 таких двунаправленных линий PCIe, что позволяет обеспечить передачу данных с высокой пропускной способностью и малой задержкой.

Описание конфигураций PCIe x1, x4, x8 и x16

Стандартно каждое соединение PCIe имеет 1, 4, 8, 16 или 32 канала для передачи данных, хотя потребительские системы не поддерживают 32 канала. Как и следовало ожидать, пропускная способность будет увеличиваться линейно с количеством линий PCIe.

Большинству видеокарт на современном рынке требуется не менее 8 линий PCIe для работы с максимальной производительностью в играх и приложениях для рендеринга.

Хотя графические карты совместимы с менее чем восемью линиями PCIe, следует ожидать снижения производительности.

В конфигурациях с несколькими графическими процессорами рекомендуется использовать восемь линий для каждого графического процессора, но в зависимости от рабочей нагрузки вы можете использовать меньше полос.

Такие функции, как NVLink от Nvidia, помогают снизить нагрузку на шину PCIe и позволяют размещать видеопамять на нескольких графических процессорах, но поскольку потребительские карты отказываются от поддержки этой функции, лучше инвестировать в систему с достаточным количеством линий PCIe для нескольких графических процессоров. без необходимости полагаться на поддержку NVLink.

Все слоты PCIe не одинаковые

Физический размер разъема PCIe на материнской плате указывает на его конфигурацию.

Типичными слотами PCIe являются x1, x4, x8 и x16. Чтобы упростить различие между физическими слотами и дорожками, мы будем называть их механическими и электрическими соответственно.

В идеальном случае можно предположить, что число в спецификации разъема указывает на количество линий PCIe, которые он поддерживает, но это не всегда так.

Количество линий PCIe, выделенных для конкретного устройства или слота на материнской плате, варьируется, и производитель обычно отвечает за установку количества линий.

Возьмем, к примеру, слоты PCIe x16 для видеокарт на материнской плате. Легко предположить, что механический слот x16 использует 16 линий PCIe, но в зависимости от таких факторов, как ваш процессор, набор микросхем материнской платы и количество графических процессоров, это число может измениться.

Источник изображения: ASUS

Взгляните на X570 ROG Crosshair VIII Hero выше. Два верхних механических слота PCIe x16 предназначены для использования с видеокартами.

Однако механический слот x16 в верхней части является единственным слотом с 16 физическими линиями PCIe, которые можно разглядеть, увеличив изображение.

Средний механический слот x16 имеет восемь линий PCIe, а нижний — четыре.

Несмотря на то, что слот имеет механическую длину слота x16, штифты достигают длины только до x8.

Кроме того, использование двух графических процессоров на этой материнской плате заставит верхний слот работать только с восемью линиями из-за ограничений процессора, хотя к нему подключено 16 физических линий PCIe.

Поскольку материнская плата использует PCIe Gen 4, это практически не влияет на производительность графического процессора между 8 и 16 линиями при условии, что графический процессор поддерживает PCIe 4.0. Даже видеокарты PCIe Gen 3 будут работать нормально.

Однако при использовании старых поколений PCIe и материнских плат влияние на производительность будет значительным.

Processor	Processor family	PCIe lanes	Chipset	Chipset Lanes
Intel Core	Intel Rocket Lake	20 PCIe 4.0 lanes	Z590	24 PCIe 3.0 lanes
		20 линий PCIe 4.0 (требуется поддержка материнской платы)	Z490	24 PCIe 3.0 lanes
	Intel Comet Lake	16 PCIe 3.0 lanes	Z490	24 PCIe 3.0 lanes
AMD Ryzen	Zen 3 and Zen 2	20 PCIe 4.0 lanes	X570	16 PCIe 4.0 lanes
		20 PCIe 4.0 lanes	B550	10 PCIe 3.0 lanes
	Zen 2	20 PCIe 4. 0 lanes	X470	8 PCIe 4.0 lanes
		20 PCIe 4.0 lanes	B450	6 PCIe 2.0 lanes
AMD Threadripper	Zen 2	56 PCIe 4.0 lanes	TRX 40	16 PCIe 4.0 lanes
	Zen +	56 PCIe 3.0 lanes	X399	16 PCIe 3.0 lanes
	Zen	56 PCIe 3.0 lanes	X399	16 PCIe 3.0 lanes
Intel X	Cascade Lake	48 PCIe 3.0 lanes	X299	24 PCIe 3.0 lanes
	Skylake	44 PCIe 3.0 lanes	X299	24 Линии PCIe 3.0

В приведенной выше таблице показано, сколько линий PCIe поддерживают современные процессоры. Это хорошее начало, но вам все равно нужно проверить, как материнская плата распределяет доступные линии PCIe по разным разъемам на материнской плате.

Набор микросхем и процессор выделяет линии PCIe

Линии PCIe на материнской плате исходят либо от самого процессора, либо от набора микросхем материнской платы.

Как правило, процессорные линии зарезервированы исключительно для слотов графических карт x16 и слотов M.2 для высокоскоростных твердотельных накопителей, поскольку они требуют перемещения данных без ограничения чипсетом.

С другой стороны, линии чипсета подключаются к встроенному USB, другим слотам M.2 и PCIe и SATA. Сам чипсет передает данные процессору по выделенной 4-полосной шине PCIe.

Таким образом, все устройства, подключенные через линии PCIe к чипсету, будут иметь ограничение на максимальную пропускную способность, что приведет к узким местам.

При выборе материнской платы необходимо убедиться, что слоты PCIe, которые вы планируете использовать, напрямую подключены к процессору. Вы можете запустить слот PCIe, подключенный к чипсету, но вы рискуете столкнуться с узкими местами.

Надежный способ определить ваше физическое соединение слота PCIe x16 — это определить выделенные ему линии, поскольку 16 или 8 линий будут напрямую связаны с процессором. Самый верхний слот PCIe почти всегда подключен к ЦП, но обязательно обратитесь к руководству по материнской плате, чтобы убедиться, что это правильно.

Требования PCIe для графических карт

Вы можете задаться вопросом, необходима ли для лучшей производительности графическая карта на рекомендуемом количестве линий PCIe.

Точный ответ на этот вопрос зависит от типа выполняемой вами работы, типа графического процессора, который вы хотите использовать, и количества графических процессоров, которые вы планируете использовать с вашей установкой.

 

Источник изображения: Pugetsystems

 

Источник изображения: Pugetsystems

работает на 8 или 16 линиях PCIe Gen 3.0/4.0.

Если подключенное к PCIe устройство, такое как графическая карта, работает с максимальной пропускной способностью, обеспечиваемой предоставленными ему линиями PCIe, говорят, что линии PCIe перегружены.

В зависимости от поколения и количества предоставляемых линий PCIe насыщение полосы пропускания будет варьироваться между соединениями PCIe.

9

91

Полоса пропускания PCIe	Скорость передачи	Полоса пропускания x1 (на линию)	x4	x8	x16
PCIe 1.0	2.5GT/s	250 MB/s	1.00 GB/s	2.00 GB/s	4.00 GB/s
PCIe 2.0	5GT/s	500 MB /s	2.00 GB/s	4.00 GB/s	8.00 GB/s
PCIe 3.0	8GT/s	984.6 MB/s	3.94 GB/s	7.88 GB/s	15,75 ГБ/с
PCIe 4.0	16 ГТ/с	1969 МБ/с	7,88 ГБ/с	15,75 ГБ/с	31,51 ГБ/с

Для конфигураций с несколькими GPU оптимальная производительность достигается при использовании каждого GPU на восьми линиях.

Если вы можете столкнуться с небольшим снижением производительности, использование карт на четырех дорожках возможно, но не рекомендуется. Вы можете обратиться к таблице ниже, чтобы лучше понять требования к пропускной способности популярных видеокарт и решить, сколько линий PCIe вы хотите выделить.

В следующей таблице показано минимальное количество и поколение линий PCIe, которые требуются популярным графическим процессорам, чтобы пропускная способность PCIe не ограничивала их пропускную способность: Требуется PCIe Gen. & Lane Count
для снижения производительности менее чем на 5 %0094 PCIe 3.0 x8 PCIe 3.0 x4 RTX 2080 Ti PCIe 3.0 x16 PCIe 3.0 x8 RTX 3060 Ti PCIe 4.0 x8 PCIe 4.0 x4 RTX 3080 PCIe 4.0 x8 PCIe 4.0 x4 RTX 3090 PCIe 4.0 x16 PCIe 4. 0 x8

Notes on the above table:

PCIe Lane Scaling will heavily depend on the тип рабочих нагрузок вы работаете.

Если вы рендерите простые 3D-сцены или играете в игры, которые легко помещаются в видеопамять вашего графического процессора, и им практически не требуется обмен данными по шине PCIe, вы, скорее всего, практически не увидите узких мест, даже при использовании меньшего количества линий PCIe, чем указано выше. рекомендуемые.

Для задач, требующих постоянной связи с ЦП или доступа к системной памяти, узкие места будут гораздо более выраженными.

Также обратите внимание, что число линий PCIe можно уменьшить только вдвое. Несмотря на то, что RTX 3090 может работать без узких мест (<1%) при скорости чуть выше PCIe 4 x8 (например, PCIe 4 x9), вы не можете использовать линии PCIe x9. Вы должны каждый раз удваивать свои дорожки и поколение.

Поколения PCIe: все линии не равны

Стандарт PCIe претерпел в общей сложности шесть изменений с момента его создания в 2003 году.

Хотя пятое и шестое поколения PCIe еще не вышли на рынок, PCIe 4.0 и 3.0 — это то, с чем вы столкнетесь сегодня при покупке нового ПК.

На сегодняшний день каждое поколение PCIe удваивало скорость передачи данных (обычно обозначаемую в GT/s) по сравнению с предыдущим поколением, прокладывая путь более быстрым устройствам для простого подключения к компьютерам.

Пропускная способность PCIe удваивается каждые 3 года — Кредит: PCI SIG

Каждое новое поколение также уменьшало задержку, что было необходимо для таких устройств, как видеокарты.

Полоса пропускания PCIe	Скорость передачи	Полоса пропускания x1 (на линию)	x4	x8	x16
PCIe 1.0	2.5GT/s	250 MB/s	1.00 GB/s	2.00 GB/s	4.00 GB/s
PCIe 2.0	5GT/s	500 MB/s	2.00 GB/s	4. 00 GB/s	8.00 GB/s
PCIe 3.0	8GT/s	984.6 MB/s	3.94 GB/ s	7,88 ГБ/с	15,75 ГБ/с
PCIe 4.0	16GT/s	1969 MB/s	7.88 GB/s	15.75 GB/s	31.51 GB/s

PCIe 4.0 vs. 3.0: Double the bandwidth

PCIe 4.0 , выпущенный в 2017 году, был принят потребительским рынком только в 2019 году, при этом третье поколение процессоров AMD Ryzen стало первым, поддерживающим поколение PCIe.

Поскольку PCIe 4.0 обеспечивает удвоенную пропускную способность по сравнению с предыдущим поколением, это помогло улучшить производительность таких компонентов, как твердотельные накопители, которые были достаточно развиты, чтобы быть узкими местами в PCIe 3.0.

Не все графические процессоры используют увеличенную пропускную способность PCIe, как показывает этот тест от Gamersnexus

Однако даже самые мощные графические карты, доступные сегодня, с трудом наполняют полную пропускную способность PCIe 4. 0 x16 и имеют производительность, аналогичную предыдущей PCIe 3.0. поколение.

Таким образом, даже если механический слот x16 на вашей материнской плате обеспечивает всего 8 линий PCIe Gen 4, вы можете быть уверены, что производительность не пострадает.

Установки с несколькими графическими процессорами значительно выиграют от PCIe 4.0, поскольку вы сможете запускать две карты PCIe 4.0 с восьми или даже четырех линий до тех пор, пока не заметите, что производительность карты начнет падать, что позволит вам подключить больше графических процессоров к одной системе.

Помните, что вы не можете использовать графический процессор PCIe 3.0 на скорости x16 при подключении к PCIe Gen 4 x8, поскольку существует только восемь физических линий PCIe.

Влияние на производительность старых поколений

Хотя разница в производительности между PCIe 4.0 и 3.0 на графических процессорах текущего поколения (все еще) незначительна, использование ваших устройств на старых поколениях PCIe может значительно повлиять на производительность.

Хотя на современных материнских платах отсутствуют линии PCIe предыдущего поколения, те, кто использует более старые модели, могут обнаружить, что некоторые из их слотов PCIe подключены к разъемам Gen 2, а иногда даже Gen 1.

В таких случаях современные видеокарты будут иметь значительные узкие места, за исключением PCIe 2.0 x16, поскольку его производительность будет аналогична PCIe 3.0 x8.

Сколько линий PCIe мне нужно?

Количество линий PCIe, которые вам понадобятся, в конечном итоге будет зависеть от работы, которую вы планируете выполнять на своем ПК, и используемого графического процессора.

Мы не можем дать универсальную рекомендацию, так как меньшее количество линий PCIe снизит производительность, а дополнительные линии приведут к пустой трате денег. Мы классифицировали варианты использования в зависимости от необходимого аппаратного обеспечения (в основном графических процессоров и твердотельных накопителей).

Видеомонтаж и графический дизайн

Мы рекомендуем не менее 16 выделенных линий для графической карты и четыре линии для подключения высокоскоростного твердотельного накопителя NVMe для редактирования видео и графического дизайна. Для дополнительных вариантов высокоскоростного хранения и настроек с несколькими графическими процессорами следует рассмотреть систему HEDT.

Несмотря на то, что производительность графической карты не требуется, редактирование видео и графический дизайн могут значительно выиграть от быстрых твердотельных накопителей, сети и подключения USB.

Типичная установка для редактирования видео включает одну графическую карту, которая занимает полноразмерный механический слот x16 с 16 дорожками на материнской плате.

Тем не менее, как видеоредактор, доступ к большому объему высокоскоростного хранилища может принести пользу вашей рабочей нагрузке.

Выделение восьми линий PCIe Gen 3 для дополнительного твердотельного накопителя PCIe, такого как WD Black AN1500, позволит вам добавить дополнительное хранилище NVMe помимо твердотельных накопителей, которые занимают слоты M.2 на материнской плате.

Установка дополнительных карт может уменьшить количество полос, выделенных для вашего графического процессора, но влияние на производительность минимально, как уже говорилось.

Графический дизайн будет иметь аналогичную настройку, хотя вы можете использовать твердотельные накопители SATA в качестве дополнительного хранилища для ваших основных твердотельных накопителей NVMe.

Если вы создаете ПК для редактирования видео для программного обеспечения, которое может использовать установки с несколькими графическими процессорами, такие как Davinci Resolve Studio, или вам требуется более одного высокопроизводительного устройства хранения, рассмотрите возможность использования платформы HEDT, такой как Процессор Threadripper на материнской плате TRX40.

3D-анимация и рендеринг

Мы рекомендуем не менее 8 линий PCIe Gen 4 на физический разъем x16 на материнской плате для сборки с четырьмя графическими процессорами. Вы можете использовать меньше графических процессоров и заполнить пустые слоты PCIe картами памяти или сетевыми картами, в зависимости от ваших требований.

3D-анимация и рендеринг — одни из самых требовательных к производительности рабочих нагрузок, поэтому для достижения максимальной производительности необходимо правильно выбрать количество линий PCIe для рабочей станции 3D-рендеринга.

Здесь часто используется установка с несколькими графическими процессорами, поэтому необходимо будет обеспечить поддержку как минимум восьми линий PCIe Gen 3 на каждый графический процессор, хотя запуск установки Gen 4 был бы идеальным, особенно если вы не используете NVLink.

Для добавления высокоскоростного хранилища также могут потребоваться дополнительные линии в зависимости от варианта использования. Помимо заполнения слотов M.2 на материнской плате, вы можете использовать карты расширения слотов PCIe для сверхскоростного хранения, если вам это нужно.

Игры

Обычному игроку должно хватить всего 16 линий PCIe Gen 3.0/4.0, так как большинству графических карт будет трудно насытить полосу пропускания. PCIe 4.0 также превосходит PCIe 3.0 по задержке, поэтому вы можете увидеть небольшой прирост производительности при игре с первым.

Хотя для игр может не потребоваться столько линий PCIe, как для других, более интенсивных рабочих нагрузок, такие функции, как SLI с несколькими графическими процессорами или Crossfire, могут потребовать инвестиций в материнскую плату с большим количеством линий.

Для стабильной работы нескольких графических процессоров для игр потребуется, чтобы на материнской плате было как минимум два механических слота PCIe x16, каждый из которых оснащен минимум 16 линиями PCIe 3.0 или 8 линиями PCIe 4.0.

Современные карты с поддержкой SLI, такие как RTX 3090, не обеспечивают достаточную ценность для использования в конфигурациях с несколькими графическими процессорами для игр, а поскольку разработчики отказываются от поддержки, технология кажется почти мертвой.

Выбор правильного количества линий PCIe:

Теперь, когда вы знаете необходимое количество линий PCIe для ваших рабочих нагрузок, крайне важно выбрать подходящий процессор и материнскую плату.

В этом руководстве мы кратко рассмотрим доступные варианты, но вы можете узнать больше, посетив наши тщательно отобранные руководства и обзоры ниже:

• Руководство по покупке материнской платы для рабочих станций [Как купить материнскую плату]
• Сравнение процессоров Intel Core и AMD Ryzen (тесты и сравнение)
• Процессоры AMD Ryzen Threadripper 3000 (обновлены сведениями о запуске для 3960X и 3970X)
Обзор
• AMD Ryzen серии 5000 для создателей контента — до свидания, конкуренция

Выбор процессора

Мы рекомендуем процессор, способный обеспечить не менее 16 линий PCIe 3. 0/4.0 для таких задач, как редактирование видео, графический дизайн и игры общего назначения.

Новейшие процессоры AMD Ryzen 5000-й серии и процессоры Intel 11-го поколения Core могут обеспечить до 16 линий PCIe 4.0 для видеокарт и накопителей, что делает их идеальными для таких рабочих нагрузок.

Для рендеринга с помощью графического процессора единственным подходящим вариантом будет процессор HEDT (высокопроизводительный настольный компьютер), такой как AMD Threadripper, который оснащен в общей сложности до 62 пригодными для использования линиями PCIe Gen 4, которые подключаются к графическим процессорам и устройствам хранения данных NVMe.

Выбор правильной платформы материнской платы

Выбор подходящего процессора не гарантирует наличие указанного количества линий PCIe. Материнская плата не менее важна, особенно если принять во внимание такие факторы, как поддержка PCIe 4.0 и связь чипсета PCIe.

Если вы планируете использовать одну видеокарту и не нуждаетесь в дополнительном расширении в будущем, идеально подойдут такие материнские платы, как AMD B550 и некоторые платы Intel Z490. Имейте в виду, что хотя эти материнские платы имеют соединения PCIe 4.0 с процессором, чипсет имеет только соединение PCIe 3.0 с процессором.

Некоторые производители разделяют 16 линий PCIe 4.0 между двумя механическими разъемами x16 для поддержки двух графических процессоров, поэтому, если вам нужно сэкономить деньги, используйте их — отличная идея.

Вы также можете инвестировать в материнскую плату AMD X570, если вам нужен дополнительный 4-канальный физический разъем PCIe Gen 4 x16. Имейте в виду, что дорожки будут проходить через набор микросхем, поэтому для этого слота лучше всего использовать более старую видеокарту или плату расширения памяти.

Если вы планируете использовать более двух графических процессоров, вам подойдет процессор HEDT.

Материнские платы с поддержкой процессора HEDT, такие как AMD TRX40, предлагают четыре механических слота PCIe 4.0 x16 в конфигурации линий x16/x8/x16/x8 и несколько высокоскоростных слотов M.2 для хранения NVMe.

В то время как платформы HEDT предлагают необходимое количество линий PCIe для запуска конфигурации с несколькими GPU, их высокая цена может оттолкнуть потенциальных сборщиков от бюджета.

В таких случаях, выбирая потребительские материнские платы, такие как Asus WS X570 ACE, в которых используется чип PLX, вы получаете доступ к дополнительным линиям PCIe сверх возможностей процессора.

Чип PLX работает, позволяя ЦП и ОЗУ получать доступ к адресу всех подключенных графических процессоров. Это достигается путем разделения дорожек процессора в соответствии с пропускной способностью, используемой каждым графическим процессором.

Таким образом, в худшем случае для конфигурации с двумя графическими процессорами он будет работать в режиме x8/x8, но когда один графический процессор активно передает данные, он может выделить для него полные 16 линий PCIe.

Эта функция ограничена несколькими потребительскими материнскими платами, ориентированными на рабочие станции, но может помочь значительно сократить расходы, придерживаясь потребительских процессоров и материнских плат.

Чипы PLX

Некоторые материнские платы заявляют, что они поддерживают/предлагают больше линий PCIe, чем должно быть возможно.

Например, Asus WS X299 Sage должен предлагать только 44 линии PCIe, учитывая, что ЦП имеет такое количество доступных линий.

На самом деле, эта материнская плата предлагает конфигурации графического процессора до 7×8 линий PCIe (=56) или 4×16 линий PCIe (=64).

Это возможно благодаря так называемому чипу PLX на материнской плате, который управляет линиями PCIe.

Этот чип с одной стороны разговаривает с ЦП и поддерживает его, сообщая ему, что линий PCIe не больше, чем поддерживает ЦП. Однако другая сторона управляет большим количеством линий PCIe.

При использовании настроек с несколькими графическими процессорами на материнской плате с коммутатором PLX (ASUS и SuperMicro выше) какова именно потеря производительности?

Ну, это зависит от обстоятельств. Коммутатор PLX значительно ограничивает одновременную полосу пропускания, доступную для графических процессоров. Таким образом, это может означать хорошее падение производительности, если ваша рабочая нагрузка включает в себя в бешеном темпе закидывание и выгрузку видеопамяти видеокарты.

Для рабочих нагрузок, которые в основном могут обрабатываться в видеопамяти графического процессора без слишком большого перемещения данных, вы не заметите значительной потери производительности.

Настройки BIOS для оптимальной работы

После того, как вы закончите сборку вашей установки, необходимо настроить материнскую плату для поддержки нескольких графических процессоров и дополнительных карт, чтобы обеспечить бесперебойную работу.

Иногда материнские платы могут не выделять правильное количество линий PCIe для вашего механического слота x16, что приводит к тому, что графический процессор не отображается или работает плохо.

Изменение скорости канала PCIe с автоматической на Gen 3 или 4 обычно решает проблему.

Всегда обращайтесь к Руководству по материнской плате, если у вас возникают проблемы с линиями и слотами PCIe.

Часто задаваемые вопросы

Используют ли диски M.2 линии PCIe?

Да, диски M.2 могут использовать до четырех линий PCIe, хотя линии обычно проходят через набор микросхем. Тем не менее, довольно стандартно, что один слот M.2 подключается непосредственно к процессору, и это слот, в который вы размещаете свой основной диск NVMe.

Сколько линий PCIe использует M.2?

Диски M.2 обычно используют x4 канала PCIe. Это может быть 4 канала PCIe 4.0 или 4 канала PCIe 3.0, в зависимости от материнской платы.

Какие линии PCIe следует использовать?

Мы рекомендуем использовать линии PCIe, подключенные непосредственно к процессору для вашей видеокарты и основного диска. Для других накопителей и дополнительных плат рекомендуется использовать линии PCIe чипсета при условии, что вы полностью заполнили линии PCIe вашего процессора.

Сколько у меня линий PCIe?

Сначала выясните, какая у вас материнская плата. Вот как вы можете проверить характеристики своей материнской платы. После того, как вы узнаете свою модель материнской платы, вы можете посетить веб-сайт производителя материнской платы, чтобы найти спецификацию или руководство, в котором указано, сколько у вас линий PCIe.

Имеет ли значение, какой слот PCIe x16 я использую?

Да, рекомендуется выбирать слот PCIe, ближайший к процессору (обычно самый верхний слот x16), поскольку это гарантирует, что к слоту будут подключены полные 16 линий PCIe, что обеспечит вашей видеокарте наилучшую пропускную способность и минимальную задержку.

Сколько линий PCIe использует графический процессор?

Как мы обсуждали в статье, количество дорожек, используемых графическим процессором, может отличаться от того, сколько ему необходимо для работы с полной производительностью. Большинство графических процессоров используют 16 линий PCIe 3.0, в то время как более новые графические процессоры могут использовать 16 линий PCIe 4.0. Однако большинству графических процессоров такая сумма не нужна для работы без дросселирования.

У какого процессора больше всего линий PCIe?

ЦП HEDT и серверного класса имеют наибольшее количество линий PCIe. Серия процессоров AMD Threadripper поставляется с 64 линиями PCIe, их процессоры Threadripper Pro и Epyc имеют 128 линий PCIe. С многопроцессорными системами вы даже можете иметь доступ к нескольким из них.

Использует ли ОЗУ линии PCIe?

Нет, системная память (ОЗУ) подключена непосредственно к ЦП через собственную шину и не использует линии PCIe.

Сколько слотов PCIe вам нужно?

Необходимое количество слотов PCIe зависит от количества карт расширения, которые вы будете использовать. Большинству нужна только одна для их выделенной видеокарты. Некоторым требуется второй слот для второго графического процессора, звуковой карты, карты Wi-Fi или для дополнительной поддержки Thunderbolt. Обратите внимание, что вам, скорее всего, не понадобятся физические слоты x16 PCIe для дополнительных карт расширения, кроме вашего графического процессора.

Вам слово

Вот и все от нас! Дайте нам знать о любых вопросах, которые могут у вас возникнуть, в комментариях или на нашем экспертном форуме!

CGDirector поддерживает Reader. Когда вы покупаете по нашим ссылкам, мы можем получать партнерскую комиссию.

GPU — Что означает пропускная способность устройства?

Обычной аналогией пропускной способности является шоссе. Чем больше полос и чем быстрее движутся автомобили, тем больше автомобилей может проехать по шоссе за раз.

Используя грузовики вместо автомобилей, представьте, что вам нужно перевезти кучу товаров или почты из одного города в другой. Если у вас однополосное шоссе, то по нему может проехать только одна линия грузовиков, что уменьшит количество товаров, которые можно перевезти, и займет больше времени, чтобы все это переправить. И наоборот, если у вас есть 10-полосная дорога, но каждый грузовик движется с очень низкой скоростью, все равно потребуется много времени, чтобы все доставить.

А теперь представьте, что вместо доставки в соседний город вам нужно доставить отца. Чтобы доставить товар из этого города в другую страну, он должен проехать через несколько городов, и между каждым городом есть разные шоссе; некоторые узкие, некоторые широкие, некоторые в гору, некоторые под гору и т. д. Если дорога из города 1 в город 2 идеальна, как и дорога из города 3 в город 4 (пункт назначения), но дорога между городами 2 и 3 ужасно, то становится узким местом . Это приводит к недостаточному использованию дороги между 3 и 4 и замедляет общее время доставки.

Вернувшись в мир компьютеров, передача данных из одного места в другое представляет собой ту же ситуацию. У вас есть такие устройства, как ЦП, ГП и ОЗУ (города), а также кабели и шины (дороги, не путать с автобусами, хотя это все еще работает). Такое устройство, как ЦП, может обрабатывать входящие и исходящие данные с определенной скоростью, которую можно было бы назвать пропускной способностью, хотя на самом деле никто ее так не называет. Скорее, пропускная способность обычно относится к путям, по которым идут данные. Когда у вас есть одно устройство, выдающее данные, которые нужно отправить куда-то еще. Пропускная способность — это количество (количество полос) и скорость (скорость грузовиков), через которые могут передаваться данные.

В случае, о котором вы говорите, то, что они имеют в виду под , у графических процессоров есть выделенная память, которая в 5–10 раз превышает пропускную способность памяти ЦП. — это не пропускная способность самого ЦП или ГП, а пропускная способность, через которую данные передаются обратно и далее между этими устройствами и связанными с ними воспоминаниями. В частности, шина, по которой проходят данные между ЦП и основной оперативной памятью системы, имеет меньшую пропускную способность, чем шина, по которой данные проходят между графическим процессором и оперативной памятью на видеокарте. Это связано с двумя факторами: шириной и скоростью.

В наши дни ширина шины между графическим процессором и видеопамятью часто составляет 128 бит, потому что видеопамять интегрирована в тот же адаптер, что и графический процессор. Тот факт, что оба компонента собраны одной и той же компанией, означает, что они могут тесно интегрировать графический процессор и видеопамять таким образом, чтобы обеспечить чрезвычайно высокую скорость передачи данных между ними. Кроме того, в наши дни видеопамять, как правило, представляет собой специализированную память GDDR3, что означает, что она может очень быстро получать доступ (чтение/запись) к данным. Наконец, GPU — это специализированный процессор, который, благодаря природе графического программирования, может выполнять все виды сумасшедших арифметических операций с молниеносной скоростью.

Сторона ЦП:

С другой стороны, шина между ЦП и системной ОЗУ обычно только 64-битная. Для этого есть множество причин, но совместимость, как правило, является основным ограничивающим фактором. Также помните, что системы обычно строятся из компонентов из разных источников. Один производитель производит ЦП, другой (или два, или три) — оперативную память, третий — материнскую плату, на которой лежит шина.