Tại sao các cổng PCI Express trên bo mạch chủ của tôi có kích thước khác nhau? Giải thích x16, x8, x4 và x1

Chuẩn PCI Express là một trong những yếu tố chính của điện toán hiện đại, với một khe trên ít nhiều mọi máy tính để bàn được sản xuất trong thập kỷ qua. Nhưng bản chất của kết nối là hơi mơ hồ: trên một PC mới, bạn có thể thấy một nửa tá cổng ở ba hoặc bốn kích cỡ khác nhau, tất cả đều được gắn nhãn là PC PCIE, hoặc PCI-E. Vì vậy, tại sao lại có sự nhầm lẫn bạn thực sự sử dụng?

Hiểu về xe buýt tốc hành PCI

Là một bản nâng cấp của hệ thống PCI (Kết nối thành phần ngoại vi) ban đầu, PCI Express có một lợi thế rất lớn khi được phát triển lần đầu vào đầu những năm 2000: nó sử dụng bus truy cập điểm-điểm thay vì bus nối tiếp. Điều đó có nghĩa là mỗi cổng PCI riêng lẻ và các thẻ được cài đặt của nó có thể tận dụng tối đa tốc độ tối đa của chúng mà không cần nhiều thẻ hoặc mở rộng bị tắc trong một xe buýt.

PCI Express thay thế chuẩn khe cắm PCI cũ hơn. Bo mạch chủ này hỗ trợ cả hai: PCIE x16 màu xanh lam, PCIE x1 màu đen và PCI màu be.

Theo cách nói của giáo dân, hãy tưởng tượng máy tính để bàn của bạn như một nhà hàng. Chuẩn PCI cũ giống như một món đồ nguội, mọi người đang đợi trong một hàng để được phục vụ, với tốc độ dịch vụ được giới hạn bởi một người duy nhất tại quầy. PCI-E giống như một quán bar, mỗi người bảo trợ ngồi xuống một chỗ ngồi được chỉ định, với nhiều nhân viên pha chế nhận lệnh của mọi người cùng một lúc. (Được rồi, vì vậy không bao giờ có thể đưa nhân viên pha chế đến mọi khách hàng quen ngay lập tức, nhưng hãy giả vờ đây là một quán bar thực sự tuyệt vời.) Với các làn dữ liệu chuyên dụng cho mỗi thẻ mở rộng hoặc thiết bị ngoại vi, toàn bộ máy tính có thể truy cập các thành phần và phụ kiện nhanh hơn.

Bây giờ để mở rộng phép ẩn dụ deli / bar của chúng tôi, hãy tưởng tượng rằng một số chỗ ngồi đó có nhiều bartender dành riêng cho họ. Đó là nơi mà ý tưởng về nhiều làn đường xuất hiện.

Cuộc sống ở những làn đường nhanh

PCI-E đã trải qua nhiều lần sửa đổi kể từ khi thành lập; Các bo mạch chủ mới hiện nay thường sử dụng phiên bản 3 của tiêu chuẩn, với phiên bản 4 nhanh hơn ngày càng phổ biến và phiên bản 5 dự kiến ​​sẽ ra mắt vào năm 2019. Nhưng các phiên bản khác nhau đều sử dụng cùng một kết nối vật lý và các kết nối đó có thể có bốn kích cỡ chính : x1, x4, x8 và x16. (cổng x32 tồn tại, nhưng cực kỳ hiếm và thường không thấy trên phần cứng của người tiêu dùng.)

Thẻ có kích thước khác nhau hỗ trợ các làn PCI-Express tối đa khác nhau.

Các kích thước vật lý khác nhau cho phép số lượng kết nối pin dữ liệu đồng thời khác nhau với bo mạch chủ: cổng càng lớn, kết nối tối đa trên thẻ và cổng càng nhiều. Các kết nối này được gọi chung là làn đường, làn với mỗi làn PCI-E bao gồm hai cặp tín hiệu, một để gửi dữ liệu và một để nhận dữ liệu. Các phiên bản khác nhau của tiêu chuẩn PCI-E cho phép tốc độ khác nhau trên mỗi làn. Nhưng nói chung, càng có nhiều làn trên một cổng PCI-E và thẻ được kết nối của nó, dữ liệu nhanh hơn có thể chảy giữa thiết bị ngoại vi và phần còn lại của hệ thống máy tính.

Quay trở lại phép ẩn dụ của quán bar của chúng tôi: nếu bạn tưởng tượng mỗi người bảo trợ ngồi tại quán bar là một thiết bị PCI-E, thì một làn đường x1 sẽ là một nhân viên pha chế phục vụ một khách hàng. Nhưng một người bảo trợ ngồi ở ghế được giao x4 thì được chỉ định bốn nhân viên pha chế lấy cho anh ta đồ uống và thức ăn, và chỗ ngồi x8v có thể có tám người pha chế chỉ để cô ấy uống, và người ngồi trong ghế ngồi x16 có thể có mười sáu nhân viên pha chế chỉ dành cho anh ta. Và bây giờ chúng ta sẽ ngừng nói về các quán bar và người pha chế, bởi vì những người nghiện rượu ẩn dụ nghèo của chúng ta có nguy cơ bị ngộ độc rượu.

Thiết bị ngoại vi nào sử dụng cổng nào?

Đối với phiên bản sửa đổi chung 3.0 của PCI Express, tốc độ dữ liệu trên mỗi làn tối đa là tám gigatransifts, một thuật ngữ có nghĩa là tất cả dữ liệu và chi phí điện tử cùng một lúc. Trong thế giới thực, tốc độ cho phiên bản 3 của PCI-E là ít hơn một gigabyte mỗi giây, mỗi làn.

Vì vậy, một thiết bị sử dụng cổng PCI-E x1, như card âm thanh công suất thấp hoặc ăng-ten Wi-Fi, có thể truyền dữ liệu đến phần còn lại của máy tính với tốc độ khoảng 1GBps. Thẻ gập lên tới khe x4 hoặc x8 lớn hơn về mặt vật lý, như thẻ mở rộng USB 3.0, có thể truyền dữ liệu nhanh hơn bốn hoặc tám lần - và sẽ cần, nếu nhiều hơn hai trong số các cổng USB đó được sử dụng tối đa tốc độ truyền tải. Các cổng PCI-E x16, với tối đa lý thuyết khoảng 15 GB / giây trên phiên bản 3.0, được sử dụng cho hầu hết tất cả các card đồ họa hiện đại do NVIDIA và AMD thiết kế.

Hầu hết các card đồ họa rời đều sử dụng khe cắm PCI-E x16 đầy đủ.

Không có bất kỳ hướng dẫn nào về việc thẻ mở rộng sẽ sử dụng số làn đường nào. Thẻ đồ họa có xu hướng sử dụng x16 chỉ để truyền dữ liệu tối đa, nhưng rõ ràng bạn không cần thẻ mạng để sử dụng cổng x16 và mười sáu làn đầy đủ khi cổng Ethernet của nó chỉ có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ một gigabit mỗi giây ( khoảng một phần tám thông lượng của một làn nhớ PCI-E, tám bit đến một byte). Có một số lượng nhỏ ổ đĩa trạng thái rắn gắn PCI-E thích cổng x4, nhưng những ổ đĩa đó dường như đã bị vượt qua nhanh chóng bởi tiêu chuẩn M.2 mới, cũng có thể sử dụng bus PCI-E. Các card mạng và thiết bị đam mê cao cấp như bộ điều hợp và bộ điều khiển RAID sử dụng kết hợp các định dạng x4 và x8.

Hãy nhớ rằng: Kích thước cổng PCI-E và Làn đường có thể không giống nhau

Đây là một trong những phần khó hiểu hơn trong thiết lập PCI-E: một cổng có thể có kích thước của thẻ x16, nhưng chỉ có đủ các làn dữ liệu cho một thứ gì đó nhanh hơn nhiều, như x4. Điều này là do mặc dù PCI-E có thể chứa số lượng kết nối riêng lẻ không giới hạn, nhưng vẫn có giới hạn thực tế về thông lượng làn của chipset. Các bo mạch chủ rẻ hơn với các chipset định hướng ngân sách nhiều hơn chỉ có thể đi tới một khe x8, ngay cả khi khe đó có thể chứa một thẻ x16. Trong khi đó, các bo mạch chủ của gamer trên mạng sẽ bao gồm tối đa bốn khe cắm PCI-E kích thước x16 và x16 làn đầy đủ để tương thích GPU tối đa. (Chúng tôi đã thảo luận chi tiết hơn ở đây.)

Bo mạch chủ đam mê này bao gồm năm khe cắm PCI-E x16 kích thước đầy đủ, nhưng chỉ có hai trong số chúng có 16 làn dữ liệu đầy đủ - hai khe khác là x8 và x4.

Rõ ràng, điều này có thể gây ra vấn đề. Nếu bo mạch chủ của bạn có hai khe có kích thước x16, nhưng một trong số chúng chỉ có x4 làn, thì việc cắm card đồ họa mới lạ mắt của bạn vào khe cắm sai có thể làm giảm hiệu suất của nó tới 75%. Tất nhiên, đó là một kết quả lý thuyết: kiến ​​trúc của bo mạch chủ có nghĩa là bạn sẽ không thấy sự suy giảm nghiêm trọng như vậy. Vấn đề là, đúng thẻ cần phải đi vào đúng khe.

May mắn thay, dung lượng làn của các khe PCI cụ thể thường được đánh vần trong hướng dẫn sử dụng máy tính hoặc bo mạch chủ, với hình minh họa về khe nào có dung lượng. Nếu bạn không có hướng dẫn sử dụng, số làn đường thường được ghi trên PCB của bo mạch chủ bên cạnh cổng, như vậy:

Các nhãn trên các cổng này hiển thị các làn có sẵn: cổng x1 trên cùng có một làn, nhưng cổng x16 bên dưới chỉ có bốn, mặc dù kích thước vật lý của nó. PCIEX1_2 có nghĩa là cổng x1 thứ hai trên bo mạch chủ.

Ngoài ra, thẻ x1 hoặc x4 ngắn hơn có thể phù hợp về mặt vật lý với khe x8 hoặc x16 dài hơn: cấu hình chân ban đầu của các tiếp điểm điện làm cho nó tương thích. Thẻ có thể hơi lỏng về mặt vật lý, nhưng khi được gắn vào vị trí trong các khe cắm mở rộng của vỏ PC, nó chắc chắn hơn rất nhiều. Đương nhiên, nếu danh bạ của thẻ lớn hơn vật lý, không thể chèn thẻ.

Vì vậy, hãy nhớ rằng, khi mua thẻ mở rộng hoặc nâng cấp cho các khe cắm PCI Express, bạn cần lưu ý về cả kích thước và xếp hạng làn đường của các cổng có sẵn của bạn.

Tín dụng hình ảnh: Newegg, Amazon