Warum sind die PCI Express-Anschlüsse auf meinem Motherboard unterschiedlich groß? x16, x8, x4 und x1 erklärt

Der PCI Express-Standard ist eine der Grundvoraussetzungen für moderne Computer, mit einem Steckplatz auf mehr oder weniger jedem Desktop-Computer, der im letzten Jahrzehnt hergestellt wurde. Die Art der Verbindung ist jedoch etwas nebulös: Auf einem neuen PC sehen Sie möglicherweise ein halbes Dutzend Ports in drei oder vier verschiedenen Größen, die alle mit „PCIE“ oder PCI-E gekennzeichnet sind. Warum also die Verwirrung und welche können Sie tatsächlich verwenden?

Grundlegendes zum PCI Express Bus

Als Upgrade des ursprünglichen PCI-Systems (Peripheral Component Interconnect) hatte PCI Express einen großen Vorteil, als es Anfang der 2000er Jahre entwickelt wurde: Es verwendete einen Punkt-zu-Punkt-Zugangsbus anstelle eines seriellen Busses. Dies bedeutete, dass jeder einzelne PCI-Port und seine installierten Karten ihre maximale Geschwindigkeit voll ausnutzen konnten, ohne dass mehrere Karten oder Erweiterungen in einem einzigen Bus verstopft waren.

Stellen Sie sich Ihren Desktop-PC als Restaurant vor. Der alte PCI-Standard war wie ein Feinkostgeschäft, jeder wartete in einer einzigen Schlange, um bedient zu werden, und die Servicegeschwindigkeit wurde von einer einzelnen Person am Schalter begrenzt. PCI-E ist eher wie eine Bar, in der jeder Benutzer auf einem zugewiesenen Platz sitzt und mehrere Barkeeper alle Bestellungen gleichzeitig entgegennehmen. (Okay, es ist nie möglich, sofort einen Barkeeper für jeden Benutzer zu finden, aber tun wir so, als wäre dies eine wirklich großartige Bar.) Mit dedizierten Datenbahnen für jede Erweiterungskarte oder jedes Peripheriegerät kann der gesamte Computer schneller auf Komponenten und Zubehör zugreifen.

Um unsere Deli / Bar-Metapher zu erweitern, stellen Sie sich vor, dass für einige dieser Plätze mehrere Barkeeper nur für sie reserviert sind. Hier kommt die Idee der Mehrspurigkeit ins Spiel.

Leben auf den Überholspuren

PCI-E wurde seit seiner Einführung mehrfach überarbeitet. Derzeit verwenden neue Motherboards in der Regel Version 3 des Standards, wobei die schnellere Version 4 immer häufiger wird und Version 5 voraussichtlich 2019 verfügbar sein wird. Die verschiedenen Versionen verwenden jedoch alle dieselben physischen Verbindungen, und diese Verbindungen können in vier Hauptgrößen vorliegen : x1, x4, x8 und x16. (x32-Ports existieren, sind jedoch äußerst selten und werden auf Consumer-Hardware im Allgemeinen nicht angezeigt.)

Die unterschiedlichen physischen Größen ermöglichen eine unterschiedliche Anzahl gleichzeitiger Daten-Pin-Verbindungen zum Motherboard: Je größer der Port, desto mehr maximale Verbindungen auf der Karte und dem Port. Diese Verbindungen werden umgangssprachlich als "Spuren" bezeichnet, wobei jede PCI-E-Spur aus zwei Signalisierungspaaren besteht, eines zum Senden von Daten und das andere zum Empfangen von Daten. Unterschiedliche Überarbeitungen des PCI-E-Standards ermöglichen unterschiedliche Geschwindigkeiten auf jeder Spur. Im Allgemeinen können Daten jedoch zwischen dem Peripheriegerät und dem Rest des Computersystems schneller fließen, je mehr Lanes sich an einem einzelnen PCI-E-Port und seiner angeschlossenen Karte befinden.

Zurück zu unserer Bar-Metapher: Wenn Sie sich jeden an der Bar sitzenden Benutzer als PCI-E-Gerät vorstellen, wäre eine x1-Spur ein einzelner Barkeeper, der einen einzelnen Kunden bedient. Aber eine Gönnerin, die auf dem zugewiesenen "x4" -Sitz sitzt, würde  vier  Barkeeper haben, die ihm Getränke und Essen holen, und der "x8" -Sitz würde acht Barkeeper nur für ihre Getränke haben, und der auf dem "x16" -Sitz hätte satte sechzehn Barkeeper nur für ihn. Und jetzt werden wir aufhören, über Bars und Barkeeper zu reden, weil unsere armen metaphorischen Trinker in Gefahr sind, Alkohol zu vergiften.

Welche Peripheriegeräte verwenden welche Ports?

Für die gängige Version 3.0 von PCI Express beträgt die maximale Datenrate pro Spur acht Gigatransfers. Dieser Begriff bedeutet „alle Daten und den elektronischen Overhead auf einmal“. In der realen Welt beträgt die Geschwindigkeit für PCI-E Revision 3 etwas weniger als ein Gigabyte pro Sekunde und Spur.

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Ein Gerät, das einen PCI-E x1-Anschluss verwendet, z. B. eine Soundkarte mit geringem Stromverbrauch oder eine Wi-Fi-Antenne, kann Daten mit ca. 1 GBit / s an den Rest des Computers übertragen. Eine Karte, die wie eine USB 3.0-Erweiterungskarte auf den physisch größeren x4- oder x8-Steckplatz stößt, kann Daten vier- oder achtmal schneller übertragen - und dies wäre erforderlich, wenn mehr als zwei dieser USB-Anschlüsse maximal genutzt würden Übertragungsrate. Die PCI-E x16-Ports mit einem theoretischen Maximum von etwa 15 GBit / s bei der Version 3.0 werden für fast alle modernen Grafikkarten verwendet, die von NVIDIA und AMD entwickelt wurden.

VERBINDUNG: Was ist der M.2-Erweiterungssteckplatz und wie kann ich ihn verwenden?

Es gibt keine festgelegten Richtlinien dafür, welche Erweiterungskarten welche Anzahl von Spuren verwenden. Grafikkarten verwenden x16 in der Regel nur, um eine maximale Datenübertragung zu gewährleisten. Natürlich benötigen Sie keine Netzwerkkarte, um einen x16-Port und 16 vollständige Lanes zu verwenden, wenn der Ethernet-Port nur Daten mit einem Gigabit pro Sekunde übertragen kann ( etwa ein Achtel des Durchsatzes einer PCI-E-Spur (denken Sie daran, acht Bits pro Byte). Es gibt eine kleine Anzahl von PCI-E-Solid-State-Laufwerken, die einen x4-Port bevorzugen, aber diese scheinen vom neuen M.2-Standard, der auch den PCI-E-Bus verwenden kann, schnell überholt worden zu sein. High-End-Netzwerkkarten und begeisterte Geräte wie Adapter und RAID-Controller verwenden eine Mischung aus x4- und x8-Formaten.

Denken Sie daran: PCI-E-Portgröße und Lanes sind möglicherweise nicht identisch

VERBINDUNG: Was ist ein "Chipsatz" und warum sollte es mich interessieren?

Hier ist einer der verwirrendsten Teile des PCI-E-Setups: Ein Port hat möglicherweise die Größe einer x16-Karte, verfügt jedoch nur über genügend Datenspuren für etwas viel weniger schnelles wie x4. Dies liegt daran, dass PCI-E zwar grundsätzlich unbegrenzte Mengen einzelner Verbindungen aufnehmen kann, der Spurdurchsatz des Chipsatzes jedoch praktisch begrenzt ist. Billigere Motherboards mit budgetorientierteren Chipsätzen können möglicherweise nur bis zu einem x8-Steckplatz verwendet werden, selbst wenn in diesem Steckplatz eine x16-Karte untergebracht werden kann. In der Zwischenzeit werden "Gamer" -Mutterboards bis zu vier vollständige PCI-E-Steckplätze in x16-Größe und x16-Spur für maximale GPU-Kompatibilität enthalten. (Wir haben dies hier ausführlicher besprochen.)

Dies kann natürlich zu Problemen führen. Wenn Ihr Motherboard über zwei x16-Steckplätze verfügt, einer jedoch nur über x4-Lanes, kann das Einstecken Ihrer schicken neuen Grafikkarte in den falschen Steckplatz die Leistung um 75% beeinträchtigen. Das ist natürlich ein theoretisches Ergebnis: Die Architektur von Motherboards bedeutet, dass Sie keinen so dramatischen Rückgang sehen werden. Der Punkt ist, dass die richtige Karte in den richtigen Steckplatz passen muss.

Glücklicherweise wird die Spurkapazität der spezifischen PCI-Steckplätze im Allgemeinen im Computer- oder Motherboard-Handbuch angegeben, wobei dargestellt wird, welcher Steckplatz welche Kapazität hat. Wenn Sie Ihr Handbuch nicht haben, wird die Anzahl der Lanes in der Regel auf der Platine des Motherboards neben dem Port wie folgt angegeben:

Eine kürzere x1- oder x4-Karte kann auch physisch in einen längeren x8- oder x16-Steckplatz passen: Die anfängliche Pin-Konfiguration der elektrischen Kontakte macht sie kompatibel. Die Karte mag physisch etwas locker sein, aber wenn sie in den Erweiterungssteckplätzen eines PC-Gehäuses festgeschraubt ist, ist sie mehr als ausreichend robust. Wenn die Kontakte einer Karte physisch größer als der Steckplatz sind, kann sie natürlich nicht eingesetzt werden.

Denken Sie also daran, dass Sie beim Kauf von Erweiterungs- oder Upgrade-Karten für PCI Express-Steckplätze sowohl die Größe als auch die Spurbewertung Ihrer verfügbaren Ports berücksichtigen müssen.

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