امروزه اسلات PCIe به شکل‌های مختلف روی مادربوردها دیده می‌شود و بسیار پرکاربرد است. اسلات‌های PCIe و کارت‌های جانبی می‌بایست به درستی انتخاب و نصب شوند. در بخش اول به مقایسه PCIe با PCI و AGP می‌پردازیم. بخش دوم به بررسی دقیق پی‌سی‌آی اکسپرس اختصاص دارد و در بخش سوم به بررسی تأثیر اسلات پی‌سی‌آی اکسپرس در عملکرد کارت گرافیک و سرعت اجرای بازی‌ها می‌پردازیم.
اسلات کارت گرافیک در مادربوردهای قدیمی AGP نام داشته که خود دارای نسخه‌های مختلف است می‌شود. PCI هم اسلات دیگری برای اتصال سایر کارت‌ها بود. هر دو اسلات در مادربوردهای امروزی، کمتر و کمتر دیده می‌شوند و شاید به ندرت مادربوردی حرفه‌ای مجهز به یکی از این دو اسلات در بازار پیدا کنید. PCI Express که گاهاً PCIe هم نوشته می‌شود، جایگزین اسلات PCI است. معمولاً PCI Express را در مورد کارت‌ها به کار می‌بریم و PCIe را برای اشاره به اسلات‌های مربوطه روی مادربورد استفاده می‌کنیم. PCIe و PCI به کلی متفاوت هستند اما هدف هر دو، اتصال کارت‌های جانبی است. PCI و PCIe بسیار مفید هستند چرا که امکان اتصال کارت‌های جانبی مختلف را فراهم میکنند در واقع PCI مخفف Peripheral Component Interconnet و به معنی رابط اجزای جانبی است. اگر یادتان باشد، چند سال پیش در سرهم کردن یک کیس ، مودم‌های دیال‌آپ به صورت کارت‌های جداگانه روی مادربورد نصب می‌شد که نمونه‌ی ساده‌ای از کاربرد PCI بود. در گذشته اسلات PCI روی مادربوردها برای اتصال لوازم جانبی در نظر گرفته می‌شد اما امروزه PCI Express جایگزین آن شده و اتصال لوازم جانبی مختلف مثل مودم، کارت‌های پیشرفته‌ی پردازش صدا، کارت‌های شبکه با سرعت بالا، کارت‌هایی برای اضافه کردن پورت‌های یو‌اس‌بی و ای‌ساتا و حتی اخیراً درایوهای حالت جامد، به راحتی صورت می‌گیرد.
PCI قدیمی در حالت استاندارد خود با سرعت باس 33 مگاهرتز، پهنای باندی برابر با 133 مگابایت در ثانیه ارایه می‌کرد. در حالت سریع هم، به جای استفاده از باس 32 بیتی، از باس 64 بیتی و با سرعت 66 مگاهرتز استفاده می‌شد و لذا پهنای باند به 533 مگابایت در ثانیه ختم می‌شد. دقت کنید که محاسبه‌ی سرعت باس عادی از حاصلضرب 33 مگاهرتز در 32 بیت معادل 4 بایت به دست می‌آید که برابر با 133 مگاهرتز است. سرعت PCI عدد کوچکی نیست اما لازمه‌ی پیشرفت، افزایش سرعت واسط‌هاست. تنها افزایش سرعت مشکل را حل نمی‌کند، به توان بیشتر و ارتباط بهینه‌تر با سایر اجزاء هم نیاز است. در جدول زیر مشخصات را بررسی کنید.
مشخصات باس PCI
استاندارد
پهنای باس (بیت)
سرعت باس (مگاهرتز)
پهنای باند (مگابایت بر ثانیه)
PCI 2.3
32
33
133
PCI 2.3
32
66
266
PCI 4.0
64
33
266
PCI 4.0
64
66
533
اسلات‌های PCI با دو ولتاژ 3.3 و 5 ولت کار می‌کردند و از آن گذشته، کارت‌های PCI به دو شکل 32 یا 64 بیتی طراحی می‌شوند. بنابراین با 4 حالت مختلف سر و کار داریم که از نظر ظاهر کاملاً مشخص هستند.
اسلات 3.3 و 5 ولت متفاوت هستند و باید کارت‌ها در اسلات صحیح نصب شوند
با چنین تنوعی، کارت‌های و وسایل جانبی باید در اسلات صحیح قرار داده می‌شد. کارتی که قرار است با برق 3.3 ولت مشغول به کار شود، نباید در اسلات 5 ولتی قرار بگیرد و کارت 5 ولتی هم می‌بایست در اسلات 5 ولتی نصب شود. به تصویر زیر توجه کنید تا با شکل و شمایل اسلات‌های مختلف آشنا شوید، برای شناسایی نوع کارت تنها باید به طول و محل شیار توجه کرد:
در ضمن کارت‌های Universal یا عمومی که در تصویر فوق مشاهده می‌کنید، روی هر دو اسلات 3.3 یا 5 ولت، قابل نصب و استفاده هستند. این نوع کارت‌ها نسبت به مدل‌های مشابه خود، یک شیار اضافی دارند تا روی هر دو اسلات 3.3 و 5 ولت، قابل استفاده باشند. نمونه‌ی 32 بیتی یک کارت Universal: و نمونه‌ی 64 بیتی آن: شیار اضافی در انتهای سمت راست، کارت 5 ولتی را مشخص می‌کند و شیار سمت چپ، کارت 3.3 ولتی را. مدل Universal هر دو شیار را دارد.
خوشبختانه اسلات 64 بیتی، با کارت‌های 32 بیتی سازگاری دارد اما برعکس آن درست نیست، به این معنی که اصلاً نمی‌توان کارت طویل‌تر 64 بیتی را در اسلات کوچک 32 بیتی قرار داد.
امروزه بیشتر مادربوردها اسلات قدیمی PCI را فراموش کرده‌اند چرا که دوران آن سپری شده ولیکن هنوز هم برخی مادربوردها چنین اسلاتی را دارند با توجه به تصویر فوق، اسلات‌های مادربورد قدیمی زیر، نسخه‌ی 32 بیتی PCI هستند و ولتاژ کاری هر سه نیز، 5 ولت است:
PCI Express، باس جدید با ارتباط سریال
در سال 2004، نسخه‌ی جدید PCI یعنی PCI Express معرفی شد. تفاوت بزرگی بین نسخه‌ی جدید که یک باس سریال یا سری است با نسخه‌ی قدیمی به عنوان یک باس Parallel یا موازی وجود دارد. در معماری قدیمی، تمام وسایل با خطوط داده، آدرس و کنترل مشترک به باس ارتباطی متصل می‌شدند. اما در نسخه‌ی جدید باس سریال است و هر ابزار به صورت جداگانه با یک یا چند مسیر ارتباطی (Lane) به ریشه‌ی پیچیده مرتبط می‌شود. بخش ارتباطی Root Complex یا ریشه‌ی پیچیده نام دارد که ارتباط پردازنده را با سوییچ‌های ارتباطی وسایل جانبی برقرار می‌کند. در تصویر زیر، معماری سریال PCI Express، ابزار 1 و 2 را به سوییچ و باس مربوط کرده در حالی که در ارتباط موازی PCI، هر سه ابزار با هم و در نهایت با باس ارتباطی رابطه دارند. ارتباط موازی محدودیت‌هایی مثل سرعت باس پایین را به دنبال دارد همین تفاوت بزرگ، سرعت کلی باس PCI را به کمترین سرعتی که ابزارهای متصل شده دارند، محدود می‌کند. مثلاً اگر تمام ابزارها 66 مگاهرتزی باشند و تنها یکی از آنها 33 مگاهرتزی باشد، سرعت همه به 33 مگاهرتز محدود می‌شود. محدودیت سرعت به خاطر مشترک بودن تمام خطوط ارتباطی است. اما در نسخه‌ی جدید، باس به صورت سریال و البته فول-داپلکس یا دوجهته‌ی کامل است و لذا هر یک از وسایل متصل شده، از مسیر اختصاصی خود با سرعت دلخواه به ریشه‌ی پیچیده وصل می‌شود. حالت سریال در یک سیکل کلاک، تعداد بیت‌های کمتری را جابجا می‌کند اما با فرکانس‌های بالا مشکل چندانی ندارد و سرعت آن در مجموع بسیار بالاتر است.
در مجموع سرعت PCIe بسیار بالاتر از PCI قدیمی است و خبری از پین‌های متعدد نیست. به عنوان مثال کارت گرافیکGeForce 7300 GT انویدیا که در شکل زیر نشان داده شده، واسط x1 پی‌سی‌آی اکسپرس دارد و با همین واسط کوچک، سرعت ارتباطی لازم را ارایه می‌کند.
اما اگر از اسلات AGP که قبل از دوران PCI Express به عنوان یک واسط موازی و البته سریع‌تر از PCI برای کارت‌های گرافیکی مطرح بود، استفاده کنیم، ظاهر کارت گرافیک به شکل زیر تغییر می‌کند:
سرعت باس نسخه‌های مختلف PCIe را در ادامه بررسی می‌کنیم اما جالب است که در مقایسه با سرعت 33 یا 66 مگاهرتزی PCI به مراتب بیشتر است. مشکل PCI در موازی بودن معماری ارتباطی خلاصه می‌شود که اجازه‌ی دستیابی به سرعت‌های بالاتر را نمی‌دهد. سرعت باس PCIe به مراتب بالاتر از AGP یا PCI است، به همین علت بسیار کوچک‌تر است و پهنای باند بالایی ارایه می‌کند از بررسی AGP که روی مادربوردهای 8 سال پیش دیده می‌شود، صرف‌نظر می‌کنیم چرا که دوران آن سپری شده است. اما بد نیست بدانید که باسی موازی با سرعت 66 مگاهرتز است که با تغییرات صورت گرفته، پهنای باند آن برای نصب کارت گرافیک‌های سریع، افزایش یافته است اما در قیاس با PCI Express حرفی برای گفتن ندارد. مفهوم لینک، ارتباط بینابین و مسیر در PCI Express
وسایل جانبی که برای اسلات‌های PCIe طراحی شده‌اند، از ارتباطی منطقی به نام لینک یا Interconncet به معنی ارتباط بینابین استفاده میکنند. معماری پی‌سی‌آی اکسپرس، یک معماری نقطه به نقطه است به این معنی که هر یک از وسایل می‌تواند با دیگر وسایل رابطه برقرار کند.
در تصویر فوق، هر سه کارت پی‌سی‌آی اکسپرس از طریق سوییچ میانی، به هم مربوط می‌شوند. ارتباط نقطه به نقطه پی‌سی‌آی اکسپرس، رابطه‌ی چند کارت جانبی مثل کارت گرافیک را تسریع می‌کند اما در PCI قدیمی، ارتباط موازی راه را برای حالت نقطه به نقطه بسته است و سه کارت اشاره شده، می‌بایست در ابتدا با هم هماهنگ شده و در نهایت به باس ارتباطی متصل می‌شدند. پهنای باند کمی که PCI داشت هم بین سه کارت به صورت مشترک استفاده می‌شود و این یعنی سرعت کمتر.
هر ارتباط بینابین از طریق یک یا چند مسیر (Lane) صورت می‌گیرد. با یک مسیر در یک سیکل کلاک، می‌توان 1 بیت داده را در یک جهت جابجا کرد. هر چه مسیرها بیشتر باشند، سرعت ارتباط بالاتر خواهد بود. مثلاً ممکن است کارت گرافیکی را به اسلات 16 مسیره متصل کرده باشد که کنار آن عبارت x16 درج شده است. منظور این است که اسلات مورد نظر، نهایتاً از ارتباط 16 مسیره پشتیبانی می‌کند.
در تصویر زیر مثال اول ارتباط فول-داپلکس تنها با یک مسیر یا Lane را به تصویر کشیده است. تصویر حالت دوم x2 یا دو مسیره است. سومین حالت هم x12 است:
هر لینک ارتباطی ممکن است با 1 الی 32 مسیر فعالیت کند. یکی از نکات مثبت پی‌سی‌آی اکسپرس این است که اگر ابزاری که تنها به یک مسیر نیاز دارد و به عبارت دیگر x1 است را در اسلات x4 قرار دهید، مشکلی ایجاد نمی‌شود چرا که ارتباطات چند مسیر، در شروع کار و راه‌اندازی ارتباط، اطلاعاتی برای تنظیم تعداد مسیرها رد و بدل می‌شود تا در نهایت هر تعداد مسیر که لازم و کافی است، فعال شود.
در تصویر زیر، مشاهده می‌کنید که PCIe با کانکتور یک مسیره یعنی حالت x1، اسلاتی کوچک‌تر از PCI و AGP نیاز دارد. ولیکن همین اسلات کوچک برای اتصال کارت‌های جانبی که پهنای‌باند بالایی نیاز دارند، کافی است. مثلاً کارت شبکه‌ی زیر، سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه‌ای خود را تنها از طریق یک اسلات x1 تأمین می‌کند.
به مادربورد زیر توجه کنید و ابعاد اسلات‌های PCI، AGP، PCI Express x1 را مقایسه کنید تا تصویر روشن‌تری از طراحی بهینه‌ی آن در ذهن شما شکل بگیرد:
اسلات‌هایی با مسیرهای بیشتر، بزرگ‌تر هستند. ابعاد را در تصویر زیر مقایسه کنید:
توان مصرفی کارت گرافیک و سایر کارت‌های جانبی
اسلات‌ها و کانکتورهای پی‌سی‌آی اکسپرس شامل تعداد زیادی پین هستند که علاوه بر انتقال داده، مقدار زیادی توان مصرفی به کارت جانبی تحویل می‌دهد. توجه کنید که منظور از کانکتور، بخشی از کارت پی‌سی‌آی اکسپرس است که با پین‌های مسی در اسلات روی مادربورد، فرو می‌رود و ارتباطی محکم برقرار می‌کند. کارت‌های طراحی شده برای کوچک‌ترین اسلات یعنی x1 در ابتدا کمتر از 10 وات انرژی مصرف می‌کردند. در ادامه کارت‌های x1 با طراحی بزرگ‌تر و به اصطلاح Full Height خود به توان مصرفی بیشتری در حد 25 وات نیاز پیدا کردند.
کارت‌های 4 یا 8 مسیره، همگی به 25 وات محدود می‌شوند. کارت‌های x16 مثل کارت گرافیک‌های غول‌آسای امروزی، نهایتاً 75 وات از توان مصرفی مورد نیاز خود را از اسلات x16 دریافت میکنند. به همین علت است که کارت گرافیک‌های بدون کابل اضافه به مراتب ضعیف‌تر از کارت گرافیک‌های رده اول هستند. در بررسی معماری مکسول انویدیا و دو برادر GT 750 و GT 750 Ti هم به این موضوع اشاره کردیم که این دو محصول، فعلاً بهترین کارت گرافیک‌هایی هستند که به کابل برق اضافی نیاز ندارند.
توان مصرفی که بیش از ظرفیت اسلات PCIe باشد، با کابل 6 پین (75 وات) و 8 پین (150 وات) تأمین می‌شود
اگر توان مصرفی بیش از ظرفیت اسلات پی‌سی‌آی اکسپرس باشد، از کابل برق 6 یا 8 پین استفاده می‌شود. کابل 6 پین حداکثر 75 وات و کابل 8 پین هم حداکثر 150 وات توان الکتریکی در اختیار کارت گرافیک قرار می‌دهد و ممکن است کارت گرافیک‌های چند هسته‌ای، دارای چند کابل 6 یا 8 پین باشند تا انرژی مورد نیاز خود را به طور کامل تأمین کنند.
مثلاً کارت گرافیک دو هسته‌ای R9 295x2 با دو کابل 8 پین و استفاد از اسلات پی‌سی‌آی اکسپرس 3.0، می‌تواند 375 وات توان مصرفی دریافت کند که البته در حالت بی‌کار، انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند و در بار پردازشی کامل هم ممکن است به رکورد 375 وات مصرف نرسد.
PCI Express 4.0 از نظر توان الکتریکی قدرتمندتر است و حداکثر توان 150 واتی در اختیار کارت‌های x16 قرار می‌دهد. کدام کارت‌ها در کدام اسلات‌ها قابل استفاده هستند؟
سازگاری از نظر نسخه، Gen 3.0، Gen 2.0 و Gen 1.0
خوشبختانه PCI Express مثل PCI از نظر سازگاری نسخه‌های مختلف و اسلات‌های مختلف، پیچیدگی چندانی ندارد. کارت‌های قدیمی را می‌توان در اسلات‌های جدید قرار داد و مشکلی پیش نمی‌آید. اصطلاحاً گفته می‌شود که مثلاً نسخه‌ی دوم Forward Compatible است به این معنی که نسخه‌ی دوم با اسلات بعدی یعنی نسخه‌ی سوم سازگاری کامل دارد.
کارت گرافیک‌های پرمصرف احتمالاً در تأمین توان مورد نیاز از طریق اسلات PCIe 1.1 به مشکل برمی‌خورند
اما از نظر Backward Compatible بودن موضوع کمی متفاوت است. طبق استانداردهای تصویب شده، نسخه‌ی 3.0 و 2.1 از نظر توان مصرفی و محدودیت‌های حرارتی مثل هم هستند. اما نسخه‌ی 2.0، 1.1 و 1.0a کمی ضعیف‌تر هستند. بنابراین با اینکه در استانداردسازی اسلات‌ها و کارت‌های جانبی و مخصوصاً کارت گرافیک‌ها که توان مصرفی بالاتری نسبت به سایر کارت‌ها دارند، سعی شده تمام کارت‌ها با تمام اسلات‌ها سازگار باشند، در عمل به مشکلاتی برمی‌خوریم. اگر کارت گرافیک کم‌مصرفی انتخاب شود، معمولاً بدون هیچ مشکلی روی پی‌سی‌آی اکسپرس قدیمی نصب می‌شود.در مقابل کارت گرافیک پرمصرفی که برای PCI-Express 3.0 طراحی شده و تمام انرژی لازم را از آن دریافت می‌کند، ممکن است روی بیشتر مادربوردهای تولید شده تا قبل از سال 2010، با مشکل مواجه شود و به درستی کار نکند. بعد از سال 2010، نسخه‌ی 2.0 با بروزرسانی مشخصه‌های توان و حرارت، به نسخه‌ی 2.1 ارتقاء یافت و از آن پس کارت‌ها و اسلات‌های جدید، هیچ مشکل سازگاری نداشته‌اند.
توان مصرفی کارت گرافیک است که سازگاری آن با PCIe قدیمی را تعیین می‌کند
بنابراین پاسخ این سؤال ساده که آیا کارت گرافیک‌های PCI Express 3.0 روی اسلات‌های PCIe 1.1 و حتی PCIe 2.0 قابل نصب و استفاده هستند یا نه، هم مثبت است و هم منفی. همه چیز به کارت گرافیک و میزان مصرف انرژی آن بستگی دارد. شاید با رونمایی از مادربوردهای مجهز به PCI-Express 4.0 و کارت گرافیک‌های جدیدی که 150 وات انرژی لازم را از اسلات مذکور دریافت میکنند، بار دیگر مشکلاتی را شاهد باشیم. بنابراین بهترین کار این است که اگر مادربورد شما قدیمی است، ابتدا مشخصات آن را بررسی کنید و ببینید با بروزرسانی بایوس و دیگر توصیه‌های سازنده، امکان استفاده از یک کارت گرافیک رده اول و پرمصرف روی آن وجود دارد یا نه. سازگاری از نظر تعداد مسیر
با توضیحاتی که قبلاً در این رابطه داده شد، کارتی که تعداد مسیر کمتری دارد در اسلات بزرگ‌تر قابل استفاده است. مثلاً کارت x1 با اینکه پهنای اسلات PCIe x16 را نمی‌پوشاند، اما با توجه به توضیحاتی که در مورد طرز کار مسیرها دادیم، بدون هیچ مشکلی کار خواهد کرد. بنابراین قاعده‌ی سرانگشتی این می‌شود که فقط کافی است کارت جانبی در اسلات‌های روی مادربورد جا شود تا به درستی کار کند.
کارت PCIe دارای کانکتور کوچک با اسلات بزرگ‌تر از کانکتور خود سازگار است؛ ولی تمام مسیرهای اسلات فعال نمی‌شوند
در تصویر زیر مشاهده می‌کنید که کارت صدای Asus Xonar که واسط یک مسیره دارد، در اسلات x16 مادربورد قرار داده شده است. به محض روشن‌شدن کامپیوتر، کانکتور کارت صدا و باس پی‌سی‌آی در مورد اینکه چند مسیر ارتباطی قابل استفاده است تصمیم می‌گیرند. قطعاً 16 مسیر ارتباطی وجود نخواهد داشت! تنها یک مسیر از اسلات 16 مسیره‌ی مادربورد فعال می‌شود.
آداپتورها (تبدیل‌ها)
اگر مادربورد شما اسلات‌های x16 کمی دارد ولی در مقابل، کارت‌های مختلفی دارید که باید در اسلات x16 قرار بگیرند، می‌توانید از تبدیل‌ها استفاده کنید. البته توجه کنید که تبدیلی که اسلات x1 را به x16 تبدیل کند، با همان یک مسیر خود به تأمین پهنای باند مورد نیاز می‌پردازد و لذا عملکرد کارت PCI Express x16 شما ممکن است در اثر کم بودن پهنای باند محدود شود. نمونه‌های از تبدیل‌های مختلف را با هم ببینیم. تبدیل x1 به x16:
و مدل دیگری که با کابل میانی، قرار دادن کارت در حالات دلخواه را امکان‌پذیر می‌کند:
هر دو تبدیل فوق، تنها یک مسیر ارتباطی را در اختیار کارت متصل شده قرار می‌دهند و همان‌طور که اشاره کردیم، ممکن است کارت گرافیکی که پهنای باند مورد نیاز خود را با حداقل 4 مسیر تأمین می‌کند، بخشی از عملکرد واقعی خود را از دست بدهد.
ممکن است برای فاصله گرفتن کارت گرافیک‌های قدرتمندی که گرمای زیادی تولید میکنند و عمر قطعات مادربورد را کاهش می‌دهند، از همین نوع تبدیل‌ها استفاده شود که به آنها Riser یا بالابرنده گفته می‌شود:
نوع ثابت Riser پی‌سی‌آی اکسپرس هم به شکل‌های زیر در بازار وجود دارد:
انواع تبدیل برای حل مشکل فضای کم، گرمای زیاد، فقدان اسلات مناسب و افزایش تعداد اسلات‌های پی‌سی‌آی اکسپرس معرفی شده که در صورت لزوم می‌توان از آنها استفاده کرد.
ویدیوی زیر شاید خنده‌دار باشد و کاری غیر ممکن تلقی شود، اما به هر حال این افراد دست به آچار، یک کارت PCI Express بزرگ که احتمالاً x16 است را به کارت x1 تبدیل میکنند، آن هم تنها با برش پین‌های اضافی! در نهایت اگر محدودیت‌های توان مصرفی که به آن اشاره شد را در نظر گرفته باشیم و اصول کلی کارکرد PCIe را بدانیم، چنین کاری ممکن است و کارت گرافیک به درستی کار می‌کند.
توجه کنید این کار خطرناک است و به تجربه نیاز دارد. بهتر است با یک تبدیل مشکل را حل کنید و کارت گرافیک یا کارت‌های جانبی دیگر را به خطر نیاندازید. استفاده از تبدیل به سادگی تصویر زیر است:
روش بیان سرعت PCIe
در PCIe، سرعت‌ها بر حسب تعداد تراکنش‌های صورت گرفته در یک ثانیه بیان می‌شود. مثلاً نسخه‌ی اول 2.5 میلیارد عمل نقل و انتقال داده را در یک ثانیه انجام می‌دهد. نوع انکدینگ مشخص می‌کند که سرعت بر حسب بایت بر ثانیه چقدر است. در نسخه‌ی اول نوع انکدینگ 8 بیت به 10 بیت بوده به این معنی که دیتای 8 بیتی، با انتقال 10 بیت داده منتقل می‌شود. 8 بیت یا یک بایت داده‌ی واقعی با اضافه‌شدن دو بیت اضافی منتقل می‌شود و دریافت‌کننده هم دو بیت اضافی را جدا می‌کند و همان 8 بیت اصلی را استفاده می‌کند. این به معنی 20 درصد اتلاف پهنای باند است؛ اما برای حفظ کیفیت و صحت انتقال اطلاعات، استفاده از چنین مدولاسیونی طبیعی و ضروری است. خصوصاً که فرکانس نقل و انتقال بسیار بالاست.
بنابراین در نسخه‌ی اول در یک ثانیه 2.5 میلیارد تراکنش برای نقل و انتقال 2 گیگابیت یا به عبارتی 250 مگابایت داده صورت می‌گیرد. در نسخه‌ی دوم سرعت تراکنش‌ها دو برابر شده و محدودیت سرعت به 500 مگابایت در ثانیه رسید. نسخه‌ی سوم و چهارم از انکدینگ 128 بیت به 130 بیت استفاده میکنند و لذا در نسخه‌ی سوم با وجود اینکه تعداد تراکنش‌ها 60 درصد افزایش یافته، پهنای باند یک مسیر 97 درصد بیشتر شده و به 985 مگابایت در ثانیه رسیده است. توجه داشته باشید که ارتباط به صورت فول-داپلکس (Full-Duplex) است و می‌توان در جهت رفت و برگشت، انتقال هم‌زمان را تجربه کرد. در جدول زیر پهنای باند نسخه‌های مختلف را بررسی کنید:
مشخصات نسخه‌های مختلف PCI Express
نسخه
سرعت باس (گیگاهرتز)
ایندکیدنگ
پهنای باند (مگابایت در ثانیه)
PCIe 1.x
2.5
8b\10b
250
PCIe 2.x
5
8b\10b
500
PCIe 3.x
8
128b\130b
985
PCIe 4.x
16
128b\130b
1969
ارقام مطرح شده برای یک مسیر است، اگر از چند مسیر استفاده کنیم، مثلاً در مورد کارت گرافیک‌های رده اول که سرعت بسیار بالایی نیاز دارند و معمولاً روی اسلات x16 مادربورد قرار داده می‌شوند، پهنای باند 16 برابر می‌شود.
آمار و ارقام نسخه‌ی 3.0 و مقایسه با PCI Express 2.0
در بخش‌های قبلی به معرفی PCI Express و بررسی پهنای باند نسخه‌های گوناگون و اسلات‌های مختلف پرداختیم. در این بخش می‌خواهیم تفاوت عملکرد کارت گرافیک‌های رده اول امروزی را مورد بررسی قرار دهیم و ببینیم اگر کارت گرافیکی با واسط PCI Express Gen 3.0 را در نسخه‌ی دوم اسلات PCIe قرار دهیم، چه اتفاقی می‌افتد و چند درصد از توان واقعی کارت گرافیک هدر می‌رود. این سوالی است که اکثر کاربرانی که مادربوردهای قدیمی‌تر دارند و می‌خواهند برای اجرای بازی‌های امروزی، بدون ارتقای پردازنده، مادربورد و رم، به نتیجه‌ی مطلوب برسند، پیش می‌آید. در ابتدا تکرار می‌کنیم که پهنای باند اسلات 16 مسیره‌ی PCIe 3.0 حدود 16 گیگابایت بر ثانیه است که نسبت به رکورد 8 گیگابایت بر ثانیه‌ای نسخه‌ی دوم، دو برابر بیشتر است. به بیان دیگر اگر PCIe 3.0 را به صورت 8 مسیره استفاده کنیم، پهنای باند برابر با PCIe 2.0 در حالت 16 مسیره خواهد بود. به جدول زیر توجه کنید:
پهنای باند اسلات PCI در حالت x16 و x8
نسخه
پهنای باند x8 (گیگابایت در ثانیه)
پهنای باند x16 (گیگابایت در ثانیه)
PCIe 1.x
2
4
PCIe 2.x
4
8
PCIe 3.x
7.87
15.75
PCIe 4.x
15.77
31.51
نکته‌ی بسیار مهمی که بعداً مفصلاً در مقاله‌ی دیگری به آن می‌پردازیم این است که اسلات واقعاً به صورت x16 فعالیت کند و نه به شکل x8 و پایین‌تر. محدودیت مادربورد، چیپ‌ست و پردازنده ممکن است به کاهش تعداد مسیرها بیانجامد، اما در بررسی ما، تنها یک کارت گرافیک برای آزمودن کاهش عملکرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. سختافزار و نرم‌افزار برای شروع بنچ‌مارک‌ها
سراغ سختافزار تست زومیت می‌رویم که مشخصاتی به شرح زیر دارد:
ای‌دیتا XPG Gaming V2، سرعت 2400 مگاهرتز و تایمینگ CL11 -
گارانتی آونگ
فضای ذخیره‌سازی
دیسک حالت جامد ای‌دیتا SX900 128 GB - گارانتی آونگ
پاور
گرین 1275 وات، 80 پلاس پلاتینیوم
مانیتور
ال‌جی 1080p W2261vp
تغییر لینک PCI Express در بایوس مادربورد انجام می‌شود و با توجه به اینکه R9 290x در حال حاضر یکی از سریع‌ترین کارت گرافیک‌های تک‌هسته‌ای بازار است، تأثیر PCI Express 30 و پهنای باند دو برابری آن، بیش از مدل‌های معمولی خواهد بود.
کرایسیس 3 نمایشی از قدرت موتور گرافیکی CryEngine 3 است.
فقط بخش دوم تست که قسمتی از مرحله‌ی Root of All Evil را برای تست اجرا می‌کنیم. در این صحنه نورپردازی ذرات، سایه‌ها، تسلیشن گیاهان و پردازش فیزیک حرکات، همگی دست به دست هم داده‌اند تا کارت گرافیک‌ها را به زانو درآورند.
آنتی‌الیاسینگ به صورت MSAA 4X و تنظیمات در بالاترین حالت ممکن هستند
با تغییر Gen 3 به Gen 2 سرعت اجرای بازی کمی تغییر می‌کند.
جالب است که نسخه‌ی سوم نه تنها سرعت را افزایش نداده بلکه حدود 2 درصد کاهش هم ایجاد کرده است!
بنچ‌مارک با 3DMark 2013
به جای گرفتن بنچ‌مارک تک‌تک بازی‌های سنگین امروزی، به 3DMark سری می‌زنیم تا یک بررسی کلی داشته باشیم. البته مجموعه‌ی 3DMark تست‌های متنوعی را در خود جای داده ولیکن با توجه به سنگین بودن بازی‌های نسل جدید، فقط آزمون Firestrike Extreme را به عنوان ملاک ارزیابی در نظر گرفته‌ایم.
نتیجه با استفاده از Gen 2.0 و Gen 3.0 به ترتیب زیر است. با PCI Express 2.0:
و اما مقایسه‌ی کلی تمام بخش‌های 3DMark 2013 به صورت زیر خواهد بود:
سختافزار و نرم‌افزار برای دومین آزمون
موضوع به مادربورد باکیفیت گیگابایت مربوط نمی‌شود. سخت‌افزارهای دیگر هم ممکن است همین نتیجه را تأیید کنند. بنابراین با یک سیستم دیگر بررسی می‌کنیم.
سختافزار و نرم‌افزار استفاده شده در این آزمون به شرح زیر است:
مشخصات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری دومین سیستم تست
سیستم عامل
ویندوز 8.1 پرو، ویرایش 64 بیتی
درایور کارت گرافیک
جیفورس 337.88 (نسخه نهایی)
مادربورد
Z87: ایسوس Z87 ماکسیموس 6 هیرو
کارت گرافیک
ایسوس GTX 770 DirectCU II
پردازنده
هسول Core i5 4670K اورکلاک شده به 4.2 گیگاهرتز
فضای ذخیره‌سازی
دیسک حالت جامد کینگستون، HyperX 3K 240 GB
مانیتور
ایسوس ML229 IPS
پاور
تاپ‌پاور Twister ADJ، مدل 1100 وات
بنچ‌مارک در Crysis 3
در دو حالت اصلی، از تنظیمات پیشرفته‌ی PCIe برای کاهش مصرف انرژی استفاده شده است، این دو حالت با عنوان Optimized در تمامی نمودارها تمیز داده می‌شوند:
قبل از هر چیز به تنظیمات مادربورد رجوع کرده و صحت تنظیمات را بررسی می‌کنیم. گیگابایت و چیپ‌ست Z97 تضمین‌کننده‌ی کیفیت سختافزار و نرم‌افزار (بایوس) هستند اما به هر حال سازندگان بزرگ هم برای بهترین مادربوردهای خود، بسته‌های بروزرسانی نرم‌افزاری که شامل درایورها و بایوس است، عرضه میکنند. لذا ممکن است مشکل به مادربورد و بایوس مربوط شود.
پس از چک کردن تنظیمات، با اجرای Furmark به بررسی سرعت لینک PCI Express پرداختیم.
در بخش قبلی این مقاله سرعت نسخه‌ی سوم و دوم به ترتیب 8 و 5 گیگاهرتز یا GT/s ذکر شده بود. بنابراین هنگام اجرای Furmark انتظار داریم لینک ارتباطی PCIe 3.0 در یک ثانیه 8 میلیارد عمل انتقال داده انجام دهد. در حالتی که در بایوس نسخه‌ی دوم PCIe را انتخاب کرده باشیم هم به سرعت 5 گیگاهرتزی امیدوار هستیم.
بررسی سرعت لینک PCIe
نتیجه را با هم ببینیم، توجه کنید که از HWiNFO برای بررسی سرعت لینک PCIe استفاده شده است. برای بزرگ‌نمایی عکس‌های کوچک روی آن کلیک کنید:
نکته‌ی جالب توجه، حالت بی‌کار سیستم است که سرعت لینک به صورت خودکار به 2.5 گیگاهرتز که همان سرعت نسخه‌ی اول PCI Express است، تقلیل می‌یابد تا مصرف انرژی بهینه شود.
همین نکته ما را به پاسخ نزدیک می‌کند. چرایی کمتر بودن سرعت اجرای بازی‌های سنگین به فعال یا غیرفعال بودن تنظیمات مربوط به کاهش مصرف انرژی مرتبط می‌شود. بنابراین توان مصرفی و سرعت اجرا را به صورت دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.
بررسی توان مصرفی مجموعه‌ی سختافزار و R9 290X
سراغ سیستم بنچ‌مارک زومیت می‌رویم و توان مصرف مجموعه‌ی سختافزار را بررسی می‌کنیم.
در بهینه‌سازی PCI Express آنچه مهم است، افزایش بازدهی است. منظور از بازدهی این است که به ازای هر وات مصرف انرژی، چه سرعتی حاصل می‌شود. بنابراین بازدهی را با تقسیم سرعت اجرا بر توان مصرفی محاسبه می‌کنیم. نتیجه‌ی مشخص می‌کند که برای رندر شدن یک فریم تصویر به طور متوسط چند ژول انرژی لازم است.
در دو تصویر زیر توان VDDC کارت گرافیک را مشاهده می‌کنید. نکته‌ی جالب توجه در این دو تصویر این است که با استفاده از PCI Express 3.0 نه تنها توان مصرفی حدود 17 وات کاهش یافته بلکه ولتاژ هسته و بالطبع فرکانس کاری آن هم کاهش یافته است.
بنابراین توان، سرعت هسته و سرعت اجرای متوسط به صورت زیر است:
جالب این است که با وجود کاهش سرعت هسته حین اجرای Furmark، سرعت متوسط اجرای این آزمون ثابت باقی مانده است. موضوع این است که Furmark تنها به عنوان بنچ‌مارکی جهت تعیین میزان مصرف انرژی کاربرد دارد و با فشار آوردن روی تمام بخش‌های کارت گرافیک، توان مصرفی را به حداکثر می‌رساند. اما در بازی‌های سنگین امروزی، تمام بخش‌های کارت گرافیک به صورت کامل فعالیت نمی‌کنند.
نتیجه‌ی محاسبه‌ی بازدهی را باهم ببینیم:
بررسی توان مصرفی کارت گرافیک GTX 770
توان مصرفی کارت گرافیک به صورت درصدی از TDP در نرم‌افزار GPU-Z ارایه شده و نمودار بعدی، نشان‌دهنده آن است:
جالب توجه‌ترین موضوعی که از بررسی دو نمودار فوق به آن می‌رسیم، بیشتر شدن سرعت اجرا همگام با افزایش توان مصرفی است. با توجه به اینکه PCI Express 3.0 و 2.0 از نظر تأمین پهنای باند مورد نیاز، با مشکل خاصی روبرو نیستند، منطقی است که با مصرف انرژی بیشتر، سرعت اجرا در حد بسیار کمی افزایش داشته باشد.
نکته‌ی جالب دیگر، پیشرفت نسخه‌ی سوم از نظر بهینه‌سازی مصرف انرژی است. از بررسی نمودار آخر به این مهم می‌رسیم که Gen 3.0 در حالت عادی بیشتر از Gen 2.0 بهینه شده، انرژی مصرف می‌کند ولیکن با فعال کردن تنظیمات بهینه‌سازی مصرف انرژی در Gen 3.0، توان مصرفی آن کمتر از حالت بهینه‌ی نسخه‌ی دوم می‌شود.
نگاهی به دیگر بررسی‌ها و بازی‌ها
Crysis 3 را انتخاب کردیم و آن را در کنار 3DMark Fire Strike Extreme قرار دادیم به این علت که هر دو از سنگین‌ترین آزمون‌های سخت‌افزاری هستند و علاوه بر پردازنده‌ی گرافیکی، پردازنده‌ی اصلی را هم به خوبی درگیر میکنند. ممکن است برخی بازی‌ها از نسخه‌ی سوم PCI Express استفاده‌ی لازم را ببرند و افزایش سرعت چند درصدی را شاهد باشیم.
نتیجه‌ی آزمون hardware canucks که با کارت گرافیک دو هسته‌ای و قدرتمند GTX 690 انجام شده، تفاوت بسیار کم سرعت را در بیشتر بازی‌ها نشان می‌دهد:
بررسی pugetsystems با موتور گرافیکی Unigine Heaven 4.0 که از جذاب‌ترین موتورهای گرافیکی حال حاضر است هم نشان از برتری نامحسوس PCIe 2.0 دارد و جالب است که در پلتفرم اکستریم X79، کاهش تعداد مسیرها از 16 عدد به 8 عدد، افزایش سرعت را به همراه داشته است:
نتیجه‌گیری
پاسخ این سوال که آیا PCI Express 3.0 در افزایش سرعت اجرای بازی‌های فعلی، اثری دارد یا نه و اگر اثر دارد، چند درصد سرعت اجرای بازی را افزایش می‌دهد به طور خلاصه این است:
نسخه سوم PCI Express در حال حاضر ممکن است سرعت اجرای برخی بازی‌ها را کم و برخی را بیشتر کند اما تفاوت زیر 3 درصد است. بازدهی نسخه‌ی سوم در حد کمی بالاتر از نسخه‌ی دوم است
لذا به راحتی می‌توان با مادربوردها و پردازنده‌های رده متوسط که شاید 3 سال از کارکردشان گذشته است هم به اجرای روان بازی‌های سنگین پرداخت. آنچه نیاز است، یک کارت گرافیک رده اول است و اینکه واسط آن PCI Express 3.0 باشد اما مادربورد چنین اسلاتی را نداشته باشد، موضوع مهمی نیست و نهایتاً 3 درصد روی سرعت اجرای بازی موثر است. گاهاً موضوع برعکس هم می‌شود و در عمل سرعت نسخه‌ی دوم بالاتر به دست می‌آید که با مصرف توان بیشتر ممکن شده است.
در پایان باید ذکر کنیم که اگر مادربورد حرفه‌ای با تنظیمات کامل و پیشرفته دارید، در منوهای بایوس به دنبال گزینه‌ی انتخاب نسخه‌ی PCIe باشید. مثلاً در ماکسیموس هیرو 6 ایسوس مسیر زیر تنظیمات لازم را در اختیار کاربر می‌گذارد:
اگر مادربورد شما از چیپ‌ست‌های رده اول برخوردار است ولی چنین گزینه‌ای را در بایوس پیدا نمی‌کنید، بهتر است به جست‌وجو در اینترنت پرداخته و پاسخ سوالات خود را پیدا کنید.
همه چیز درباره‌ی PCI و PCI Express 
