PCI Express zwiększa wydajność serwerów

W ostatniej dekadzie PCI zdominowała całkowicie tak ważny aspekt serwerów i pecetów jak układy I/O. Ta magistrala danych obsługuje komunikację między procesorami i światem zewnętrznym, a więc adapterami sieciowymi, kartami graficznymi i innymi podsystemami wchodzącymi w skład systemu obliczeniowego.

W ostatniej dekadzie PCI zdominowała całkowicie tak ważny aspekt serwerów i pecetów jak układy I/O. Ta magistrala danych obsługuje komunikację między procesorami i światem zewnętrznym, a więc adapterami sieciowymi, kartami graficznymi i innymi podsystemami wchodzącymi w skład systemu obliczeniowego.

Jednak z czasem, wraz ze wzrostem szybkości pracy poszczególnych elementów systemów obliczeniowych, okazało się, że magistrala PCI pracuje za wolno i nie nadąża za resztą systemu, tworząc wąskie gardło.

Technologia PCI Express

Technologia PCI Express

PCI reprezentuje jednokierunkową, równoległą architekturę, w której wiele wykorzystuje przepustowość oferowaną przez magistralę. Z biegiem czasu magistrala PCI była sukcesywnie ulepszana, oferując coraz większe przepustowości. Jednak pojawiały się wtedy różne problemy związane z routingiem sygnałów, faktem, iż dane docierają zbyt późno do celu oraz niemożnością obniżenia napięcia zasilającego układy czy zwiększenia częstotliwości.

Świadczyło to o tym, że możliwości tej technologii wyczerpały się. Specjaliści dowiedli, że dalsze zwiększanie przepustowości magistrali PCI jest zbyt kosztowne i niepraktyczne. Dlatego producenci sprzętu powołali do życia stowarzyszenie, które opracowało nową architekturę I/O, nadając jej najpierw nazwę Third Generation I/O, później 3GIO, aby wreszcie zdecydować się na nazwę PCI Express.

Magistrala PCI Express jest oparta na przełączaniu i architekturze punkt-punkt, która tworzy wysoko wydajne, dwukierunkowe połączenia między układem CPU i systemem I/O. Przełącznik jest podłączony do układu CPU przez mostek hosta. Każde z połączeń może się składać z jednej ścieżki lub z wielu ścieżek. Każda ścieżka to cztery druty - jedna para służy do transmitowania danych, a druga do odbierania. PCI Express jest zasilana niższym napięciem niż tradycyjna magistrala PCI i jest energooszczędna (pobiera dużo mniej prądu).

Pierwsze próby opracowania nowej architektury PCI kończyły się niepowodzeniem w dużej mierze z tej przyczyny, że przejście na nową technologię wiązało się z koniecznością wprowadzenia istotnych zmian do warstwy sprzętowej komputera oraz do uruchamianego na nim oprogramowania aplikacyjnego (konieczność budowania nowych sterowników i aplikacji zarządzających systemem). Twórcy technologii PCI Express uniknęli tej pułapki, tak iż magistrala PCI Express może korzystać z tych samych sterowników i z tego samego oprogramowania, które było instalowane na komputerach wyposażonych w magistrale PCI.

W pierwszej wersji magistrali PCI Express dane są przesyłane przez każdą ze ścieżek (transmisja dwukierunkowa) z szybkością 2,5 Gb/s. Dla porównania magistrala PCI-X 1.0 (najpopularniejsza obecnie wersja tej technologii) ma przepustowość 1 Gb/s. Produkowane obecnie karty PCI Express są dostępne w konfiguracjach z czterema lub z ośmioma ścieżkami (konfiguracja x4 i x8). Magistrala PCI x4 ma przepustowość 20 Gb/s, a magistrala x8 dwa razy większą (40 Gb/s).

Magistrala przyszłości

Twórcy magistrali PCI Express pracują nad zwiększeniem jej przepustowości. Budowane obecnie pecety i serwery obsługują i karty graficzne o konfiguracji x8 (osiem ścieżek). W niedalekiej przyszłości pojawią się magistrale PCI Express zawierające 32 ścieżki (x32).

Pierwsze adaptery HBA (Host Bus Adapter) obsługujące sieci Fibre Channel miały konfigurację x4, a nie x8, głównie dlatego, ponieważ producenci serwerów budowali systemy obsługujące taką właśnie konfigurację. Wraz ze wzrostem wymagań użytkowników nic nie stoi na przeszkodzie, aby na rynku pojawiły się serwery i instalowane w nich interfejsy, które obsługują architekturę PCI Express x8.

Przyszłość technologii PCI Express jawi się w jasnych kolorach. Po pierwsze, jest to wysoce skalowalne rozwiązanie (możliwość dodawania kolejnych ścieżek). Po drugie, trwają prace nad zwiększeniem przepustowości ścieżki do 5 Gb/s., co pozwoli budować bardzo wydajne magistrale PCI Express.

Wszystko wskazuje na to, że magistrala PCI Express wyprze z systemów obliczeniowych magistralę PCI, stając się de facto standardem. Skorzystają na tym przede wszystkim aplikacje wymagające dużych przepustowości (muzyka, przesyłanie strumieni wideo, wideo na żądanie, VoIP i obsługa pamięci masowych), którym magistrala PCI nie miała już nic do zaoferowania.


TOP 200