Wydajność w standardzie

Standardy PCI i PCI-X nie znikną z dnia na dzień, jednak przyszłość, i to ta najbliższa, należy już do ich następcy - PCI Express. Złącza w tym standardzie mają w zasadzie wszystkie nowe modele serwerów klasy podstawowej i średniej.

Standardy PCI i PCI-X nie znikną z dnia na dzień, jednak przyszłość, i to ta najbliższa, należy już do ich następcy - PCI Express. Złącza w tym standardzie mają w zasadzie wszystkie nowe modele serwerów klasy podstawowej i średniej.

Wraz ze wzrostem popularności nowych generacji gigabitowych interfejsów sieciowych, wydajnych pamięci masowych, oprogramowania do wirtualizacji zasobów, procesorów wielordzeniowych, równoległe szyny systemowe PCI, a nawet PCI-X, zaczną być wąskim gardłem hamującym wydajność systemów komputerowych. Tłok na łączach mają rozwiązać szeregowe łącza PCI Express, które już wkrótce staną się ich standardowym wyposażeniem.

Pierwsze chipsety Intela dla serwerów wyposażone w kontrolery PCI Express pojawiły się na rynku w lipcu 2004 r. Za Intelem podąża VIA Technologies. Ostatnio Dell wprowadził do oferty kilkanaście modeli serwerów z tym złączem, m.in. kompaktowe PowerEdge 1855. Gniazda PCI Express znajdują się również we wszystkich nowych dwuprocesorowych serwerach IBM z układami Xeon, a także w podobnej klasy serwerach HP.

PCI Express wydaje się technologią przeznaczoną właśnie dla niewielkich serwerów, które dzięki niej będzie można połączyć w klastry zapewniające niewielkie czasy opóźnień. Pozwoli to przynajmniej części użytkownikom zrezygnować z dużych serwerów SMP, ale i w tych ostatnich PCI Express znajdzie swoje miejsce, np. do przyspieszenia komunikacji w sieci oraz z systemami pamięci masowych.

Podróż bez turbulencji

Historia standardów PCI

Historia standardów PCI

Współczesne złącza PCI i PCI-X nie są jeszcze wąskim gardłem, ale już wkrótce będą. Wydajność kart sieciowych 10 G Ethernet i perspektywa przyspieszenia łącz Fibre Channel z 2 do 4 Gb/s każe producentom serwerów działać z wyprzedzeniem. Proces zastępowania równoległych gniazd PCI przez interfejsy szeregowe będzie jednak trwał przynajmniej przez kilka lat. Zdaniem niektórych analityków, w praktyce dopiero w 2007 r. architektury serwerów zostaną zdominowane przez PCI Express, a PCI stanie się interfejsem przestarzałym, wychodzącym z użycia.

Najprawdopodobniej najwolniejsza będzie implementacja PCI Express w serwerach klasy najwyższej. W dużej mierze dlatego, że od serwerów tej klasy oczekuje się najwyższej niezawodności, a PCI Express to technologia wciąż młoda. Z drugiej strony, w największych serwerach od dawna stosowane są wydajne rozwiązania. Przykładowo, najnowsza wersja złącz PCI-X - PCI-X 2.0 oferuje przepustowość rzędu 4 GB/s. Może więc jeszcze skutecznie "bronić się" przed PCI Express.

Wbudowywanie złącz PCI Express w urządzenia już teraz oznacza, że wkrótce rozpocznie się masowa produkcja kart rozszerzeń z tym złączem, a więc ich ceny będą z biegiem czasu spadać. W efekcie cena nie będzie barierą dla dalszej popularyzacji PCI Express. Poza tym, za 2-3 lata, gdy PCI Express będzie podstawowym standardem kart rozszerzeń, będzie je można umieszczać także w starszych serwerach. Klienci skorzystają w ten sposób, że dla kilkuletnich urządzeń nie będą musieli kupować kart sieciowych czy HBA z łączem PCI po cenach serwisowych.

Obecnie wszystko wskazuje, że transformacja do nowego, wydajniejszego standardu nie przysporzy użytkownikom większych problemów i będzie łagodna. Mimo że PCI Express jest zasadniczo inną konstrukcją niż PCI, zachowana została wsteczna zgodność na poziomie programowym - sprzęt wykorzystujący to złącze nie wymaga aktualizacji sterowników, zmian w systemach operacyjnych czy BIOS.

W nowych płytach głównych montowane są więc zarówno złącza PCI/PCI-X, jak i PCI Express. Obie architektury będą w najbliższych latach współistnieć, podobnie jak w latach 90. złącza ISA były instalowane obok zastępujących je wówczas gniazd PCI. W efekcie każdy użytkownik kupujący serwer będzie miał do dyspozycji, obok klasycznych gniazd PCI, również złącza PCI Express, które będzie mógł wykorzystać, jeśli tylko pojawi się taka potrzeba.

Droga szybkiego ruchu

Zmiana architektury PCI z równoległej na szeregową to nie tylko wzrost szybkości transmisji i możliwości jej dalszego zwiększania w perspektywie wielu lat, ale również wiele innych przydatnych udoskonaleń. Dotychczasowa szyna była szyną współdzieloną, a PCI Express każdemu z dołączonych urządzeń udostępnia do wyłącznego użytku łącze (link), składające się z dwóch linii do przesyłu danych odpowiednio do i od urządzenia peryferyjnego.

Każda z dwóch linii przesyłowych PCI Express w obecnej wersji pracuje z częstotliwością 2,5 GHz, zapewniając przepustowość 2,5 Gb/s. Do transmisji wykorzystywane jest kodowanie sygnałów tzw. standardu 8b/10b, który nie wymaga niezależnych sygnałów kontrolujących częstotliwość zegara. Mechanizm ten wymaga 10 bitów do przesłania każdego bajtu danych, a więc efektywna przepustowość (rzeczywista liczba przesyłanej informacji) jest o ok. 20% mniejsza od nominalnej.

To spowolnienie jest jednak niczym w porównaniu z korzyściami, jakie wynikają z zapewnienia urządzeniom dedykowanych kanałów komunikacyjnych. W takiej konstrukcji układy do arbitrażu dostępu do szyny i koordynujące sygnały podróżujące poszczególnymi żyłami nie są już potrzebne. Znakomicie upraszcza to architekturę, czyniąc ją jednocześnie bardziej skalowalną i odporną na błędy.

W porównaniu do równoległych szyn PCI, jedno dwukanałowe złącze szeregowe nie imponuje wydajnością. Sekret wydajności PCI Express leży w możliwości agregacji wielu łącz w jeden logiczny kanał transmisyjny o zwielokrotnionej przepustowości. Obecnie specyfikacja przewiduje złącza 4-, 8-, 16-, i 32-krotne. W tym ostatnim wypadku sumaryczna szybkość transmisji sięga 160 Gb/s (ok. 80 Gb/s w jednym kierunku), podczas gdy PCI-X w najnowszej wersji zapewnia tylko 32 Gb/s (4 GB/s).

Elastyczne pomosty

Zwielokrotnione, fizyczne złącza PCI Express instalowane na płycie głównej umożliwiają podłączanie interfejsów o niższej liczbie kanałów, dlatego też na płytach montowane są najczęściej tylko gniazda typu x1 (pojedyncze) oraz x16 (16-krotne). W tym drugim przypadku do złącza można podłączyć urządzenie z interfejsami x8 lub x4 (ale tylko jedno).

W 2005 r. ma zostać opublikowana specyfikacja fizycznego interfejsu zewnętrznego, który z biegiem czasu zastąpi stosowane dziś powszechnie złącza PCMCIA i CardBus. Nie będzie ono konkurencją dla interfejsów Fibre Channel czy InfiniBand, a może wręcz ułatwić ich implementację poprzez możliwość efektywnej komunikacji z wnętrzem serwera/komputera.

Przewidziana z myślą o podsystemach graficznych maksymalna moc zasilania 75 W (ok. 3-krotnie większa niż w przypadku AGP) umożliwia zwiększanie wydajności przetwarzania profesjonalnych kart graficznych przez instalacje szybszych - i bardziej energożernych - procesorów graficznych. Dodatkowym atutem PCI Express jest możliwość dołączania i odłączania kart rozszerzeń bez konieczności wyłączania czy "usypiania" urządzenia.

12,5 Mb/s - taka jest (mniej więcej) fizyczna granica szybkości transmisji w kablach miedzianych. PCI Express ma obecnie przepustowość 2,5 Gb/s, więc możliwe jest jeszcze blisko 5-krotne zwiększenie szybkości transmisji pojedynczego kanału przesyłowego. Taki upgrade będzie wymagać modyfikacji tylko warstwy sprzętowej, układów scalonych kontrolera interfejsu; warstwa protokołów, a więc sterowniki itd., nie ulegnie zmianie.

<hr size=1 noshade>Zastosowania PCI Express

W wypadku komputerów PC najważniejszym zastosowaniem dla PCI Express są podsystemy graficzne, gdyż tutaj występuje największy wzrost wymagań na przepustowość szyny systemowej. Warto przypomnieć, że już w latach 90., gdy królowało PCI, Intel wprowadził dodatkowy, równoległy interfejs graficzny AGP, by odciążyć szynę systemową. Teraz PCI Express zastąpi AGP, a więc nastąpi powrót do idei uniwersalnego interfejsu systemowego obsługującego wszystkie elementy I/O, również kartę graficzną, tak jak to miało miejsce zanim pojawiło się AGP. Na 19 stycznia Intel zaplanował premierę chipsetu Alviso dla notebooków, który będzie zawierać zintegrowany kontroler PCI Express. ze złączami PCI Express są powszechnie dostępne.


TOP 200