Was ist PCI Express?

[Paule]

Autor: Lumen

Was ist PCI Express?

PCI Express ist eine relativ neue Form der Datenübertragung auf Mainboards.

Grundlage ist die serielle Datenübertragung, dh die einzelnen Bits werden nacheinander übertragen (Gegenteil parallele Übertragung)
Anstatt eines Bussystemes wird eine direkte Punkt-zu-Punkt Verbindung benutzt.

In der einfachsten Form PCIe X1 werden 4 Lanes benötigt. Eine Lane ist eine einzelne Ader die man sehr leicht auf dem Mainboard erkennen kann.
Von den 4 Lanes werden 2 für die Datenübertragung benötigt, und 2 für die Informationen dazu. Informationen sind Startbits, Stoppbits, Prüfsummen.

PCI Express ist ein hochfrequentes Übertragungssystem, das im Full Duplex Modus arbeitet. Es können also gleichzeitig Daten gesendet und empfangen werden. Die zu sendenen Informationen werden dazu in Pakete verpackt und nacheinander gesendet.

Vorteil der seriellen Übertragung sind physikalische Grundlagen. Es kommt seltender vor das Signalverfälschungen auftreten. Man kennt soetwas vom Radio wenn der Sender nicht korrekt ist und es dann rauscht. Die Lanes werden wohl immer Richtungsversetzt, was elektrische Felder minimieren dürfte.

Schematisch

• Lane1 ---> Datenleitung Hinrichtung
• Lane2 <--- Datenleitung Rückrichtung
• Lane3 ---> Informationsleitung Hinr.
• Lane4 <--- Informationsleitung Rückr.

PCI Express kann aufgrund seiner Struktur sehr hohe Taktungen benutzen.
Die gefundenen Informationen gehen von 2.5-2.6 Ghz aus. Daraus folgen enorme Bandbreiten. Bereits PCIe X1 liefert 250MB pro Richtung, und ist somit perfekt für Erweiterungskarten des GBit LAN geeignet.

Auch RAID Controller und Soundkarten werden vom neuen Standard profitieren. Da jeder Slot einzeln angesteuert wird, wird es keine Engpässe mehr wie beim derzeitigen PCI Bus geben. Dabei unterscheidet man in Brutto und Nettoleistung. Die Bruttoleistung beinhaltet zu den Daten die Informationen die zur Übertragung notwendig sind.

Weiterhin kann man die 4er Lanes beliebig oft erweitern, sofern genug Platz und fähige Controller verbaut sind.

So werden X1, X4, X8, X16, X32 zusammengesetzt.
X1 Karten passen dabei in X4 Slots, umgedreht jedoch nicht.
Der Name des Slots gibt auch gleichzeitig den Faktor der Leistungssteigerung an. Ein X4 Slot befördert also das 4-fache des X1, und X16 wiederum das 4-fache des X4 Slots. X32 Slots werden sich aus Platzmangel eher selten finden lassen.

Entwirft man die Architektur des Mainboards, so benötigen die Lanes unterschiedliche Wegstrecken (Knicke, Kondensatoren). Anders als bei der parallelen Übertragung wo alle Daten absolut synchron ankommen müssen kann bei der seriellen Übertragung gepuffert werden. Zeitliche Verzögerung beim Empfang werden also relativ einfach ausgeglichen.

Berechnungsbeispiele

• 2.5Ghz = 2500Mhz x 1Bit / 8Bit = 312.5 MB/sec brutto, abzüglich notwendiger Informationsbandbreite ~250MB /sec hin und 250 zurück
• X4: 1000MB /sec -> 2000MB /sec Full Duplex
• X16: 4000MB /sec -> 8000MB /sec Full Duplex

Für die kommenden Grafikkarten ist der X16 Slot als ausreichend dimensioniert eingestuft. Grafikkarten mit diesem System werden PEG "PCI Express Graphics" genannt.

Multimediale Bearbeitung wird am direktesten von dem System profitieren, da Daten der Bildberechnung sehr schnell zur PEG gesandt werden können, dort berechnet und zurück zum Prozessor. Aktuelle High End Grafikkarten wie 6800Ultra und X800XT berechnen bereits gewisse Aufgaben deutlich schneller als die verbauten Prozessoren.

Hinweise:
PCI Express beschleunigt nicht die Grafikkarte an sich, sondern nur die Übertragungsgeschwindigkeit. PCI Express ist physikalisch inkompatibel zu AGP und PCI. Derzeitige PCI Express Systeme bieten 20 Lanes, die vorwiegend für einen X16 und vier X1 Slots benutzt werden X4 PEG´s sind zwar technisch möglich, werden aber wohl sehr selten auftreten X32 benötigen sehr viel Platz und werden den Heimanwender in nächster Zeit nicht begegnen.

PCI Express bietet 75W an Leistung für Grafikkarten (AGP 60W), gewisse PEG´s benötigen also keine Extra Stromversorgung mehr. PCI Express Slots haben eine geringere Bauhöhe, ein sorgfältiges Verschrauben der Karte am Gehäuse wird dringend empfohlen.
PCI Express schließt nicht den alten PCI Bus aus.