Что такое PCIe – сколько линий нужно для быстрой работы

При выборе материнской платы и процессора для сборки ПК большинство сборщиков упускают из виду выбор правильного количества линий PCIe. Их идентификация имеет решающее значение не только для новой сборки, но и снижает потребность в обновлениях в будущем, сохраняя вашу установку на будущее.

Хотя первое, что приходит на ум, когда вы думаете о PCIe, может быть слот на материнской плате, к которому вы подключаете свою видеокарту, эта технология гораздо шире.

Линии PCIe, выделенные компоненту, могут серьёзно повлиять на такие задачи, как рендеринг с использованием нескольких графических процессоров, поскольку пропускная способность этих полос ограничивает максимальную производительность компонента, подключенного к слоту PCIe.

В этом руководстве мы познакомим вас с различными типами конфигураций и поколений PCIe, с которыми вы можете столкнуться, и поможем вам определить необходимое количество линий PCIe в зависимости от вашей рабочей нагрузки.

Что такое PCIe

PCIe или Peripheral Component Interconnect Express – это тип интерфейса, который позволяет подключать к компьютеру высокоскоростные компоненты, такие как видеокарты, твердотельные накопители и карты Wi-Fi.

Типичные разъемы PCIe имеют форму слотов расширения на материнской плате, что позволяет физически подключать поддерживаемое устройство.

Объяснение линий PCIe

Линии PCIe – это физическая связь между устройством с поддержкой PCIe и процессором/набором микросхем.

Линии PCIe состоят из двух пар медных проводов, обычно называемых дорожками, которые проходят через печатную часть материнской платы, соединяя устройство с поддержкой PCIe либо с процессором, либо с набором микросхем материнской платы.

Вы можете думать об одной полосе PCIe как о шоссе, по которому транспортные средства (данные) движутся в обоих направлениях (туда и обратно) одновременно.

Одному устройству может быть выделено до 32 таких двунаправленных линий PCIe, что позволяет обеспечить передачу данных с высокой пропускной способностью и малой задержкой.

Объяснение конфигураций PCIe x1, x4, x8 и x16

Стандартно каждое соединение PCIe имеет 1, 4, 8, 16 или 32 линии для передачи данных, хотя потребительские системы не поддерживают 32 линии. Как и следовало ожидать, пропускная способность будет увеличиваться линейно с количеством линий PCIe.

Большинству видеокарт на современном рынке требуется как минимум 8 линий PCIe для максимальной производительности в играх и приложениях для рендеринга.

Хотя видеокарты совместимы с менее чем восемью линиями PCIe, следует ожидать снижения производительности.

В конфигурациях с несколькими графическими процессорами рекомендуется использовать восемь дорожек для каждого графического процессора, но в зависимости от рабочей нагрузки вы можете использовать меньше линий.

Такие функции, как NVLink от Nvidia, помогают снизить нагрузку на шину PCIe и позволяют размещать видеопамять на нескольких графических процессорах, но, поскольку потребительские карты отказываются от поддержки этой функции, лучше инвестировать в систему с достаточным количеством линий PCIe для нескольких графических процессоров, не рассчитывая на поддержку NVLink.

Не все слоты PCIe одинаковы

Физический размер разъёма PCIe на материнской плате указывает на его конфигурацию.

Типичными слотами PCIe являются x1, x4, x8 и x16. Чтобы упростить различие между физическими слотами и линиями, мы будем называть их механическими и электрическими, соответственно.

В идеальном сценарии вы можете предположить, что число в спецификации разъёма указывает на количество линий PCIe, которые он поддерживает, но это не всегда так.

Количество линий PCIe, выделенных для конкретного устройства или слота на материнской плате, варьируется, и производитель обычно несёт ответственность за установку количества линий.

Возьмём, к примеру, слоты PCIe x16 для видеокарт на материнской плате. Легко предположить, что механический слот x16 использует 16 линий PCIe, но в зависимости от таких факторов, как ваш процессор, набор микросхем материнской платы и количество графических процессоров, это число может измениться.

Взгляните на X570 ROG Crosshair VIII Hero выше. Два верхних механических слота PCIe x16 предназначены для использования с видеокартами.

Однако механический слот x16 вверху – единственный слот с 16 физическими линиями PCIe, которые вы можете разглядеть, увеличив изображение.

Средний механический слот x16 имеет восемь линий PCIe, а нижний – четыре.

Несмотря на то, что слот имеет механическую длину слота x16, контакты достигают длины только до x8.

Кроме того, использование двух графических процессоров на этой материнской плате заставит верхний слот работать только с восемью линиями из-за ограничений процессора, хотя к нему подключено 16 физических линий PCIe.

Поскольку материнская плата использует PCIe Gen 4, это практически не влияет на производительность графического процессора между 8 и 16 линиями, при условии, что графический процессор поддерживает PCIe 4.0. Даже видеокарты PCIe Gen 3 будут работать нормально.

Однако, с более старыми поколениями PCIe и материнскими платами влияние на производительность будет значительным.

Чипсет и процессор выделяют линии PCIe

Линии PCIe на материнской плате исходят либо от самого процессора, либо от набора микросхем материнской платы.

Как правило, процессорные линии зарезервированы исключительно для слотов графических карт x16 и слотов M.2 для высокоскоростных твердотельных накопителей, поскольку они требуют перемещения данных без ограничения чипсетом.

С другой стороны, линии чипсета подключаются к встроенному USB, другим слотам M.2 и PCIe и SATA. Сам чипсет передаёт данные процессору по выделенной 4-полосной шине PCIe.

Таким образом, все устройства, подключенные через линии PCIe к чипсету, будут иметь ограничение на максимальную пропускную способность, что приведёт к возникновению узких мест.

При выборе материнской платы вы должны убедиться, что слоты PCIe, которые вы планируете использовать, напрямую подключены к процессору. Вы можете использовать слот PCIe, подключенный к чипсету, но вы рискуете столкнуться с узкими местами.

Надёжный способ определить физическое соединение слота PCIe x16 – это определить выделенные ему линии, поскольку 16 или 8 линий будут напрямую связаны с процессором. Самый верхний слот PCIe почти всегда подключен к ЦП, но обязательно обратитесь к руководству по материнской плате, чтобы убедиться, что это так.

Требования PCIe для видеокарт

Вы можете задаться вопросом, необходима ли для максимальной производительности работа вашей видеокарты на рекомендуемом количестве линий PCIe.

Точный ответ на этот вопрос зависит от типа выполняемой вами работы, типа графического процессора, который вы хотите использовать, и количества графических процессоров, которые вы планируете использовать с вашей установкой.

Даже для задач рендеринга, которые требуют большой пропускной способности, один графический процессор текущего поколения, такой как RTX 3080, может работать практически одинаково при работе на 8 или 16 линиях PCIe Gen 3.0/4.0.

Если устройство, подключенное к PCIe, такое как графическая карта, работает с максимальной пропускной способностью, обеспечиваемой предоставленными ему линиями PCIe, говорят, что линии PCIe перегружены.

В зависимости от поколения и количества предоставляемых линий PCIe насыщение полосы пропускания будет варьироваться между подключениями PCIe.

Для установок с несколькими графическими процессорами использование каждого графического процессора на восьми линиях обеспечит идеальную производительность.

Если вы столкнулись с небольшим падением производительности, использование карт на четырех линиях возможно, но не рекомендуется. Вы можете обратиться к таблице ниже, чтобы лучше понять требования к пропускной способности популярных видеокарт и решить, сколько линий PCIe вы хотите выделить.

В следующей таблице показано минимальное количество и поколение линий PCIe, которые требуются популярным графическим процессорам, чтобы пропускная способность PCIe не ограничивала их:

Поколения PCIe – не все линии равны

Стандарт PCIe претерпел в общей сложности шесть изменений с момента его создания в 2003 году.

Хотя пятое и шестое поколения PCIe ещё не вышли на рынок, PCIe 4.0 и 3.0 – это то, с чем вы столкнетесь сегодня при покупке нового ПК.

Каждое поколение PCIe до настоящего времени удваивало скорость передачи (обычно обозначаемую в ГТ/с) предыдущего поколения, прокладывая путь более быстрым устройствам для легкого подключения к компьютерам.

Каждое новое поколение также уменьшало задержку, что было необходимо для таких устройств, как видеокарты.

PCIe 4.0 против 3.0: пропускная способность вдвое выше

PCIe 4.0, выпущенный в 2017 году, был принят потребительским рынком только в 2019 году, при этом третье поколение процессоров AMD Ryzen стало первым, поддерживающим новое поколение PCIe.

Поскольку PCIe 4.0 предлагает вдвое большую пропускную способность, чем предыдущее поколение, это помогло улучшить производительность таких компонентов, как твердотельные накопители, которые были достаточно развиты, чтобы быть узкими местами с PCIe 3.0.

Не все графические процессоры используют увеличенную пропускную способность PCIe. Тем не менее, даже самые мощные графические карты, доступные сегодня, с трудом используют всю пропускную способность PCIe 4.0 x16 и имеют производительность, аналогичную предыдущему поколению PCIe 3.0.

Таким образом, даже если механический слот x16 на вашей материнской плате обеспечивает всего 8 линий PCIe Gen 4, вы можете быть уверены, что производительность не пострадает.

Установки с несколькими графическими процессорами значительно выиграют от PCIe 4.0, поскольку вы сможете запускать две карты PCIe 4.0 с восьмью или даже четырьмя линиями, пока не заметите, что производительность карты начинает падать, что позволяет подключать больше графических процессоров к одной системе.

Помните, что вы не можете использовать графический процессор PCIe 3.0 на скорости x16 при подключении к PCIe Gen 4 x8, поскольку существует только восемь физических линий PCIe.

Влияние на производительность со старшими поколениями

Хотя разница в производительности между PCIe 4.0 и 3.0 на графических процессорах текущего поколения (всё ещё) незначительна, работа ваших устройств на старых поколениях PCIe может значительно повлиять на производительность.

Хотя на современных материнских платах отсутствуют линии PCIe предыдущего поколения, те, кто использует более старые модели, могут обнаружить, что некоторые из слотов PCIe подключены к разъёмам Gen 2, а иногда даже Gen 1.

В таких случаях современные видеокарты будут иметь значительные узкие места, за исключением PCIe 2.0 x16, поскольку она будет иметь производительность, аналогичную PCIe 3.0 x8.

Сколько линий PCIe мне нужно?

Количество линий PCIe, которые вам понадобятся, в конечном итоге будет зависеть от работы, которую вы планируете выполнять на своем ПК, и используемого вами графического процессора.

Мы не можем дать универсальную рекомендацию, поскольку меньшее количество линий PCIe снизит производительность, а дополнительные линии приведут к пустой трате денег. Мы классифицировали варианты использования в зависимости от необходимого оборудования (в основном, графических процессоров и твердотельных накопителей).

Видеомонтаж и графический дизайн

Мы рекомендуем не менее 16 выделенных линий для видеокарты и четыре линии для подключения высокоскоростного твердотельного накопителя NVMe для редактирования видео и графического дизайна. Для дополнительных вариантов высокоскоростного хранения и настроек с несколькими графическими процессорами следует рассмотреть систему HEDT.

Хотя редактирование видео и графический дизайн не требуют мощности видеокарты, они могут значительно выиграть от быстрых твердотельных накопителей, сети и подключения USB.

Типичная установка для редактирования видео будет включать одну графическую карту, которая занимает полноразмерный механический слот x16 с 16 линиями на материнской плате.

Тем не менее, видеоредактору доступ к большему объёму высокоскоростного хранилища может принести пользу вашей рабочей нагрузке.

Выделение восьми линий PCIe Gen 3 для дополнительного твердотельного накопителя PCIe позволит вам добавить дополнительное хранилище NVMe помимо твердотельных накопителей, которые заполняют слоты M.2 на вашей материнской плате.

Подключение дополнительных карт может уменьшить количество линий, выделенных для вашего графического процессора, но, как уже говорилось, влияние на производительность минимально.

Графический дизайн будет иметь аналогичную настройку, хотя вы можете использовать твердотельные накопители SATA в качестве дополнительного хранилища.

Если вы создаете ПК для редактирования видео с помощью программного обеспечения, которое может использовать установки с несколькими графическими процессорами, такого как Davinci Resolve Studio, или вам нужно более одного высокопроизводительного устройства хранения, рассмотрите возможность использования платформы HEDT, такой как процессор Threadripper на материнской плате TRX40.

3D-анимация и рендеринг

Мы рекомендуем не менее 8 линий PCIe Gen 4 на физический слот x16 на материнской плате для сборки с четырьмя графическими процессорами. Вы можете использовать меньше графических процессоров и заполнить пустые слоты PCIe картами памяти или сетевыми картами, в зависимости от ваших потребностей.

3D-анимация и рендеринг – одни из самых требовательных к производительности рабочих нагрузок, поэтому для достижения максимальной производительности необходимо правильно выбрать количество линий PCIe для рабочей станции 3D-рендеринга.

Здесь часто имеет место запуск установок с несколькими графическими процессорами, поэтому необходимо обеспечить поддержку как минимум восьми линий PCIe Gen 3 на каждый графический процессор, хотя запуск установки Gen 4 был бы идеальным, особенно если вы не используете NVLink.

Добавление высокоскоростного хранилища также может потребовать дополнительных полос в зависимости от вашего варианта использования. Помимо заполнения слотов M.2 на материнской плате, вы можете использовать карты расширения слотов PCIe для сверхскоростного хранения, если вам это нужно.

Компьютерные игры

Обычному игроку должно хватить 16 линий PCIe Gen 3.0/4.0, поскольку большинству видеокарт будет сложно насытить полосу пропускания. PCIe 4.0 также превосходит PCIe 3.0 по задержке, поэтому вы можете увидеть небольшой прирост производительности при игре с более новым поколением.

Хотя для игр может не потребоваться столько линий PCIe, как для других, более интенсивных рабочих нагрузок, такие функции, как SLI с несколькими графическими процессорами или CrossFire, могут потребовать от вас инвестиций в материнскую плату с большим количеством линий.

Для стабильной установки с несколькими графическими процессорами для игр потребуется, чтобы на вашей материнской плате было как минимум два механических слота PCIe x16, каждый из которых оснащен минимум 16 линиями PCIe 3.0 или 8 линиями PCIe 4.0 каждый.

Современные карты с поддержкой SLI, такие как RTX 3090, не обеспечивают достаточную ценность для использования в конфигурациях с несколькими графическими процессорами для игр, а поскольку разработчики отказываются от поддержки, технология кажется почти мертвой.

Выбор правильного количества линий PCIe

Теперь, когда вы знаете необходимое количество линий PCIe для ваших рабочих нагрузок, крайне важно выбрать подходящий процессор и материнскую плату.

Выбор процессора

Мы рекомендуем процессор, способный обеспечить не менее 16 линий PCIe 3.0/4.0 для таких задач, как редактирование видео, графический дизайн и игр.

Новейшие процессоры AMD Ryzen 5000-й серии и процессоры Intel Core 12-го поколения могут обеспечить до 16 линий PCIe 4.0 для видеокарт и хранилищ, что делает их идеальными для таких рабочих нагрузок.

Для рендеринга с помощью графического процессора единственным жизнеспособным вариантом будет процессор HEDT (High-End Desktop), такой как AMD Threadripper, который оснащен в общей сложности до 62 пригодными для использования линиями PCIe Gen 4, которые подключаются к графическим процессорам и устройствам хранения NVMe.

Выбор подходящей платформы материнской платы

Выбор подходящего процессора не гарантирует наличие указанного количества линий PCIe. Материнская плата не менее важна, особенно если принять во внимание такие факторы, как поддержка PCIe 4.0 и связь чипсета PCIe.

Если вы планируете использовать одну видеокарту и не нуждаетесь в дополнительном расширении в будущем, идеально подойдут такие материнские платы, как AMD B550 и некоторые платы Intel Z490. Имейте в виду, что хотя эти материнские платы имеют соединения PCIe 4.0 с процессором, чипсет имеет соединение только PCIe 3.0 с процессором.

Некоторые производители разделяют 16 линий PCIe 4.0 между двумя механическими разъёмами x16 для поддержки двух графических процессоров, поэтому, если вам нужно сэкономить деньги, это отличная идея.

Вы также можете инвестировать в материнскую плату AMD X570, если вам нужен дополнительный 4-канальный физический слот x16 PCIe Gen 4. Имейте в виду, что дорожки будут проходить через набор микросхем, поэтому для этого слота лучше всего использовать более старую видеокарту или плату расширения памяти.

Если вы планируете использовать более двух графических процессоров, вам подойдёт процессор HEDT.

Материнские платы с поддержкой процессоров HEDT, такие как AMD TRX40, предлагают четыре механических слота PCIe 4.0 x16 в конфигурации линий x16/x8/x16/x8 и включают несколько высокоскоростных слотов M.2 для хранения NVMe.

Хотя платформы HEDT предлагают необходимое количество линий PCIe для запуска установки с несколькими графическими процессорами, их высокая цена может оттолкнуть потенциальных разработчиков с ограниченным бюджетом.

В таких случаях, выбирая потребительские материнские платы, такие как Asus WS X570 ACE, в которых используется чип PLX, вы получаете доступ к дополнительным линиям PCIe сверх того, что может предоставить процессор.

Чип PLX работает, позволяя ЦП и ОЗУ получать доступ к адресу всех подключенных графических процессоров. Это достигается путем разделения дорожек процессора в соответствии с пропускной способностью, используемой каждым графическим процессором.

Таким образом, в худшем случае для конфигурации с двумя графическими процессорами он будет работать в режиме x8/x8, но когда один графический процессор активно передаёт данные, он может выделить ему полные 16 линий PCIe.

Эта функция ограничена несколькими потребительскими материнскими платами, ориентированными на рабочие станции, но может помочь значительно сократить расходы, придерживаясь потребительских процессоров и материнских плат.

PLX-чипы

Вы найдёте некоторые материнские платы, которые заявляют, что они поддерживают/предлагают больше линий PCIe, чем должно быть возможно.

Например, Asus WS X299 Sage должен предлагать только 44 линии PCIe, учитывая, что ЦП имеет такое количество доступных линий.

На самом деле, эта материнская плата предлагает конфигурации графического процессора до 7x8 линий PCIe (=56) или 4x x16 линий PCIe (=64).

Это возможно благодаря чипу PLX на материнской плате, который управляет линиями PCIe.

Этот чип, с одной стороны, разговаривает с ЦП и поддерживает его, сообщая ему, что линий PCIe не больше, чем поддерживает ЦП. Однако, другая сторона управляет большим количеством линий PCIe.

Часто задаваемые вопросы о PCIe

Используют ли диски M.2 линии PCIe?

Да, диски M.2 могут использовать до четырех линий PCIe, хотя линии обычно проходят через набор микросхем. Тем не менее, довольно стандартно, что один слот M.2 подключается непосредственно к процессору, и это слот, в который вы размещаете основной диск NVMe.

Сколько линий PCIe использует M.2?

Диски M.2 обычно используют x4 канала PCIe. Это может быть 4 канала PCIe 4.0 или 4 канала PCIe 3.0, в зависимости от материнской платы.

Какие линии PCIe следует использовать?

Мы рекомендуем использовать линии PCIe, подключенные непосредственно к процессору для вашей видеокарты и основного диска. Для других накопителей и дополнительных плат рекомендуется использовать линии PCIe чипсета при условии, что вы полностью заполнили линии PCIe вашего процессора.

Сколько линий PCIe мне доступно?

Во-первых, узнайте, какая у вас материнская плата. После того, как вы узнаете модель своей материнской платы, вы можете посетить веб-сайт производителя, чтобы найти спецификацию или руководство, в котором указано, сколько у вас линий PCIe.

Имеет ли значение, какой слот PCIe x16 я использую?

Да, рекомендуется выбирать слот PCIe, ближайший к процессору (обычно самый верхний слот x16), так как это гарантирует, что к слоту будут подключены все 16 линий PCIe, что обеспечит вашей видеокарте наилучшую пропускную способность и минимальную задержку.

Сколько линий PCIe использует графический процессор?

Как мы обсуждали в статье, количество линий, используемых графическим процессором, может отличаться от того, сколько ему необходимо для работы с полной производительностью. Большинство графических процессоров используют 16 линий PCIe 3.0, в то время как более новые графические процессоры могут использовать 16 линий PCIe 4.0. Однако большинству графических процессоров такая сумма не нужна для работы без дросселирования.

У какого процессора больше всего линий PCIe?

ЦП уровня HEDT и серверного класса имеют наибольшее количество линий PCIe. Серия процессоров AMD Threadripper поставляется с 64 линиями PCIe, процессоры Threadripper Pro и Epyc имеют 128 линий PCIe.

С многопроцессорными системами вы даже можете иметь доступ к нескольким из них.

Использует ли ОЗУ линии PCIe?

Нет, системная память (ОЗУ) подключается непосредственно к ЦП через собственную шину и не использует линии PCIe.

Сколько слотов PCIe нужно для работы?

Сколько слотов PCIe вам нужно, зависит от количества карт расширения, которые вы будете использовать. Большинству нужна только одна для выделенной видеокарты. Некоторым требуется второй слот для второго графического процессора, звуковой карты, карты Wi-Fi или для дополнительной поддержки Thunderbolt.

Обратите внимание, что вам, скорее всего, не понадобятся физические слоты x16 PCIe для дополнительных карт расширения, кроме вашего графического процессора.