انواع PCIe

در این مقاله گفتیم کهPCIe (peripheral component interconnect express) یک استاندارد رابط برای اتصال قطعات پرسرعت است. بهتر است بدانید روی هر مادربرد رایانه شخصی رومیزی تعدادی اسلات PCIe است که می توانید از آنها برای افزودن GPU (با نام مستعار کارت گرافیک)، کارت های RAID ، کارت های Wi-Fi ، کارت های افزودنی SSD (درایو حالت جامد) و سایر کارت های توسعه استفاده کنید. یادآور می شویم انواع اسلات های PCIe موجود در رایانه شخصی شما به مادربردی که خریداری می کنید، بستگی دارد.

PCIe 4.0

استاندارد PCIe 4.0 در سال 2017 معرفی شد و همچنین 64 گیگابایت بر ثانیه توان عملیاتی را ارائه می دهد. از این روی، برای سرورهای درجه یک سازمانی در دسترس است. از سوی دیگر PCIe 4.0  در سال 2019 با حافظه های SSD قابل استفاده شد. اضافه می شود CPU های سری Ryzen 3000 AMD که در جولای 2019 معرفی شدند، اولین CPU های دسکتاپ بودند که از PCIe 4.0 16X  پشتیبانی می کردند. یادآور می شویم، برای پشتیبانی کامل، کاربران به مادربردهای جدید با چیپست X570 نیاز دارند.

PCIe 5.0

استاندارد رسمی PCIe 5.0 در ماه می 2019 عرضه شد. این استاندارد 128 گیگابایت بر ثانیه توان عملیاتی را به همراه خواهد داشت. این مشخصات با نسل های قبلی PCIe سازگار است.همچنین شامل ویژگی های جدیدی از جمله تغییرات الکتریکی برای بهبود یکپارچگی سیگنال و کانکتورهای سازگار با CEM در قسمت پشت سیستم، برای اضافه کردن کارت های افزودنی است. اینتل اولین شرکتی بود که PCIe 5.0 را در کنار CPU با پلتفرم Alder Lake پذیرفت. اضافه می شود،اولین دستگاه‌های PCIe 5.0 در سال 2022 برای مشتریان سازمانی معرفی شدند.

PCI-SIG، که استانداردهای PCIe را تعریف می کند، انتظار دارد PCIe 4.0 و PCIe 5.0 برای مدتی با هم در عرصه تکنولوژی کاربرد داشته باشند، همچنین PCIe 5.0 برای نیازهای سیستم با کارایی بالا که بیشترین توان را دارند استفاده می شود.مانند پردازنده های گرافیکی، کارهای مربوط به هوش مصنوعی و برنامه های سنگین و حرفه ای در شبکه. بنابراین، PCIe 5.0 عمدتاً در مرکز داده، شبکه و محیط‌های سازمانی محاسباتی با کارایی بالا (HPC) استفاده خواهد شد. در حالی که برنامه‌های کاربردی کم کاربرد و کم اهمیت تر، مانند برنامه‌هایی که توسط رایانه‌های شخصی رومیزی استفاده می‌شوند، با PCIe 4.0 مناسب خواهند بود.

نسل های آینده PCIe  (PCIe 6.0)

PCIe 6.0

PCIe 6.0 پهنای باند PCIe 5.0 را دو برابر می‌کند و با سرعت 256 گیگابایت بر ثانیه در میان تعداد زیادی از خطوط به 16 خط می‌رساند. نرخ انتقال داده در هر پین از 32 GT/s  به 64 GT/s تغییر می کند. همچنین انتظار می‌رود PCIe 6.0 با نسل‌های قبلی PCIe سازگار باشد.

PCIe 4.0 در مقابل PCIe 3.0 (تفاوت های بین PCI Express Gen 4 و Gen 3 چیست؟)

تفاوت اصلی بین PCI Express 4.0 و PCI Express 3.0 این است که سرعت PCIe 3.0 را دو برابر می کند و عملکرد را از یک گیگابایت در هر خط به دو گیگابایت در هر خط افزایش می دهد و در عین حال گزینه هایی را برای پیکربندی اسلات 1x، 2x، 4x، 8x و 16x ارائه می دهد. حداکثر پهنای باند پتانسیل یک اسلات PCI express را به 64 گیگابایت در ثانیه افزایش داد.

همانطور که گفته شد، کارت‌های گرافیک فعلی نمی‌توانند از مزایای کامل PCIe 4 استفاده کنند، زیرا حتی به اشباع پهنای باند ارائه شده توسط اسلات PCIe 3 نیز نزدیک نمی‌شوند. با این حال، جایی که PCIe 4 می درخشد، در مورد کارت های افزودنی ذخیره سازی است.

به عنوان مثال، درایوهای PCIe 4.0 NVMe از پهنای باند افزوده بهره خواهند برد زیرا درایوهای NVMe که در پیکربندی Raid 0 کار می کنند، می توانند سرعت خواندن/نوشتن متوالی تا 15 گیگابایت بر ثانیه را انجام دهند. این برای افراد و/یا سازمان‌هایی که محاسبات هوش مصنوعی را با استفاده از مجموعه داده‌های بزرگ برای آموزش و آزمایش الگوریتم‌های یادگیری ماشین انجام می‌دهند بسیار مهم است، زیرا مجموعه‌های داده عظیم باید به طور مکرر ذخیره و واکشی شوند.

به طور کلی، PCI Express 4 به طور قابل توجهی سرعت خواندن/نوشتن SSD ها را بهبود می بخشد و عملکرد عالی را برای چنین حجم های کاری پیچیده ای ارائه می دهد. همانطور که الگوریتم‌های هوش مصنوعی پیچیده‌تر و پیچیده‌تر می‌شوند، همیشه نیاز به سرعت انتقال داده‌های سریع‌تر وجود خواهد داشت.

با افزایش پهنای باند موجود، PCIe 4.0 به طور قابل توجهی سرعت دسترسی به داده ها را بهبود می بخشد و تجزیه و تحلیل داده ها در زمان واقعی را فراهم می کند. علاوه بر این، PCI Express دارای مزیت افزوده کاهش خط مورد نیاز برای کارت های افزودنی است. این به این دلیل است که هر یک از خطوط سریعتر می شوند و تعداد خطوط مورد نیاز برای دستگاه های خاص کاهش می یابد.

به عنوان مثال، یک کارت SSD NVMe می تواند با سرعت PCIe 4 x8 در حالی که از پهنای باند یک اسلات PCIe 3 x16 در حین استفاده از نیمی از خطوط بهره می برد، کار کند. خطوط اضافه شده را می‌توان برای افزودن دستگاه‌های اضافی مورد استفاده قرار داد، به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد با استفاده از اسلات‌های PCIe کوچک‌تر کار کنند، و به سازندگان سیستم اجازه می‌دهد تا سیستم‌های کوچک‌تر و فشرده‌تری بسازند.

آیا می توانید یک کارت PCIe Gen 3 را در اسلات PCIe Gen 4 قرار دهید؟

بله، می‌توانید یک کارت PCI Express Gen 3 را در اسلات PCI Express Gen 4 قرار دهید، زیرا PCI Express 4 با PCI Express 3 سازگار است، به این معنی که دستگاه‌های قدیمی‌تر PCI Express اگر در اسلات PCI Express Gen 4 قرار داده شوند، به درستی کار می‌کنند. گفته می‌شود، اگرچه دستگاه‌های جانبی PCI e قدیمی‌تر روی اسلات PCIe 4 کار می‌کنند. اما سرعت آن‌ها به مشخصات نسل خود محدود می‌شود. به عنوان مثال، اگر یک کارت گرافیک PCIe 3.0 در اسلات PCIe 4.0 قرار داده شود، کارت گرافیک به گونه ای عمل می کند که گویی در یک اسلات PCIe 3.0 قرار داده شده است، به این معنی که از اضافه شدن به PCI Express 4.0 یا حتی PCIe 5.0 سودی نخواهد داشت. این به این دلیل است که مشخصات پردازنده گرافیکی شما تغییر نکرده است.

این فقط با استاندارد جدید PCIe سازگار است. مثال دیگر اتصال یک SSD PCIe Gen 3 به یک اسلات PCIe Gen 4 است. اگرچه اسلات PCIe 4 با نسل سوم SSD سازگار است، اما این واقعیت که شما آن را به اسلات نسل 4 وصل می کنید، سرعت انتقال داده را افزایش نمی دهد زیرا کنترلر PCIe SSD یک کنترلر نسل 3 است. بنابراین، در عین سازگاری، شاهد افزایش عملکرد نخواهید بود. همانطور که گفته شد، اگر بخواهید یک SSD Gen 4 PCIe را به یک اسلات Gen 4 متصل کنید، متوجه می‌شوید که سرعت SSD PCIe دو برابر بیشتر است زیرا سیستم و SSD از آن پشتیبانی می‌کنند. شما شاهد بهبودی خواهید بود زیرا سرعت انتقال داده ها سریع تر است و تأخیر خواندن/نوشتن داده ها نیز بهبود یافته است.

چرا به PCIe 4.0 نیاز داریم؟

ما به PCIe 4.0 نیاز داریم زیرا از آنجایی که پردازنده‌ها، پردازنده‌های گرافیکی و دستگاه‌های ذخیره‌سازی داده‌ها مانند NVMe SSD به پیشرفت خود ادامه می‌دهند. بزرگراه‌های انتقال داده از میان آنها نیز باید بهبود یابد تا از تنگنای سیستم جلوگیری شود. PCIe Gen 4 مقدار پهنای باند ارائه شده برای این دستگاه ها را بهبود می بخشد. آنها را از داده اشباع نگه می دارد. به عنوان مثال، یک SSD PCIe M.2 NVMe را در نظر بگیرید. اکثر SSD های M.2 NVMe از اتصال x4 استفاده می کنند . که دارای پهنای باند 4 گیگابایت بر ثانیه است که SSD را تنگ می کند.

با این حال، PCIe Gen 4 پهنای باند را تقریباً به 8 گیگابایت بر ثانیه افزایش می دهد و به سیستم اجازه می دهد تا از پتانسیل کامل درایو M.2 NVMe استفاده کند. به این ترتیب، به راحتی می توان دریافت که ما به PCIe Gen4 برای همگام شدن با پیشرفت های سخت افزاری محاسباتی نیاز داریم. علاوه بر این، رشد اینترنت، تعداد روزافزون دستگاه‌های اینترنت اشیا، و پیچیدگی روزافزون حجم کاری هوش مصنوعی، نیاز به رابط‌های سریع‌تر و کارآمدتر (لوله‌ها) را برای انتقال داده‌ها ضروری می‌کند. PCIe Gen 4 نیاز را با دو برابر کردن عرض خط لوله برآورده می کند. در آینده، نیاز به پهنای باند اضافی برای رسیدگی به رشد حجم و سرعت داده ها همچنان رو به رشد خواهد بود.

سوالات متداول

1. آیا PCIe Gen 4 ارزشش را دارد؟

اگرچه PCIe Gen 4 در کاربردهای معمولی و موارد استفاده از مزایای کمی برخوردار است. اما در مورد SSD های PCIe NVMe با کارایی بالا (درایوهای حالت جامد) پیشرفت قابل توجه و قابل توجهی را ارائه می دهد. زیرا به آنها اجازه می دهد حجم زیادی را بخوانند / بنویسند. داده بسیار سریع مزایای PCIe 4 را می توان به بهترین نحو در هوش مصنوعی و یادگیری ماشین مشاهده کرد.  جایی که مجموعه داده های بزرگ باید بسیار سریع ذخیره شده و به آنها دسترسی پیدا کرد.

2. PCIe Gen 4.0 چقدر سریع است؟

PCIe حداکثر پهنای باند 64 گیگابایت بر ثانیه و همچنین 16 GT/s دارد. این به 2 گیگابایت در ثانیه در هر خط یا 64 گیگابایت در ثانیه در کل ترجمه می شود.

3. آیا اینتل از PCIe 4.0 پشتیبانی می کند؟

اینتل در حال حاضر فقط از PCIe 3.0 پشتیبانی می کند. اینتل تایید کرده است که از سه ماهه اول سال 2021 با عرضه پردازنده‌های هسته‌ای نسل یازدهم اینتل با اسم رمز Rocket Lake از PCIe 4.0 پشتیبانی خواهد کرد.

4. PCIe 4 چه زمانی عرضه شد؟

PCI Express Gen 4 در سال 2017 منتشر شد. با این حال، سازندگان سخت افزار به تازگی شروع به پیاده سازی این فناوری در سخت افزار خود کرده اند.

5. PCI Express Gen 4 برای چه مواردی استفاده می شود؟

PCIe، از جمله PCIe 4.0، برای اتصال سخت افزارهای پیشرفته به سیستم های کامپیوتری استفاده می شود. سخت‌افزاری که اغلب به اسلات‌های PCIe وصل می‌شود شامل پردازنده‌های گرافیکی، حافظه پرسرعت NVMe، کارت‌های حمله، کارت‌های ضبط و حافظه است.

منبع