رایانه‌ها و سرورها، طی دهه‌های گذشته دگرگونی‌های بزرگی را در زمینه سخت افزاری تجربه کرده‌اند. این تحولات، بیشتر در بخش‌هایی مانند پردازنده، نوع حافظه‌ها، گرافیک و نیز اسلات‌ ها قابل مشاهده است. از زمانی که نخستین رایانه شخصی در اوایل دهه ۸۰ میلادی به بازار آمد، قطعه‌ای به نام اسلات توسعه  بر روی مادربرد وجود داشت که امکان افزودن سخت‌افزارهای گوناگون را به سیستم مهیا می‌کرد. این اسلات‌ها در دوران ابتدایی، شکل ساده‌ای داشتند و برای افزودن کارت صدا، کارت گرافیک و موارد مشابه مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

اما با گذشت زمان و بالا رفتن توان پردازنده‌ها و سخت‌افزارها، اسلات‌های قدیمی پاسخگوی حجم انتقال داده ها نبودند. سرعت انتقال داده ها محدود بود و پهنای باند کافی در اختیار اجزایی همچون کارت گرافیک، درایوهای پیشرفته یا کارت‌های شبکه قرار نمی‌گرفت. در چنین شرایطی استانداردی تازه به وجود آمد که PCIe یا پی سی آی اکسپرس نام گرفت و مسیری جدید برای جا به جایی داده ها، کاهش تاخیر و بالا بردن سرعت کلی سیستم ترسیم کرد.

PCIe یا پی سی آی اکسپرس چیست؟

PCIe روشی نوین و رویکردی سریالی برای اتصال قطعاتی چون کارت گرافیک، کارت شبکه یا درایوهای سرعت‌بالا به مادربرد است. در نسل‌های قبلی، روش موازی مثل PCI یا  AGP برای انتقال داده استفاده می‌شد. ولی با گذشت زمان باعث شد PCI Express بتواند نیاز سخت‌افزارهای پیچیده و پرمصرف را برطرف کند.

در روش‌های گذشته مثلا باس  PCI، همه ماژول‌ها به یک مسیر مشترک متصل بودند. این رویکرد گاهی موجب کندی و ایجاد گلوگاه می‌شد. اما PCIe از ارتباط نقطه‌به‌نقطه بهره می‌گیرد؛ یعنی هر کارت یا قطعه، مسیر اختصاصی خود را جهت ارسال و دریافت اطلاعات دارد. این اتفاق نه‌تنها سرعت را بیشتر می‌کند بلکه رساندن داده را به‌شکل هم‌زمان ممکن می‌سازد. در PCIe عبور داده بر اساس خطوطی به نام Lane انجام می‌شود که هر Lane از دو خط ارسال و دو خط دریافت تشکیل شده است.

استاندارد “پی سی آی اکسپرس” از سال ۲۰۰۳ مطرح شد و رفته رفته نسخه‌های مختلفی مانند ۱٫۰، ۲٫۰، ۳٫۰، ۴٫۰ و ۵٫۰ نشر یافتند. هر نسخه، سرعت انتقال را تقریبا دو برابر نسل قبلی می‌کند و همگی به شکل پایدار با نسل‌های پیشین همخوانی دارند. این هماهنگی باعث می‌شود که اگر کارت نسخه ۳٫۰ در مادربرد با اسلات نسخه ۴٫۰ قرار گیرد،‌ هنوز بتوان آن را استفاده کرد، اگرچه سرعت، برابر با نسل ۳٫۰ خواهد بود.

اگر احساس میکنید در انتخاب سرور کارکرده و استوک نیاز به راهنمایی و مشاوره دارید، می توانید از طریق شماره تلفن ۰۲۱۹۱۰۰۸۴۱۳ با شرکت ماهان شبکه ایرانیان ارتباط بگیرید.

شکاف اسلات PCI اکسپرس چیست؟

اصطلاح اسلات، فضایی فیزیکی روی مادربرد است که کارت‌ها در آن قرار می‌گیرند. در PCIe، این اسلات‌ها بر اساس تعداد Lane  ساخته می‌شوند؛ یعنی در برخی موارد قد اسلات بلند و در برخی کوتاه است. مثلا اسلات  X1 بسیار کوتاه‌تر از اسلات X16 محسوب می‌شود. هرچه تعداد Lane بالاتر باشد، پهنای باند افزون‌تر و سرعت بیشتر است. بنابراین یک اسلات  X16 دارای ۱۶ برابر مسیر ارتباطی بیشتر نسبت به یک اسلات  X1 بوده و برای کارت‌های پیچیده‌تری نظیر کارت گرافیک لازم است.

در مادربرد، این اسلات‌ها اغلب در کنار یکدیگر سوار هستند. کاربران بسته به نیازی که دارند می‌توانند کارت‌های متعدد را در اسلات‌های دلخواه قرار دهند. کارت صدای ساده، ممکن است تنها یک اسلات  X1  بخواهد، در صورتی که کارت گرافیک پرقدرت به یک اسلات  X16 نیاز دارد. این تنوع ابعادی و خطوط مختلف باعث می‌شود انعطاف‌پذیری در انتخاب محصولات افزایش یابد.

در واقع، اسلات PCIe همچون یک ایستگاه ارتباطی میان قطعه و مادربرد عمل می‌کند. فرستادن داده از طریق دو جفت سیگنال صورت می‌گیرد. در هر خط، یک جفت سیگنال برای ارسال و یک جفت سیگنال برای دریافت کار می‌کند. مجموع این سیگنال‌ها اجازه می‌دهد داده‌ها در هر چرخه با سرعتی بالا جابه‌جا شوند.

پورت اسلات PCI اکسپرس (PCIe) چیست؟

در بسیاری از منابع، عنوان‌های مختلفی نظیر پورت  PCIe، اسلات PCIe یا شکاف PCIe به کار می‌رود. منظور از پورت در این بحث همان دهانه فیزیکی PCIe است که روی مادربرد قرار دارد. در گذشته PCI عادی یک گذرگاه مشترک بود و دستگاه‌های گوناگون از یک پهنای باند استفاده می‌کردند. اما در  PCIe تخصیص به صورت نقطه‌به‌نقطه انجام می‌شود. هر پورت می‌تواند بین کارت و چیپست مادربرد یا پردازنده ارتباط جداگانه داشته باشد.

پورت‌های x16، x8، x4، x1 بر اساس تعداد Lane در ساختارشان از هم تفکیک می‌شوند. طول ظاهری این پورت‌ها نشان می‌دهد چه کارتی در آن قابل نصب است. رنگ بندی آنها نیز گاها متفاوت است؛ مثلا ممکن است پورت  x16آبی یا مشکی باشد، در حالی‌که یک پورت x4 به رنگ متفاوتی قرار گرفته باشد. این رنگ‌ها جنبه راهنمایی برای کاربر دارند و الزامی در استانداردها نیست.

به‌کمک ساختار سریالی، محدودیت‌های باس قدیمی از میان رفت و مسیر نقطه به نقطه به هر کارت اجازه می‌دهد پهنای باند مختص خود را طلب کند. در این روش ضروری نیست چند کارت بر سر یک پهنای باند رقابت کنند. در واقع، PCIe هر کارت را به شکلی مستقل مرتبط می‌سازد و در نسل‌های جدیدتر هم سیگنال‌دهی بهتر و سرعت زیادی تری دیده می‌شود.

نحوه عملکرد اسلات های PCIe

برای فهم سازوکار PCIe، ابتدا باید دانست که این فناوری بر مبنای انتقال سریالی طراحی شده است. هر اسلات دارای تعدادی Lane است و هر Lane از چند سیم تشکیل می‌شود که شامل زوج‌های جداگانه جهت دریافت و ارسال داده هستند. یک خط PCIe یا همان Lane  می‌تواند به شکل هم‌زمان دیتا را در دو جهت گذر دهد. در این فرایند، بسته‌های داده از کارت جانبی به مادربرد و برعکس مسیر را طی می‌کنند.

برخلاف PCI قدیمی که در آن همه دستگاه‌ها روی یک مسیر مشترک به صف می‌شدند، در PCI Express یک سوئیچ مرکزی وجود دارد. این سوئیچ، راهی اختصاصی میان کارت و چیپست برقرار می‌کند بدون اینکه دستگاه‌های دیگر آن را تحت تاثیر قرار دهند. هرچه یک کارت پیشرفته‌تر باشد و به لحاظ عملکردی نیازش به پهنای باند بیشتر باشد، عموما تعداد Lane بالاتری درخواست می‌کند. برای همین، کارت گرافیک که وظیفه پردازش سنگین‌تری دارد، غالبا در اسلات  x16قرار گرفته می‌شود.

در نسل‌های نوین، سرعت انتقال در هر Lane چندین برابر نسخه‌های قبل شده است. مثلا در PCIe  نسخه ۳، سرعت هر Lane نزدیک به یک گیگابایت بر ثانیه (در جهت تکی) در نظر گرفته می‌شود؛ به این معنا که یک اسلات x16 در شرایط کاملا فعال، می‌تواند مقدار بالایی از داده را در هر ثانیه جابه‌جا کند. طبیعی است هرچه نسخه جدیدتر باشد، مقدار توان انتقال هم بیشتر خواهد شد.

انواع اسلات پی سی آی ای (PCIe)

انواع اسلات PCIe را معمولا با نشانه  x16، x8، x4، x1  در موارد بسیار نادرx32  رده‌بندی می‌کنند. این x عبارتی برای تعداد Lane  است. هرچه عدد کنار آن بزرگ‌تر باشد، اسلات فیزیکی کشیده‌تر خواهد بود و هم‌زمان ظرفیت بیشتری در عبور داده دارد. برای نمونه :

• اسلات : x1 طول نسبتا کمی دارد و عموما برای کارت‌های ساده‌تری همچون کارت صدا یا کارت شبکه معمولی کافی است.
• اسلات: x4 کمی بلندتر از x1 است و ۴ خط دارد که می‌تواند برای کارت‌های پیشرفته‌تر نسبت به x1 بهره‌برداری شود.
• اسلات: x8 اغلب در سیستم‌های حرفه‌ای وجود دارد. برای مثال، کارت‌های RAID کنترلر یا پتلفرم‌های پردازش حرفه‌ای.
• اسلات: x16 بزرگ ترین و متداول‌ترین شکاف مخصوص کارت گرافیک و قطعاتی با نیاز به پهنای باند سنگین.

اگر مادربرد بیش از یک اسلات x16 داشته باشد، ممکن است در مشخصات آن نوشته شود که شکاف دوم x16  از نظر ظاهری، ولی در عمل در حالت x8  کار می‌کند. این به معنای آن است که شکاف دوم از همه ۱۶ خط استفاده نمی‌کند بلکه فقط ۸ خط را در دست دارد.

نسل های مختلف PCIe

استاندارد PCI Express طی سالیان دستخوش تکامل شد و هر نسل، سرعت بیشتر و زمان پاسخ‌دهی روان‌تری عرضه کرد. چند نسخه مهم عبارت‌اند از:

PCIe 1.0

این نسخه در اوایل دهه ۲۰۰۰ ظاهر شد؛ هر Lane در آن سرعت حدود ۲۵۰ مگابایت بر ثانیه در هر مسیر (دایرکشن) داشت. اگر اسلاتی x16  در اختیار بود، آنگاه کل پهنای باند تئوری به حدود ۴ گیگابایت بر ثانیه می‌رسید. این مقدار در دوره شروع قابل‌توجه به حساب می‌آمد، اما با گذشت زمان ناکافی تلقی شد.

PCIe 2.0

در حدود اواخر دهه ۲۰۰۰ میلادی، نسخه دوم پدید آمد و سرعت به دو برابر نسخه پیشین افزایش یافت. هر خط می‌توانست ۵ گیگاترنسفر بر ثانیه را پشتیبانی کند که به طور تقریبی می‌شد ۵۰۰ مگابایت بر ثانیه در انتقال داده یک‌طرفه. شکاف x16 در PCIe 2.0 قابلیت رسیدن به انتقال تئوری حدود ۸ گیگابایت بر ثانیه را داشت.

PCIe 3.0

نسخه سوم، در حوالی ۲۰۱۰ معرفی شد و سرعت خطی را به عددی نزدیک به ۱ گیگابایت در ثانیه رساند. در این حالت میزان انتقال برابر با ۸ گیگاترنسفر بر ثانیه در کل بود. مجموع پهنای باند شکاف x16  در این نسل، تقریبا ۱۶ گیگابایت بر ثانیه محاسبه می‌شد. در عمل بهبودهایی در کدگذاری داده نیز صورت گرفت تا کارایی افزایش یابد.

PCIe 4.0

این نسل در حدود ۲۰۱۷ تا ۲۰۱۹ توسط برخی سازندگان وارد بازار شد. دو برابری سرعت نسبت به نسخه ۳ خیلی‌ها را شگفت‌زده کرد. اکنون هر خط می‌تواند به سرعت ۱۶ گیگاترنسفر بر ثانیه دست یابد که به طور تئوری نزدیک به ۲ گیگابایت بر ثانیه در یک‌جهت است. برای اسلات x16  این مقدار به حدود ۳۲ گیگابایت بر ثانیه می‌رسد.

PCIe 5.0

نسخه پنجم هم به سرعتی دو برابر نسل چهارم رسید؛ یعنی هر خط می‌تواند چیزی در محدوده ۳۲ گیگاترنسفر بر ثانیه دستیابی داشته باشد. در سیستم‌های حرفه‌ای و برخی سرورها این نسل به خدمت گرفته می‌شود تا کارت‌های گرافیک پرو و درایوهای بسیار پرسرعت بهره بیشتری دریافت کنند.

PCIe 6.0

این نسل، آخرین مدل معرفی‌شده است که دوبرابر بیش از نسخه ۵٫۰ سرعت دارد. نرخ انتقال داده می‌تواند به حداکثر حدود ۶۴ گیگاترنسفر بر ثانیه در هر Lane برسد، یعنی اسلات x16  تئوری بالغ بر ۲۵۶ گیگابایت بر ثانیه جابه‌جایی داده خواهد داشت.

مقایسه سرعت نسل‌های پی سی آی اکسپرس

سرعت بین نسل‌های مختلف، یکی از جذاب‌ترین پرسش‌هاست. همان‌طور که اشاره شد، هر نسل عموما سرعت خطی یا همان Lane Speed  را تقریبا دو برابر نسل قبلی می‌کند. افزون بر سرعت، بحث تاخیر هم مطرح است. در نسل‌های جدید، معماری سیگنال دهی طوری باز آفرینی شده که تاخیر زمانی کاهش پیدا کند. این مسئله برای پردازش‌های هم‌زمان مانند کاربردهایی که نیازمند ارتباط پیاپی بین CPU و کارت گرافیک هستند، اهمیت ویژه دارد.

همچنین در این میان، هم‌خوانی همه نسخه‌های قبلی تا نسخه‌های آخرین باعث می‌شود کاربران دغدغه ناسازگاری یا عدم راه‌اندازی را نداشته باشند. البته یک کارت نسل جدید را اگر در اسلات نسل قدیمی جای دهیم، با سرعت پایین‌تر فعال خواهد شد. اما در مواقعی که افراد مادربرد تازه ندارند، این ویژگی کاربری مفید تلقی می‌شود. به همین ترتیب، اگر کارت قدیمی در نسخه جدید مادربرد نصب شود، مشکلی وجود ندارد و فقط سرعت همان نسل کارت خواهد بود.

ارتباط درایو SSD و کارت گرافیک (GPU) با PCI اکسپرس

یکی از بخش‌های مهم در سیستم‌های مدرن، درایوهای پرسرعت SSD است که بسیاری از آن‌ها از استاندارد NVMe مبتنی بر خطوط PCIe استفاده می‌کنند. این ماژول‌ها اغلب در شیار M.2 مادربرد قرار می‌گیرند ولی همان شیار به واسطه کانال‌های PCIe به چیپست یا پردازنده متصل است. سرعت بالاتر نسل‌های جدید  PCIe، باعث شده درایوهای NVMe بتوانند به خواندن و نوشتن خیره‌کننده‌ای دست یابند.

از سوی دیگر، کارت گرافیک یکی از مهم‌ترین کارت‌های توسعه است که بیشترین نیاز را به پهنای باند منتقل کردن داده دارد. سال‌هاست که کارت‌های گرافیک از شکاف x16  سود می‌برند. با آمدن PCIe 4.0  و بعد هم ۵٫۰، کارت‌های گرافیک جدید قادر هستند ترافیک دیتای بسیار بالایی را میان GPU و CPU ردوبدل کنند. در بازی‌های ویدئویی پر جزئیات یا محاسبات سنگین هوش مصنوعی این پهنای باند مضاعف، تاثیر شایانی دارد.

البته باید توجه کرد که برای دست یافتن به سرعت بالاتر، مادربرد، کارت، و پردازنده باید همگی از همان نسخه پشتیبانی کنند. اگر یکی قدیمی باشد، سرعت محدود می‌شود. مثلاً کارت گرافیک  PCIe 4.0 در اسلات PCIe 3.0 فعالیت می‌کند اما به سقف سرعت نسل ۳ اکتفا خواهد کرد.

شرکت ماهان شبکه ایرانیان علاوه بر سرورهای استوک و کارکرده، در زمینه تجهیزات جانبی سرورها نیز فعالیت می‌کند. برای خرید سرور کارکرده می توانید با واحد فروش از طریق شماره ۰۲۱۹۱۰۰۸۴۱۳ تماس حاصل فرمایید.

جمع بندی

اسلات PCI Express به شکل فراگیر در انواع مادربرد، از رایانه‌های شخصی تا سرورهای قدرتمند حضور دارد. این استاندارد بر پایه انتقال سریالی طراحی شده و هر دستگاه، مسیر مستقلی را به واسطه Laneهایی که برایش تعریف شده، دریافت می‌کند. در سرورها نیز PCIe اهمیت زیادی دارد، زیرا آنجا به پردازش‌های سنگین‌تر و انتقال داده بالاتر نیاز داریم. گاهی کارت‌های کنترلر RAID، کارت شبکه پرقدرت یا چند گرافیک هم‌زمان در سرور استفاده می‌گردد. اسلات‌های PCI  اکسپرس با پهنای باند زیاد و تاخیر اندک، می‌توانند چنین فعالیت‌هایی را مناسب‌تر جلو ببرند. به همین دلیل، آشنایی با ساختار و نسل‌های PCIe و نیز انواع اسلات آن، به انتخاب آگاهانه سخت‌افزار می‌انجامد و کارکرد سیستم را بهبود می بخشد.