PCI Express 3.0
پس از تاخيرهاي مکرر و طولاني، افرادي که بر روي PCI Express3.0 کار مي کنند، معتقدند بر اشکالاتي که باعث عدم سازگاري آن با PCI Express2.0 مي شد، فائق آمده اند. ما در اين مقاله به بررسي اين تکنولوژي جديد مي پردازيم.
قانون مور مي گويد مقدار ترانزيستورهايي که مي تواند بر روي يک چيپ قرار بگيرد هر دو سال، دو برابر مي شود. اين موضوع اغلب به شکلي غلط تفسير مي شود و برخي تصور مي کنند معناي آن دو برابر شدن سرعت پردازنده هر دو سال يکبار است. اين، تفسير نادرستي است که خريداران کامپيوتر نيز انجام مي دهند و بر همين اساس به دنبال کامپيوترهاي پرقدرت مي گردند. اگرچه، همان گونه که شما حتما بدون شک متوجه شده ايد مدت شش سال است که پردازنده هاي بين 3 تا 4 گيگاهرتز به بازار عرضه مي شود بنابراين صنعت کامپيوتر بايد راه هاي ديگري براي انتقال سريع تر داده ها پيدا کند. يکي از مهم ترين اين راه ها، حفظ توازن بين اجزاي پلتفرم با استفاده از PCI Express (تکنولوژي استانداردِ بازي که امکان استفاده از کارت هاي گرافيکي پرسرعت، کارت هاي توسعه و ساير اجزاي مادربرد کامپيوتر را فراهم مي آورد)، بوده است. حداقل مي توانيم در اين مورد بحث کنيم که PCI Express به اندازه ي پردازنده هاي چندهسته اي، در زمينه ي افزايش کارآيي اهميت دارد. گرچه پردازنده هاي 2، 4 و 6 هسته اي فقط مي توانند توسط برنامه هاي کاربردي که به اين منظور بهينه شده اند، مورد استفاده قرار گيرند، تمام برنامه هاي نصب شده بر روي کامپيوتر شما، مي توانند به اجزاي متصل از طريق PCI Express دسترسي پيدا کنند.
بسياري از ناظرين صنعت منتظر بودند تا مادربردها و چيپ هايي که براساس نسل بعدي PCI Express 3.0 ساخته خواهند شد، در سه ماهه ي اول سال 2010 به بازار عرضه شوند. متاسفانه مشکلات موجود در زمينه ي عدم سازگاري با نسخه هاي قبلي، باعث بروز تاخير در عرضه ي PCI Express 3.0 شد و در حالي که ما وارد نيمه ي دوم سال 2010 مي شويم، هنوز هم چشم انتظار عرضه ي اين تکنولوژي جديد هستيم.
البته مهم ترين سوال اين است که ما چه زماني مي توانيم مادربردهاي مبتني بر PCI Express3.0 را در قفسه ي فروشگاه ها مشاهده کنيم؟ نشاطي اعلام کرده او انتظار دارد محصولات اوليه را در سه ماهه ي اول سال 2011 در بازار ببيند. (مثلث FYL در شکل 2 بالا). نشاطي همچنين اضافه کرده "هيچ نوع تغيير سيليکوني" بين نسخه ي 0،9 و 1،0 وجود نخواهد داشت (تنها تغيير، به نرم افزار/firmware مربوط خواهد بود) و همين موضوع است که امکان شروع عرضه ي برخي از محصولات به بازار را قبل از انتشار نهايي نسخه ي 1،0 فراهم مي کند. در طي اين زمان، محصولات ارائه شده فرصت خواهند داشت پيش نيازهاي قيد شده در Integrator's list (مثلث IL) در PCI-SIG که نسخه ي PCI-SIG يک لوگوي تائيد شده است را کسب کنند.
نشاطي با خنده و مزاح، از سه ماهه ي سوم سال 2011 با عنوان تاريخ Fry's and Buy (اشاره اي روشن به frys.com و Buy.com يا Best Buy) ياد مي کند. اين زماني است که در آن ما انتظار داريم انتخاب هاي متعددي از اقلام PCI Express3.0 براي فروش را بر روي وب درفروشگاه هاي خرده فروشي مشاهده کنيم.
PCI Express3.0 اين اعداد را دو برابر مي کند. PCI Express3.0 از يک نرخ بيت 8GT/s استفاده مي کند و ظرفيت پهناي باند 1GB/s را فراهم مي آورد. بر همين اساس، يک شکاف کارت گرافيکي 16Lane از ظرفيت پهناي باند تا 16GB/s برخودار خواهد بود.
افزايش از 5GT/s به 8GT/s خيلي هم شبيه دو برابر شدن سرعت نيست. گرچه، PCI Express2.0 از يک شماي کدگذاري 8b/10b استفاده مي کند که در آن، 8 بيت از داده ها به سمبل هاي 10 بيتي map مي شوند تا به توان DC دست پيدا کنند. نتيجه، 20 درصد سرباره است که نرخ بيت موثر را کاهش مي دهد. PCI Express3.0 به شماي کدگذاري موثرتر 128b/130b حرکت مي کند و اين 20 درصد سرباره را حذف مي نمايد. بنابراين، 8GT/s، يک سرعت تئوريک نخواهد بود بلکه نرخ بيت واقعي است که از نظر کارآيي با سيگنال دهي 10GT نسخه ي b8/10b قابل مقايسه است. PCI-SG اعلام کرده که مسير حذف سرباره را به جاي افزايش به 10GT/s انتخاب کرده زيرا 8GT/s، مؤثرترين و بهترين توازن بين قابليت توليد، هزينه، توان و سازگاري را ارائه مي کند. اين گروه بعدا اعلام کرد که افزايش سرعت به 10GT/s، "جريمه هاي بازدارنده اي" شامل پيچيده شدن طراحي و افزايش سايز die سيليکون و توان را به دنبال خواهد داشت.
من از Yanes سوال کردم او فکر مي کند کدام وسيله به افزايش سرعت نياز دارد. او پاسخ داد که اين ها شامل سوئيچ هاي PLX، اترنت، InfiniBand, SSD 40GB؛ که در حال حاضر بسيار محبوب هستند و البته کارت هاي گرافيکي مي شود. او با روشن کردن اين که آن ها در نسخه هاي آتي اينترفيس PCI Express حتي به دنبال پيشرفت هاي بيش تري هستند اضافه کرد: خلاقيت ما به اتمام نرسيده و از آن خسته نشده ايم، اين يک جريان مداوم است.
(توجه داشته باشيد که مادربردهاي پيش توليدي مبتني بر P67 که ما اين جا در لابراتوارهاي مان داريم از SATA 6GB/s پشتيباني مي کنند اما فاقد USB3.0 هستند). گرچه همان گونه که ما اغلب در نبرد بين AMD و اينتل مشاهده کرده ايم، نوآوري و خلاقيت در AMD معمولاً الهام بخش اينتل مي شود. با در نظر گرفتن نرخ هاي داده براي هر نسل بعدي ابزار ذخيره سازي و اتصالات بين تجهيزات جانبي، واضح است که نيازي نيست که اين دو تکنولوژي به سمت استفاده از PCI Express3.0 روي بياورند. به جاي آنکه، يک خط منفرد از نسل دوم PCI Express هم براي USB3.0 (در 5GB/s) و هم 6GB/s SATA (که هيچ وسيله ي ذخيره سازي حتي قادر نيست به نزديک آن برسد) کفايت مي کند. البته، موضوع ذخيره سازي به ميان مي آيد، تعامل بين درايوها و کنترلرها، فقط بخشي از معادله است. اين نکته را در نظر بگيريد که قرار دادن چندين SSD بر روي چيپ ست 6GB/s SATA و ايجاد يک آرايه ي RAID 0، حقيقتاً از پتانسيل اشباع نمودن يک خط واحد از PCI Express نسل دوم که اغلب فروشندگان مادربرد در حاضر مشغول استفاده از آن هستند، برخوردار است. تصميم گيري در مورد اين که آيا USB3.0 و 6GB/s SATA واقعاً مي توانند از پشتيباني PCI Express3.0 برخوردار باشند يا نه، به محاسباتي دقيق نياز دارد.
همان گونه که اشاره شد، USB3.0 با سرعت 5GB/s اجرا مي شود. اما همانند PCI Express 2.1, USB3.0 نيز از کدگذاري 8b/10b که سرعت پيک واقعي را به 4GB/s کاهش مي دهد، استفاده مي کند. براي تبديل بيت ها به بايت، آن ها را به 8 تقسيم کنيد تا به throughput حداکثر 500MB/s که دقيقاً همان سرعت يک PCI Express2.1 lane مدرن است، برسيد. البته 6GB/s SATA بر روي 6Gb/s اجرا مي شود اما کدگذاري 8b/10b خود آن، نرخ حداکثر را از يک سرعت تئوريک 6Gb/s به سرعت واقعي 4.8Gb/s کاهش مي دهد. دوباره اين ها را به بايت تبديل کنيد تا به 600MB/s که 20 درصد بيش تر از سرعت PCI Express2.0 است، دست پيدا کنيد.
مشکلي که در اين جا وجود دارد، اين است که حتي سريع ترين SSDها هم نمي توانند کاملاً يک اتصال 3GB/s SATA را اشباع کنند. هيچ چيزي به اشباع سازي يک اتصال USB3.0 نزديک نمي شود و همين موضوع در مورد جديدترين 6GB/s SATA نيز مصداق دارد. حداقل تا جائيکه امروز به ما مربوط مي شود، PCI Express3.0 براي فضاي پلتفرم، چيز واقعاً ضروري محسوب نمي شود. خوشبختانه با روي آوردن اينتل به نسل سوم توليد فلش هاي NAND، سرعت ها در حال افزايش هستند و ما شاهد ظهور ابزاري هستيم که به وراي مرزهايي که يک درگاه SATA Gb/s قبلا در پشت آن متوقف مي ماند، حرکت مي کند.
ما از AMD و Nvidia درخواست کرديم در مورد نياز به PCI Express3.0 به عنوان فعال کننده ي کارآيي نسل بعدي کارت هاي گرافيکي اظهار نظر نمايند. يکي از سخن گويان AMD به ما پاسخ داد که در حال حاضر قادر به انجام چنين کاري نيست. يکي از افراد سخن گو در Nvidia براي پاسخ به اين سوال کمي آماده تر بود.
او اشاره کرد: Nvidia بازي گر اصلي اين صنعت در زمينه ي توسعه ي PCI Express 3.0 که انتظار مي رود Throughput آن دو برابر نسل فعلي (2،0) باشد است. هرجايي که اين مطلب به معناي افزايش عمده اي در پهناي باند باشد، برنامه هاي کاربردي که بتوانند از اين افزايش استفاده کنند پديدار مي شوند. اين مزيتي است که مصرف کنندگان و متخصصان حرفه اي مي توانند به واسطه ي افزايش کارآيي کارت هاي گرافيکي لپ تاپ ها، دسک تاپ ها، ايستگاه هاي کاري و سرورهايي که داراي يک GPU هستند از آن بهره مند شوند.
شايد کليد اصلي در اين جا در عبارت "برنامه هاي کاربردي که بتوانند از اين افزايش استفاده کنند پديدار مي شوند" نهفته باشد. در دنياي گرافيک، هيچ چيز کوچک تر نمي شود. نمايش گرها در حال بزرگ تر شدن هستند، high definition جايگزين standard definition شده است، بافت هايي که در بازي ها مورد استفاده قرار مي گيرند پرجزئيات و دقيق شده اند. ما امروز نياز به جديدترين و آخرين کارت هاي گرافيکي براي استفاده از اينترفيس هاي PCI Express 16lane را احساس نمي کنيم.
اما افرادي که با جديت موضوع را دنبال مي کنند چنين داستان مشابهي را بارها و بارها ديده اند:پيشرفت و توسعه ي تکنولوژي، روش هاي جديدي را براي استفاده از مزاياي تکنولوژي جديد به وجود مي آورد. شايد ما شاهد به وجود آمدن برنامه هاي کاربردي باشيم که محاسبات مبتني بر GPU را به جريان اصلي در اين صنعت تبديل کنند. يا شايد ما شاهد ظهور مادربردهايي باشيم که جابه جايي به حافظه ي سيستم در زماني که frame buffer به اتمام مي رسد را حذف مي نمايند.
به هر صورت، ما بايد به خلاقيت ها و نوآوري هاي پيش رو که PCI Express3.0 براي AMD و Nvidia به ارمغان مي آورد باشيم.
مادربرد EX58-UD5 ساخت Gigabyte فاقد USB3.0 يا 6GB/s SATA بود. هرچند که يک شکاف PCI Express x4 در آن وجود داشت.
کمپاني Gigabyte، مادربرد EX58-UD5 را با X58A-UD5 که از دو USB3.0 و دو درگاه 6GB/s SATA پشتيباني مي کرد، جايگزين نمود. Gigabyte از کجا فهميده بود که پهناي باند بايد از تکنولوژي هاي جديد پشتيباني به عمل آورد؟ با استفاده از يک خط اتصال PCI Express براي هر کنترلر، برگشت به اتصال بيروني موجود و افزون اين عملکرد به مادربرد. گذشته از اضافه کردن پشتيباني از USB3.0 و 6GB/s SATA، تنها تفاوت واقعي بين دو مادربرد اين است که مادربردهاي جديدتر فاقد شکاف x4 بودند. آيا PCI Express، مثل استانداردهاي قبل از آن به عنوان فعال ساز تکنولوژي هاي آتي و کنترلرهايي که ديگر به شکل چيپ ست هاي توکار به نسل بعدي قدم نمي گذارند عمل خواهد کرد؟ بله به احتمال قريب به يقين همين طور خواهد بود.
من از Terry Welsh، برنامه نويس OpenGL در ReallySlickScreensavers پرسيدم که نظرش در مورد PCI Express3.0 و پردازش GPU چيست. Terry به من گفت: PCI Express يک تقويت کننده ي عالي بود و من خوشحالم از اين که آن ها قصد دارند پهناي باند آن را هر زمان که خواستند دو برابر کنند. هرچند، براي پروژه هايي که من روي آن ها کار مي کنم، انتظار ندارم شاهد هيچ گونه تغييري باشم. من بر روي شبيه سازي هاي پرواز متعددي کار مي کنم اما گذرگاه گرافيکي مشکل زيادي براي من به شمار نمي رود. من به راحتي مي توانم کمک کنم که PCI Express3.0 يک پيشرفت عمده براي برنامه هايي که به محاسبات GPU نياز زيادي دارند، خواهد بود و مردم مي توانند در datasetهاي عظيم بر روي محاسبات علمي کار کنند.
مزيت: قيمت مادربردهايي که از چيپ ست P55 استفاده مي کنند در مقايسه با آن هايي که داراي چيپ ست X58 هستند، منطقي تر است. عيب: P55 با حداقل اتصال PCI Express عرضه مي شود، و به جاي آن به پردازنده هاي مبتني بر Clarkdale و Lynnfield اينتل با 16 خط از PCI نسل دوم که در درون خود پردازنده جاي گرفته متکي است. ضمناً، X58 36 خط PCI Express3.0 را به کار مي گيرد.
براي مشتريان P55 که قصد دارند از دو کارت گرافيکي استفاده کنند هر دوي اين مادربردها محدود به سيگنال دهي x8 هستند. اگر مي خواهيد يک کارت گرافيک سوم را به پلتفرم p55 اضافه کنيد، اين کارت، اتصال چيپ ست را که متاسفانه با نرخ هاي سيگنال دهي نسل اول کار مي کند و به حداکثر چهار خط بر روي برد محدود است اشغال مي کند.
وقتي من از Al Yanes، از گروه PCI-SIG در مورد تعداد خطوطي که مي توانيم در يک چيپ ست ساخت اينتل و AMD که قادر است از PCI Express3.0 استفاده کند انتظار داشته باشيم سوال کردم او پاسخ داد اين، اطلاعاتي اختصاصي است و او نمي تواند در مورد آن حرف بزند. چيپ ستي مثل P55 را تصور کنيد که داراي 16 خط PCI Express3.0 باشد. از آن جائيکه اين 16 خط با دو برابر سرعت PCI Express2.0 اجرا مي شوند شما واقعاً به 32 خط دست پيدا مي کنيد. سپس و بعد از اين مرحله، مسئله فقط کمپاني مثل اينتل خواهد بود که چيپ ست هاي خودش را با پيکره بندي هاي 3 و چهار GPU سازگار کند. متاسفانه، ما از قبل مي دانستيم که نسل بعدي چيپ ست هاي P67 و X86 اينتل کماکان محدود به PCI Express2.0 خواهند بود.
علاوه بر پردازش CUDA/Fusion/parallel، توسعه ي قابليت هاي جريان اصلي از طريق interconnect هايي با پهناي باند بالاتر نظير PCI Express3.0 جايي است که ما پتانسيل واقعي تکنولوژي را مشاهده خواهيم کرد. بدون شک، PCI Express3.0 مادربردهاي با قيمت متوسط را به اينترفيس هايي که در نسل قبل فقط محدود به پلتفرم هاي high-end بودند مجهز خواهد کرد. اين پلتفرم هاي high-end، که با PCI Express 3.0 تقويت مي شوند به طور طبيعي رکوردهاي جديدي را در زمينه ي کارآيي به جاي خواهند گذاشت که اين امر نيز به واسطه ي نوآوري در کارت هاي گرافيکي، ذخيره سازي و شبکه سازي که از Throughput در دسترس بهره برداري خواهند کرد، امکانپذير مي گردد.
منبع: ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 136.
قانون مور مي گويد مقدار ترانزيستورهايي که مي تواند بر روي يک چيپ قرار بگيرد هر دو سال، دو برابر مي شود. اين موضوع اغلب به شکلي غلط تفسير مي شود و برخي تصور مي کنند معناي آن دو برابر شدن سرعت پردازنده هر دو سال يکبار است. اين، تفسير نادرستي است که خريداران کامپيوتر نيز انجام مي دهند و بر همين اساس به دنبال کامپيوترهاي پرقدرت مي گردند. اگرچه، همان گونه که شما حتما بدون شک متوجه شده ايد مدت شش سال است که پردازنده هاي بين 3 تا 4 گيگاهرتز به بازار عرضه مي شود بنابراين صنعت کامپيوتر بايد راه هاي ديگري براي انتقال سريع تر داده ها پيدا کند. يکي از مهم ترين اين راه ها، حفظ توازن بين اجزاي پلتفرم با استفاده از PCI Express (تکنولوژي استانداردِ بازي که امکان استفاده از کارت هاي گرافيکي پرسرعت، کارت هاي توسعه و ساير اجزاي مادربرد کامپيوتر را فراهم مي آورد)، بوده است. حداقل مي توانيم در اين مورد بحث کنيم که PCI Express به اندازه ي پردازنده هاي چندهسته اي، در زمينه ي افزايش کارآيي اهميت دارد. گرچه پردازنده هاي 2، 4 و 6 هسته اي فقط مي توانند توسط برنامه هاي کاربردي که به اين منظور بهينه شده اند، مورد استفاده قرار گيرند، تمام برنامه هاي نصب شده بر روي کامپيوتر شما، مي توانند به اجزاي متصل از طريق PCI Express دسترسي پيدا کنند.
بسياري از ناظرين صنعت منتظر بودند تا مادربردها و چيپ هايي که براساس نسل بعدي PCI Express 3.0 ساخته خواهند شد، در سه ماهه ي اول سال 2010 به بازار عرضه شوند. متاسفانه مشکلات موجود در زمينه ي عدم سازگاري با نسخه هاي قبلي، باعث بروز تاخير در عرضه ي PCI Express 3.0 شد و در حالي که ما وارد نيمه ي دوم سال 2010 مي شويم، هنوز هم چشم انتظار عرضه ي اين تکنولوژي جديد هستيم.
PCI Express 3.0: خط زماني
البته مهم ترين سوال اين است که ما چه زماني مي توانيم مادربردهاي مبتني بر PCI Express3.0 را در قفسه ي فروشگاه ها مشاهده کنيم؟ نشاطي اعلام کرده او انتظار دارد محصولات اوليه را در سه ماهه ي اول سال 2011 در بازار ببيند. (مثلث FYL در شکل 2 بالا). نشاطي همچنين اضافه کرده "هيچ نوع تغيير سيليکوني" بين نسخه ي 0،9 و 1،0 وجود نخواهد داشت (تنها تغيير، به نرم افزار/firmware مربوط خواهد بود) و همين موضوع است که امکان شروع عرضه ي برخي از محصولات به بازار را قبل از انتشار نهايي نسخه ي 1،0 فراهم مي کند. در طي اين زمان، محصولات ارائه شده فرصت خواهند داشت پيش نيازهاي قيد شده در Integrator's list (مثلث IL) در PCI-SIG که نسخه ي PCI-SIG يک لوگوي تائيد شده است را کسب کنند.
نشاطي با خنده و مزاح، از سه ماهه ي سوم سال 2011 با عنوان تاريخ Fry's and Buy (اشاره اي روشن به frys.com و Buy.com يا Best Buy) ياد مي کند. اين زماني است که در آن ما انتظار داريم انتخاب هاي متعددي از اقلام PCI Express3.0 براي فروش را بر روي وب درفروشگاه هاي خرده فروشي مشاهده کنيم.
PCI Express3.0 سريع خواهد بود
PCI Express3.0 اين اعداد را دو برابر مي کند. PCI Express3.0 از يک نرخ بيت 8GT/s استفاده مي کند و ظرفيت پهناي باند 1GB/s را فراهم مي آورد. بر همين اساس، يک شکاف کارت گرافيکي 16Lane از ظرفيت پهناي باند تا 16GB/s برخودار خواهد بود.
افزايش از 5GT/s به 8GT/s خيلي هم شبيه دو برابر شدن سرعت نيست. گرچه، PCI Express2.0 از يک شماي کدگذاري 8b/10b استفاده مي کند که در آن، 8 بيت از داده ها به سمبل هاي 10 بيتي map مي شوند تا به توان DC دست پيدا کنند. نتيجه، 20 درصد سرباره است که نرخ بيت موثر را کاهش مي دهد. PCI Express3.0 به شماي کدگذاري موثرتر 128b/130b حرکت مي کند و اين 20 درصد سرباره را حذف مي نمايد. بنابراين، 8GT/s، يک سرعت تئوريک نخواهد بود بلکه نرخ بيت واقعي است که از نظر کارآيي با سيگنال دهي 10GT نسخه ي b8/10b قابل مقايسه است. PCI-SG اعلام کرده که مسير حذف سرباره را به جاي افزايش به 10GT/s انتخاب کرده زيرا 8GT/s، مؤثرترين و بهترين توازن بين قابليت توليد، هزينه، توان و سازگاري را ارائه مي کند. اين گروه بعدا اعلام کرد که افزايش سرعت به 10GT/s، "جريمه هاي بازدارنده اي" شامل پيچيده شدن طراحي و افزايش سايز die سيليکون و توان را به دنبال خواهد داشت.
من از Yanes سوال کردم او فکر مي کند کدام وسيله به افزايش سرعت نياز دارد. او پاسخ داد که اين ها شامل سوئيچ هاي PLX، اترنت، InfiniBand, SSD 40GB؛ که در حال حاضر بسيار محبوب هستند و البته کارت هاي گرافيکي مي شود. او با روشن کردن اين که آن ها در نسخه هاي آتي اينترفيس PCI Express حتي به دنبال پيشرفت هاي بيش تري هستند اضافه کرد: خلاقيت ما به اتمام نرسيده و از آن خسته نشده ايم، اين يک جريان مداوم است.
ذخيره سازي
(توجه داشته باشيد که مادربردهاي پيش توليدي مبتني بر P67 که ما اين جا در لابراتوارهاي مان داريم از SATA 6GB/s پشتيباني مي کنند اما فاقد USB3.0 هستند). گرچه همان گونه که ما اغلب در نبرد بين AMD و اينتل مشاهده کرده ايم، نوآوري و خلاقيت در AMD معمولاً الهام بخش اينتل مي شود. با در نظر گرفتن نرخ هاي داده براي هر نسل بعدي ابزار ذخيره سازي و اتصالات بين تجهيزات جانبي، واضح است که نيازي نيست که اين دو تکنولوژي به سمت استفاده از PCI Express3.0 روي بياورند. به جاي آنکه، يک خط منفرد از نسل دوم PCI Express هم براي USB3.0 (در 5GB/s) و هم 6GB/s SATA (که هيچ وسيله ي ذخيره سازي حتي قادر نيست به نزديک آن برسد) کفايت مي کند. البته، موضوع ذخيره سازي به ميان مي آيد، تعامل بين درايوها و کنترلرها، فقط بخشي از معادله است. اين نکته را در نظر بگيريد که قرار دادن چندين SSD بر روي چيپ ست 6GB/s SATA و ايجاد يک آرايه ي RAID 0، حقيقتاً از پتانسيل اشباع نمودن يک خط واحد از PCI Express نسل دوم که اغلب فروشندگان مادربرد در حاضر مشغول استفاده از آن هستند، برخوردار است. تصميم گيري در مورد اين که آيا USB3.0 و 6GB/s SATA واقعاً مي توانند از پشتيباني PCI Express3.0 برخوردار باشند يا نه، به محاسباتي دقيق نياز دارد.
همان گونه که اشاره شد، USB3.0 با سرعت 5GB/s اجرا مي شود. اما همانند PCI Express 2.1, USB3.0 نيز از کدگذاري 8b/10b که سرعت پيک واقعي را به 4GB/s کاهش مي دهد، استفاده مي کند. براي تبديل بيت ها به بايت، آن ها را به 8 تقسيم کنيد تا به throughput حداکثر 500MB/s که دقيقاً همان سرعت يک PCI Express2.1 lane مدرن است، برسيد. البته 6GB/s SATA بر روي 6Gb/s اجرا مي شود اما کدگذاري 8b/10b خود آن، نرخ حداکثر را از يک سرعت تئوريک 6Gb/s به سرعت واقعي 4.8Gb/s کاهش مي دهد. دوباره اين ها را به بايت تبديل کنيد تا به 600MB/s که 20 درصد بيش تر از سرعت PCI Express2.0 است، دست پيدا کنيد.
مشکلي که در اين جا وجود دارد، اين است که حتي سريع ترين SSDها هم نمي توانند کاملاً يک اتصال 3GB/s SATA را اشباع کنند. هيچ چيزي به اشباع سازي يک اتصال USB3.0 نزديک نمي شود و همين موضوع در مورد جديدترين 6GB/s SATA نيز مصداق دارد. حداقل تا جائيکه امروز به ما مربوط مي شود، PCI Express3.0 براي فضاي پلتفرم، چيز واقعاً ضروري محسوب نمي شود. خوشبختانه با روي آوردن اينتل به نسل سوم توليد فلش هاي NAND، سرعت ها در حال افزايش هستند و ما شاهد ظهور ابزاري هستيم که به وراي مرزهايي که يک درگاه SATA Gb/s قبلا در پشت آن متوقف مي ماند، حرکت مي کند.
گرافيک
ما از AMD و Nvidia درخواست کرديم در مورد نياز به PCI Express3.0 به عنوان فعال کننده ي کارآيي نسل بعدي کارت هاي گرافيکي اظهار نظر نمايند. يکي از سخن گويان AMD به ما پاسخ داد که در حال حاضر قادر به انجام چنين کاري نيست. يکي از افراد سخن گو در Nvidia براي پاسخ به اين سوال کمي آماده تر بود.
او اشاره کرد: Nvidia بازي گر اصلي اين صنعت در زمينه ي توسعه ي PCI Express 3.0 که انتظار مي رود Throughput آن دو برابر نسل فعلي (2،0) باشد است. هرجايي که اين مطلب به معناي افزايش عمده اي در پهناي باند باشد، برنامه هاي کاربردي که بتوانند از اين افزايش استفاده کنند پديدار مي شوند. اين مزيتي است که مصرف کنندگان و متخصصان حرفه اي مي توانند به واسطه ي افزايش کارآيي کارت هاي گرافيکي لپ تاپ ها، دسک تاپ ها، ايستگاه هاي کاري و سرورهايي که داراي يک GPU هستند از آن بهره مند شوند.
شايد کليد اصلي در اين جا در عبارت "برنامه هاي کاربردي که بتوانند از اين افزايش استفاده کنند پديدار مي شوند" نهفته باشد. در دنياي گرافيک، هيچ چيز کوچک تر نمي شود. نمايش گرها در حال بزرگ تر شدن هستند، high definition جايگزين standard definition شده است، بافت هايي که در بازي ها مورد استفاده قرار مي گيرند پرجزئيات و دقيق شده اند. ما امروز نياز به جديدترين و آخرين کارت هاي گرافيکي براي استفاده از اينترفيس هاي PCI Express 16lane را احساس نمي کنيم.
اما افرادي که با جديت موضوع را دنبال مي کنند چنين داستان مشابهي را بارها و بارها ديده اند:پيشرفت و توسعه ي تکنولوژي، روش هاي جديدي را براي استفاده از مزاياي تکنولوژي جديد به وجود مي آورد. شايد ما شاهد به وجود آمدن برنامه هاي کاربردي باشيم که محاسبات مبتني بر GPU را به جريان اصلي در اين صنعت تبديل کنند. يا شايد ما شاهد ظهور مادربردهايي باشيم که جابه جايي به حافظه ي سيستم در زماني که frame buffer به اتمام مي رسد را حذف مي نمايند.
به هر صورت، ما بايد به خلاقيت ها و نوآوري هاي پيش رو که PCI Express3.0 براي AMD و Nvidia به ارمغان مي آورد باشيم.
اتصالات داخل مادربرد
مادربرد EX58-UD5 ساخت Gigabyte فاقد USB3.0 يا 6GB/s SATA بود. هرچند که يک شکاف PCI Express x4 در آن وجود داشت.
کمپاني Gigabyte، مادربرد EX58-UD5 را با X58A-UD5 که از دو USB3.0 و دو درگاه 6GB/s SATA پشتيباني مي کرد، جايگزين نمود. Gigabyte از کجا فهميده بود که پهناي باند بايد از تکنولوژي هاي جديد پشتيباني به عمل آورد؟ با استفاده از يک خط اتصال PCI Express براي هر کنترلر، برگشت به اتصال بيروني موجود و افزون اين عملکرد به مادربرد. گذشته از اضافه کردن پشتيباني از USB3.0 و 6GB/s SATA، تنها تفاوت واقعي بين دو مادربرد اين است که مادربردهاي جديدتر فاقد شکاف x4 بودند. آيا PCI Express، مثل استانداردهاي قبل از آن به عنوان فعال ساز تکنولوژي هاي آتي و کنترلرهايي که ديگر به شکل چيپ ست هاي توکار به نسل بعدي قدم نمي گذارند عمل خواهد کرد؟ بله به احتمال قريب به يقين همين طور خواهد بود.
CUDA و پردازش موازي
من از Terry Welsh، برنامه نويس OpenGL در ReallySlickScreensavers پرسيدم که نظرش در مورد PCI Express3.0 و پردازش GPU چيست. Terry به من گفت: PCI Express يک تقويت کننده ي عالي بود و من خوشحالم از اين که آن ها قصد دارند پهناي باند آن را هر زمان که خواستند دو برابر کنند. هرچند، براي پروژه هايي که من روي آن ها کار مي کنم، انتظار ندارم شاهد هيچ گونه تغييري باشم. من بر روي شبيه سازي هاي پرواز متعددي کار مي کنم اما گذرگاه گرافيکي مشکل زيادي براي من به شمار نمي رود. من به راحتي مي توانم کمک کنم که PCI Express3.0 يک پيشرفت عمده براي برنامه هايي که به محاسبات GPU نياز زيادي دارند، خواهد بود و مردم مي توانند در datasetهاي عظيم بر روي محاسبات علمي کار کنند.
چيپ ست هايي با قيمت متوسط
مزيت: قيمت مادربردهايي که از چيپ ست P55 استفاده مي کنند در مقايسه با آن هايي که داراي چيپ ست X58 هستند، منطقي تر است. عيب: P55 با حداقل اتصال PCI Express عرضه مي شود، و به جاي آن به پردازنده هاي مبتني بر Clarkdale و Lynnfield اينتل با 16 خط از PCI نسل دوم که در درون خود پردازنده جاي گرفته متکي است. ضمناً، X58 36 خط PCI Express3.0 را به کار مي گيرد.
براي مشتريان P55 که قصد دارند از دو کارت گرافيکي استفاده کنند هر دوي اين مادربردها محدود به سيگنال دهي x8 هستند. اگر مي خواهيد يک کارت گرافيک سوم را به پلتفرم p55 اضافه کنيد، اين کارت، اتصال چيپ ست را که متاسفانه با نرخ هاي سيگنال دهي نسل اول کار مي کند و به حداکثر چهار خط بر روي برد محدود است اشغال مي کند.
وقتي من از Al Yanes، از گروه PCI-SIG در مورد تعداد خطوطي که مي توانيم در يک چيپ ست ساخت اينتل و AMD که قادر است از PCI Express3.0 استفاده کند انتظار داشته باشيم سوال کردم او پاسخ داد اين، اطلاعاتي اختصاصي است و او نمي تواند در مورد آن حرف بزند. چيپ ستي مثل P55 را تصور کنيد که داراي 16 خط PCI Express3.0 باشد. از آن جائيکه اين 16 خط با دو برابر سرعت PCI Express2.0 اجرا مي شوند شما واقعاً به 32 خط دست پيدا مي کنيد. سپس و بعد از اين مرحله، مسئله فقط کمپاني مثل اينتل خواهد بود که چيپ ست هاي خودش را با پيکره بندي هاي 3 و چهار GPU سازگار کند. متاسفانه، ما از قبل مي دانستيم که نسل بعدي چيپ ست هاي P67 و X86 اينتل کماکان محدود به PCI Express2.0 خواهند بود.
علاوه بر پردازش CUDA/Fusion/parallel، توسعه ي قابليت هاي جريان اصلي از طريق interconnect هايي با پهناي باند بالاتر نظير PCI Express3.0 جايي است که ما پتانسيل واقعي تکنولوژي را مشاهده خواهيم کرد. بدون شک، PCI Express3.0 مادربردهاي با قيمت متوسط را به اينترفيس هايي که در نسل قبل فقط محدود به پلتفرم هاي high-end بودند مجهز خواهد کرد. اين پلتفرم هاي high-end، که با PCI Express 3.0 تقويت مي شوند به طور طبيعي رکوردهاي جديدي را در زمينه ي کارآيي به جاي خواهند گذاشت که اين امر نيز به واسطه ي نوآوري در کارت هاي گرافيکي، ذخيره سازي و شبکه سازي که از Throughput در دسترس بهره برداري خواهند کرد، امکانپذير مي گردد.
منبع: ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 136.
