پی سی آی اکسپرس PCIe به زبان ساده؛ نگاهی به نسخه‌های مختلف و تفاوت‌ها

استاندارد PCIe یا اتصال سریع‌السیر اجزاء جانبی با بیان پی سی آی اکسپرس، یک واسط استاندارد برای اتصال قطعات کامپیوتر با سرعت بالاست. هر مادربورد امروزی در پی‌سی‌های امروزی، تعدادی شکاف PCIe دارد که می‌توان از آن برای اضافه کردن کارت‌های گرافیک، کارت Wi-Fi یا کارت‌های افزودنی و SSD استفاده کرد. نوع شکاف‌های توسعه‌ای PCIe موجود روی پی‌سی‌ها، به مادربوردی که تهیه می‌کنید بستگی دارد. در این مطلب قرار است در مورد استاندارد PCIe مطالب مفیدی را در اختیار شما قرار دهیم. برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتها همراه ما باشید.

تعریف پی سی آی اکسپرس یا PCIe

کلمه PCIe مخفف شده کلمه فلان است. این عبارت به معنای اتصال سریع قطعات جانبی می‌باشد. به عبارت دیگر PCle یک نوع استاندارد برای اتصال پرسرعت قطعات جانبی کاممیوتر است. به طور کلی مادربردهای دسکتاپ یکسری شیار (اسلات) دارند که برای نصب کارت‌های جانبی مانند کارت گرافیک و ... از این اسلات‌ها استفاده می‌شود. نوع اسلات PCIe شما به نوع مادربرد کامپیوتر شما بستگی دارد. شکاف‌های PCIe در چندین پیکربندی فیزیکی مختلف شامل x1، x4، x8، x16 و x32 عرضه می‌شوند. عددی که در کنار x ذکر می‌شود در مورد تعداد مسیرهای موجود در شکاف (چگونگی رفت و آمد داده در کارت PCIe) صحبت می‌کند. یک شکاف PCIe x1 تنها یک مسیر دارد و در هر چرخه فقط یک بیت داده را می‌تواند منتقل کند. یک شکاف PCIe2 از دو مسیر بهره می‌برد و در هر چرخه دو بیت را می‌تواند جابه‌جا کند و به همین ترتیب سایر پیکربندی‌ها را می‌توان توضیح داد.

امکان نصب یک کارت PCIe x1 در درون یک شکاف PCIe x16 وجود دارد، اما در این صورت پهنای باند کمتری استفاده خواهد شد. به همین ترتیب، می‌توانید یک کارت PCIe x8 را در یک شکاف PCIe x4 نیز قرار دهید اما نسبت به حالتی که کارت در شکاف PCIe x8 نصب شده باشد، پنهای باند نصف خواهد شد. اکثر پردازنده‌های گرافیکی برای اینکه بتوانند از حداکثر توان خود استفاده کنند، نیاز به یک شکاف PCIe x16 خواهند داشت.

نحوه عملکرد پی اس آی اکسپرس (PCIe)

پی اس آی اکسپرس مبتنی بر مسیرهایی با عنوان lane کار می‌کند. به طور کلی هر لَن دارای ۲ مسیر است. یک مسیر برای ارسال و یک مسیر برای دریافت داده استفاده می‌شود. به عبارتی هر مسیر دارای ۲ سیم است. یعنی مسیر ارسال دارای ۲ سیم و مسیر دریافت نیز دارای ۲ سیم است. پس در کل هر lane دارای ۴ سیم است. این خط‌های ارتباطی، تک بیتی و به صورت ارسال و دریافت همزمان کار می‌کنند. هر چه تعداد خطوط زیادتر باشد داده بیشتری عبور می‌کند و در نتیجه پهنای باند بیشتر می‌شود‌. این خطوط را با نماد x و یک عدد کنار آن نمایش می‌دهند. به طور مثال x8 که نشان می‌دهد ۸ خط ارتباطی میان دو دستگاه وجود دارد. پس سرعت انتقال داده و همچنین پهنای باند در x16 از x8 بیشتر است.

در نسخه یک و دو پی سی آی اکسپرس از روش رمزگذاری 8b/10b استفاده می‌شود. در صورتی که در نسخه ۳ آن از رمزگذاری 128b/130b استفاده می‌شود. به طور کلی پی سی آی اکسپرس مبتنی بر انتقال داده سریال که از خط‌های مشخصی عبور می‌کنند کار می‌کند و مبدا و مقصد اطلاعات را از طریق رمز گذاری مشخص می‌کند. با کمک رمزگذاری به علاوه کلات پالس پهنای باند نهایی مشخص می‌شود.

مقایسه نسل‌های PCIe

به طور کلی پی سی آی اکسپرس هم‌اکنون در ۴ نسل ارائه می‌شوند که هر نسل نسبت به نسل قبل خود دارای پهنای باند دو برابری است. لازم به ذکر است که کارایی شما را پایین‌ترین نسل استفاده شده تعیین می‌کند. به عبارتی اگر روی شیار PCIe 3.0 از PCIe 2.0 استفاده کنید نهایت کارایی شما PCIe 2.0 خواهد بود.  در جدول زیر به مقایسه نسل‌های مختلف پی سی آی اکسپرس می‌پردازیم.

مقایسه نسل‌های PCIe از نظر سرعت 

نسل‌های حاضر PCIe

در حال حاضر استانداردهای PCIe در چند نسل متفاوت موجود هستند: PCIe 1.0، PCIe 2.0، PCIe 3.0 و PCIe 4.0. پهنای باند در هر نسل نسبت به نسل قبلی، دو برابر شده است.

چطور می‌توان فهمید که کارت توسعه‌ی PCIe شما از چه میزان کارایی بهره می‌برد؟ مثل بسیاری از قطعات دیگر، اینجا هم کارت‌های PCIe از پایین‌ترین استانداردی که در حال استفاده از آن هستید بهره می‌برند. برای مثال، اگر یک کارت PCIe 2.0 را در یک شکاف PCIe 3.0 قرار دهید، کارایی برابر استاندارد PCIe 2.0را دریافت خواهید کرد.

PCIe 4.0

استاندارد PCIe 4.0 در سال 2017 شروع به کار کرده و پهنای باندی برای 64 گیگابایت در ثانیه را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. این استاندارد در اصل برای سرورهای تجاری در دسترس بود اما تنها با عرضه‌ی SSDهای جدید در سال 2019، مورد استفاده قرار گرفت. پردازنده‌های سری 3000 رایزن AMD اولین پردازنده‌های دسکتاپی بودند که در جولای 2019 از PCIe 4.0 x16 پشتیبانی می‌کردند. برای پشتیبانی کامل، کاربران نیازمند تهیه‌ی مادربوردهایی هستند که از چیپست X570 بهره می‌برند.

نسل‌های بعدی PCIe: PCIe 5.0 و PCIe 6.0

استاندارد رسمی PCIe 5.0 در ماه می سال گذشته‌ی میلادی معرفی شده است. این استاندارد میزان ظرفیت خروجی را به 128 گیگابایت در ثانیه رسانده است. مشخصات این نسل با نسل‌های قبلی هم سازگاری دارد و شامل چند ویژگی جدید مثل تغییرات الکتریکی برای بهبود یکپارچگی سیگنال و کانکتورهای CEM جدید و البته سازگار با گذشته برای کارت‌های افزودنی است. کارت‌های PCIe 5.0 در سال 2019 دیده شده‌اند و در 2020 باید در دسترس بازار قرار گیرند.

PCI-SIG که استانداردهای PCIe را تعریف می‌کند، انتظار دارد PCIe 4.0 و PCIe 5.0 مدتی به طور هم‌زمان وجود داشته باشند. نسل پنجم برای نیازهای با کارایی بالاتر مثل پردازنده‌های گرافیکی مخصوص عملیات هوش مصنوعی و کاربردهای شبکه‌ای مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین PCIe 5.0 بیشتر در دیتاسنترها، شبکه‌ها و محیط‌های تجاری محاسبات سریع (HPC) مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهای کمتر حساس مثل رایانه‌های خانگی، با استفاده از PCIe 4.0 خوشحال خواهند بود.

PCIe 6.0

در ژوئن سال 2019، PCI-SIG  اعلام کرد که استاندارد جدیدی تحت عنوان استاندارد  PCIe 6.0  را در سال 2021 معرفی خواهد کرد (این استاندارد در حال حاضر در بازبینی نسخه 0.5 قرار دارد). البته ما انتظار نخواهیم داشت که تا پایان سال 2022، یا حتی 2023 هیچ محصولی را با این استاندارد در بازار و در دسترس عموم ببینیم.

استاندارد PCIe 6.0 نیز پهنای باند استاندارد PCIe 5.0 را دو برابر کرده و 256 گیگابایت در ثانیه را البته با همان تعداد حداکثر مسیرهای قبلی یعنی 16، ارائه خواهد کرد. پیش‌بینی می‌شود این نسل هم با نسل‌های قبلی سازگاری کامل داشته باشد.

تفاوت بینPCIe و SSD 

برخلاف SSDهای مبتنی بر SATA، PCIe می‌تواند پهنای باند بیشتری را از طریق سیگنال‌دهی سریع‌تر و خطوط متعدد انتقال دهد. به دلیل اتصال مستقیم به تجهیزات جانبی، SSD های مبتنی بر PCIe عملکرد بسیار بهتری نسبت به نمونه‌های SATA که از کابل برای اتصال به مادربرد استفاده می‌کنند،دارند. زیرا استفاده از کابل به نوبه خود باعث تاخیر زیاد می شود.

جمع بندی

همان طور که خواندید شکاف‌های PCIe در چندین پیکربندی فیزیکی مختلف شامل x1 ، x4، x8، x16 و x32 عرضه می‌شوند. به طور مثال یک شکاف PCIe x1 تنها یک مسیر دارد و در هر چرخه فقط یک بیت داده را می‌تواند منتقل کند. در این مطلب به مقایسه و معرفی نسل های مختلف پی سی آی اکسپرس پرداختیم. امیدواریم مطالب این بخش برای شما مفید بوده باشد و به سوالات شما در مورد استاندارد PCIe پاسخ داده باشیم. ممنون که تا انتها همراه ما بودید.