Слоты pci express x1. Все о шине PCI и PCI Express – спецификации, различия и совместимость
ВведениеРаньше массового покупателя интересовало главным образом лишь два типа твердотельных накопителей: либо высокоскоростные модели премиального уровня вроде Samsung 850 PRO, либо выгодные по соотношению цены и производительности предложения, такие как Crucial BX100 или SanDisk Ultra II. То есть, сегментация рынка SSD была крайне слабой, а конкуренция между производителями хоть и разворачивалась по направлениям производительности и цены, разрыв между решениями верхнего и нижнего уровня оставался достаточно небольшим. Такое положение дел было отчасти обусловлено тем, что технология SSD сама по себе существенно улучшает ощущения пользователя от работы с компьютером, и поэтому вопросы конкретной реализации для многих отходят на второй план. По этой же причине потребительские твердотельные накопители были вписаны в старую инфраструктуру, которая изначально ориентировалась на механические жёсткие диски. Это существенно облегчило их внедрение, однако заключило SSD в достаточно узкие рамки, которые во многом сдерживают как рост пропускной способности, так и снижение латентности дисковой подсистемы.
Но до определённых пор такое положение дел всех устраивало. Технология SSD была в новинку, и пользователи, переходящие на твердотельные накопители, оставались довольны своим приобретением даже несмотря на то, что по сути они получали продукты, которые на самом деле работают далеко не на пределе своих возможностей, а их производительность сдерживается искусственными барьерами. Однако к сегодняшнему дню SSD, пожалуй, можно считать уже самым настоящим мэйнстримом. Любой уважающий себя владелец персонального компьютера если и не имеет хотя бы один SSD в своей системе, то очень серьёзно настроен на его приобретение в самое ближайшее время. И в этих условиях производители просто вынуждены задумываться о том, чтобы развернуть, наконец, полноценную конкуренцию: разрушить все барьеры и перейти к выпуску более широких линеек продукции, принципиально различающихся по предлагаемым характеристикам. Благо для этого подготовлена вся необходимая почва, и, в первую очередь, большинство разработчиков SSD имеют желание и возможности для того, чтобы заняться выпуском продуктов, работающих не через наследственный SATA-интерфейс, а через куда более производительную шину PCI Express.
Поскольку пропускная способность SATA ограничена величиной 6 Гбит/с, максимальная скорость флагманских SATA SSD не выходит за величину порядка 500 Мбайт/с. Тем не менее, современные накопители, основанные на флеш-памяти, способны на гораздо большее: ведь если задуматься, то они имеют больше общего с системной памятью, нежели с механическими жёсткими дисками. Что же касается шины PCI Express, то сейчас она активно применяется в качестве транспортного уровня при подключении графических карт и прочих дополнительных контроллеров, нуждающихся в обмене данными с высокой скоростью, например, Thunderbolt. Одна линия PCI Express второго поколения обеспечивает пропускную способность на уровне 500 Мбайт/с, а линия PCI Express 3.0 может развивать скорость до 985 Мбайт/с. Таким образом, интерфейсная карта, устанавливаемая в слот PCIe x4 (с четырьмя линиями), может обмениваться данными на скорости до 2 Гбайт/с в случае PCI Express 2.0 и до почти 4 Гбайт/с – при использовании PCI Express третьего поколения. Это отличные показатели, которые вполне подходят и для современных твердотельных накопителей.
Из сказанного закономерно следует, что на рынке помимо SATA SSD должны постепенно находить распространение высокоскоростные накопители, использующие шину PCI Express. И это действительно происходит. В магазинах можно найти несколько моделей потребительских твердотельных накопителей от ведущих производителей, выполненных в виде карт расширения или M.2-плат, которые используют разные варианты шины PCI Express. Мы решили собрать их вместе и сравнить между собой по производительности и другим параметрам.
Участники тестирования
Intel SSD 750 400 ГбайтНа рынке твердотельных накопителей компания Intel придерживается довольно-таки нестандартной стратегии и разработке SSD для потребительского сегмента уделяет не слишком серьёзное внимание, концентрируясь на продуктах для серверов. Однако её предложения от этого не становятся неинтересными, особенно если речь идёт о твердотельном накопителе для шины PCI Express. В данном случае Intel решила адаптировать для использования в высокопроизводительном клиентском SSD свою самую прогрессивную серверную платформу. Именно таким образом и родился Intel SSD 750 400 Гбайт, который получил не только впечатляющие характеристики быстродействия и ряд технологий серверного уровня, отвечающих за надёжность, но и поддержку новомодного интерфейса NVMe, о котором несколько слов стоит сказать отдельно.
Если говорить о конкретных улучшениях NVMe, то в первую очередь упоминания заслуживает снижение накладных расходов. Например, пересылка наиболее типичных 4-килобайтных блоков в новом протоколе требует подачи лишь одной команды вместо двух. А весь набор управляющих инструкций упрощён настолько, что их обработка на уровне драйвера снижает загрузку процессора и возникающие при этом задержки как минимум вдвое. Второе важное нововведение – поддержка глубокой конвейеризации и многозадачности, заключающаяся в возможности параллельно создавать множественные очереди запросов вместо имевшейся ранее единой очереди на 32 команды. Интерфейсный протокол NVMe способен обслуживать до 65536 очередей, причём каждая из них может содержать до 65536 команд. Фактически какие-либо ограничения ликвидируются вообще, и это очень важно для серверных сред, где на дисковую подсистему может возлагаться огромное количество одновременных операций ввода-вывода.
Но несмотря на работу через интерфейс NVMe, Intel SSD 750 – это всё же не серверный, а потребительский накопитель. Да, почти такая же аппаратная платформа, как в этом накопителе, используется в SSD серверного класса Intel DC P3500, P3600 и P3700, но в Intel SSD 750 применена более дешёвая ординарная MLC NAND, а кроме того модифицирована прошивка. Производитель считает, что благодаря таким изменениям получившийся продукт понравится энтузиастам, поскольку он сочетает высокую мощность, принципиально новый интерфейс NVMe и не слишком пугающую стоимость.
Intel SSD 750 представляет собой PCIe x4 карту половинной высоты, которая может задействовать четыре линии стандарта 3.0 и развивать последовательные скорости передачи данных до 2,4 Гбайт/с, а скорость случайных операций – до 440 тысяч IOPS. Правда, наибольшей производительностью отличается наиболее ёмкая модификация на 1,2 Тбайт, полученная же нами на тесты версия объёмом 400 Гбайт немного помедленнее.
Плата накопителя полностью закрыта бронёй. С лицевой стороны это алюминиевый радиатор, а с оборотной – декоративная металлическая пластина, которая на самом деле с микросхемами не соприкасается. Следует отметить, что применение здесь радиатора – необходимость. Основной контроллер интеловского SSD выделяет немало тепла, и при высокой нагрузке даже оснащённый таким охлаждением накопитель может разогреваться до температур порядка 50-55 градусов. Но благодаря предустановленному охлаждению никаких намёков на троттлинг не наблюдается – производительность остаётся постоянной даже в процессе непрерывного и интенсивного использования.
В основе Intel SSD 750 лежит контроллер серверного уровня Intel CH29AE41AB0, который работает на частоте 400 МГц и обладает восемнадцатью (!) каналами для подключения флеш-памяти. Если учесть, что большинство контроллеров для потребительских SSD располагают либо восемью, либо четырьмя каналами, становится понятно, что Intel SSD 750 действительно может прокачивать по шине значительно больше данных, чем привычные модели SSD.
Что касается используемой флеш-памяти, то в этой части Intel SSD 750 не проводит никаких инноваций. Он основывается на обычной MLC NAND интеловского же производства, выпущенной по 20-нм техпроцессу и имеющей ядра объёмом и 64, и 128 Гбит вперемежку. Следует заметить, что большинство прочих производителей SSD достаточно давно отказались от подобной памяти, перейдя на чипы, сделанные по более тонким нормам. Да и сама Intel начала перевод на 16-нм память не только своих потребительских, но и серверных накопителей. Однако несмотря на всё это, в Intel SSD 750 устанавливается более старая память, которая предположительно имеет более высокий ресурс.
Серверное происхождение Intel SSD 750 прослеживается ещё и в том, что общий объём флеш-памяти у этого SSD составляет 480 ГиБ, от которых пользователю доступно лишь около 78 процентов. Остальное отводится на подменный фонд, сборку мусора и технологии защиты данных. В Intel SSD 750 реализована традиционная для флагманских накопителей RAID 5-подобная схема на уровне кристаллов MLC NAND, что позволяет успешно восстанавливать данные даже в том случае, когда один из чипов полностью выходит из строя. Кроме того, интеловский SSD обеспечивает полную защиту данных от перебоев питания. На Intel SSD 750 имеется два электролитических конденсатора, и их ёмкости хватает для штатного завершения работы накопителя в автономном режиме.
Kingston HyperX Predator 480 Гбайт
Kingston HyperX Predator – это куда более традиционное по сравнению с Intel SSD 750 решение. Во-первых, работает оно через протокол AHCI, а не NVMe, а во-вторых, для подключения к системе этому SSD требуется более распространённая шина PCI Express 2.0. Всё это делает вариант Kingston несколько медленнее – пиковые скорости при последовательных операциях не превышают 1400 Мбайт/с, а случайные – 160 тысяч IOPS. Но зато HyperX Predator не накладывает никаких специальных требований на систему – он совместим с любыми, в том числе и старыми платформами.
Вместе с этим, накопитель имеет не совсем простую двухкомпонентную конструкцию. Сам SSD представляет собой плату в форм-факторе M.2, которая дополнена PCI Express переходником, позволяющим подключать M.2-накопители через обычные полноразмерные PCIe слоты. Переходник выполнен в виде PCIe x4 карты половинной высоты, задействующей все четыре линии PCI Express. Благодаря такой конструкции Kingston продаёт свой HyperX Predator в двух вариантах: как PCIe SSD для десктопов и как M.2-накопитель для мобильных систем (в этом случае переходник в поставку не включается).
Kingston HyperX Predator базируется на контроллере Marvell Altaplus (88SS9293), который с одной стороны поддерживает четыре линии PCI Express 2.0, а с другой – имеет восемь каналов для подключения флеш-памяти. На данный момент это – самый быстрый серийно выпускаемый SSD-контроллер фирмы Marvell с поддержкой PCI Express. Однако вскоре у Marvell появятся и более быстрые последователи с поддержкой NVMe и PCI Express 3.0, которой у чипа Altaplus нет.
Поскольку сама компания Kingston не производит ни контроллеров, ни памяти, собирая свои SSD из элементной базы, закупаемой у других производителей, нет ничего странного в том, что в основе HyperX Predator PCIe SSD лежит не только сторонний контроллер, но и 128-гигабитные 19-нм чипы MLC NAND компании Toshiba. Такая память имеет невысокую закупочную цену и ставится сейчас во многие продукты Kingston (и других фирм), и в первую очередь в ширпотребные модели.
Однако использование подобной памяти породило парадокс: несмотря на то, что по своему формальному позиционированию Kingston HyperX Predator PCIe SSD – это продукт премиального класса, на него даётся всего лишь трёхлетняя гарантия, а заявленное среднее время наработки на отказ значительно меньше, чем у флагманских SATA SSD других производителей.
Никаких особенных технологий защиты данных в Kingston HyperX Predator также не предусматривается. Но накопитель имеет сравнительно большую скрытую от глаз пользователя область, размер которой составляет 13 процентов от полной ёмкости накопителя. Входящая в неё резервная флеш-память используется для сборки мусора и выравнивания износа, но в первую очередь расходуется на подмену вышедших из строя ячеек памяти.
Остаётся лишь добавить, что в конструкции HyperX Predator не предусмотрено никаких специальных средств для отвода тепла от контроллера. В отличие от большинства прочих высокопроизводительных решений, радиатора у этого накопителя нет. Тем не менее, к перегреву этот SSD совершенно не склонен – его максимальное тепловыделение лишь немного превышает 8 Вт.
OCZ Revodrive 350 480 Гбайт
OCZ Revodrive 350 с полным правом можно назвать одним из самых старых потребительских твердотельных накопителей с интерфейсом PCI Express. Ещё в те времена, когда никто из прочих производителей о выпуске клиентских PCIe SSD даже не задумывался, в модельном ряду компании OCZ имелся RevoDrive 3 (X2) – прообраз современного Revodrive 350. Однако уходящие в прошлое корни PCIe-накопителя OCZ делают его несколько странным предложением на фоне актуальных конкурентов. В то время как большинство производителей высокопроизводительных накопителей для ПК пользуются современными контроллерами с врождённой поддержкой шины PCI Express, в Revodrive 350 реализована очень замысловатая и явно неоптимальная архитектура. Он базируется на двух или четырёх (в зависимости от объёма) контроллерах SandForce SF-2200, которые собраны в RAID-массив нулевого уровня.
Если говорить о принявшей участие в этом тестировании модели OCZ Revodrive 350 объёмом 480 Гбайт, то в её основе, фактически, лежат четыре SATA SSD ёмкостью по 120 Гбайт, каждый из которых базируется на собственном чипе SF-2282 (аналоге широко распространённого SF-2281). Затем эти элементы объединены в единый четырёхкомпонентный RAID 0-массив. Однако для этой цели используется не совсем привычный RAID-контроллер, а фирменный процессор виртуализации (VCA 2.0) OCZ ICT-0262. Впрочем, очень похоже на то, что под этим именем скрывается перелицованная микросхема Marvell 88SE9548, представляющая собой четырёхпортовый RAID-контроллер SAS/SATA 6 Гбит/с с интерфейсом PCI Express 2.0 x8. Но даже если и так, то инженеры OCZ написали для этого контроллера собственную прошивку и драйвер.
Уникальность программной составляющей RevoDrive 350 заключается в том, что в нём реализован не совсем классический RAID 0, а некое его подобие с интерактивной балансировкой нагрузки. Вместо разбиения потока данных на блоки фиксированного размера и последовательной их передачи на разные контроллеры SF-2282, технология VCA 2.0 предполагает анализ и гибкое перераспределение операций ввода-вывода в зависимости от текущей занятости контроллеров флеш-памяти. Поэтому RevoDrive 350 выглядит для пользователя как монолитный твердотельный накопитель. В его BIOS нельзя зайти, а обнаружить, что в недрах этого SSD скрывается RAID-массив, без подробного знакомства с аппаратной начинкой невозможно. Более того, в отличие от обычных RAID-массивов, в RevoDrive 350 поддерживаются все типичные функции SSD: SMART-мониторинг, TRIM и операция Secure Erase.
RevoDrive 350 выпускается в виде плат с интерфейсом PCI Express 2.0 x8. Несмотря на то, что все восемь линий интерфейса реально используются, заявленные показатели производительности заметно ниже их суммарной теоретической пропускной способности. Максимальная скорость последовательных операций ограничивается величиной 1800 Мбайт/с, а производительность произвольных операций не превышает 140 тысяч IOPS.
Стоит отметить, что выполнен OCZ RevoDrive 350 в виде PCI Express x8 платы полной высоты, то есть этот накопитель физически больше, чем все остальные участвующие в тестировании SSD, и поэтому он не может быть установлен в низкопрофильные системы. Лицевая поверхность платы RevoDrive 350 закрыта декоративным металлическим кожухом, по совместительству выступающим радиатором для базовой микросхемы RAID-контроллера. Контроллеры SF-2282 расположены на оборотной стороне платы и какого-либо охлаждения лишены.
Для формирования массива флеш-памяти OCZ воспользовалась микросхемами своей материнской компании – Toshiba. Используются чипы, производимые по 19-нм техпроцессу и имеющие ёмкость 64 Гбит. Общий объём флеш-памяти в RevoDrive 350 480 Гбайт составляет 512 Гбайт, но 13% зарезервировано под внутренние нужды – выравнивание износа и сборку мусора.
Стоит отметить, что архитектура RevoDrive 350 не уникальна. На рынке представлены ещё несколько моделей подобных SSD, работающих по принципу «RAID-массив из SATA SSD на базе контроллеров SandForce». Однако все такие решения, как и рассматриваемый PCIe-накопитель OCZ отличаются неприятным недостатком – их производительность на операциях записи деградирует со временем. Связано это с особенностями внутренних алгоритмов контроллеров SandForce, операция TRIM у которых не возвращает скорость записи до первоначального уровня.
Тот бесспорный факт, что RevoDrive 350 стоит на ступеньку ниже PCI Express накопителей нового поколения подчёркивается и тем, что на этот накопитель даётся всего трёхлетняя гарантия, а его гарантируемый ресурс записи составляет лишь 54 Тбайт – в разы меньше, чем у конкурентов. Более того, несмотря на то, что RevoDrive 350 основывается на том же дизайне, что и серверный Z-Drive 4500, никакой защиты от перепадов напряжения питания он не имеет. Однако всё это не мешает OCZ с присущей ей дерзостью позиционировать RevoDrive 350 в качестве премиального решения уровня Intel SSD 750.
Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт
Сразу же необходимо отметить, что накопитель Plextor M6e Black Edition является прямым последователем хорошо известной модели M6e . Похожесть новинки на предшественницу прослеживается почти во всём, если говорить о технической, а не эстетической составляющей. Новый SSD точно так же имеет двухкомпонентную конструкцию, включая в себя собственно накопитель в формате M.2 2280 и переходник, который позволяет устанавливать его в любой обычный слот PCIe x4 (или более скоростной). В его же основе лежит восьмиканальный контроллер Marvell 88SS9183, общающийся с внешним миром по двум линиям PCI Express 2.0. Так же, как и в прошлой модификации, в M6e Black Edition используется MLC-флеш-память компании Toshiba.
И это значит, что несмотря на то, что M6e Black Edition в сборе выглядит как карта половинной высоты с интерфейсом PCI Express x4, на самом деле этот SSD пользуется лишь двумя линиями PCI Express 2.0. Отсюда и не слишком впечатляющие скорости, которое лишь немного превышают быстродействие традиционных SATA SSD. Паспортная производительность на последовательных операциях ограничивается величиной 770 Мбайт/с, а на произвольных – 105 тысяч IOPS. Стоит отметить, что работает Plextor M6e Black Edition по наследственному AHCI-протоколу, и это обеспечивает его широкую совместимость с различными системами.
Несмотря на то, что Plextor M6e Black Edition, как и Kingston HyperX Predator, представляет собой комбинацию из PCI Express переходника и «ядра» в формате M.2-платы, с лицевой стороны определить это невозможно. Весь накопитель спрятался под фигурным чёрным алюминиевым кожухом, в центре которого врезан красный радиатор, который должен отводить тепло от контроллера и чипов памяти. Расчёт дизайнеров понятен: подобное цветовое решение повсеместно применяется в различном игровом железе, поэтому Plextor M6e Black Edition будет гармонично смотреться рядом со многими геймерскими материнскими платами и видеокартами большинства ведущих производителей.
Массив флеш-памяти в Plextor M6e Black Edition набран 19-нм чипами MLC NAND компании Toshiba второго поколения с ёмкостью 64 Гбит. На резерв, используемый для подменного фонда и работы внутренних алгоритмов выравнивания износа и сборки мусора отведено 7 процентов от общего объёма. Всё остальное – доступно пользователю.
Из-за использования достаточно слабого контроллера Marvell 88SS9183 с внешней шиной PCI Express 2.0 x2 накопитель Plextor M6e Black Edition стоит считать достаточно медленным PCIe SSD. Однако это не мешает производителю относить этот продукт в верхнюю ценовую категорию. С одной стороны, он всё-таки быстрее SATA SSD, а с другой – обладает неплохими характеристиками надёжности: имеет продолжительное время наработки на отказ и покрывается пятилетней гарантией. Впрочем, никаких специальных технологий, способных защитить M6e Black Edition от перепадов напряжения или увеличить его ресурс, в нём не реализовано.
Samsung SM951 256 Гбайт
Samsung SM951 – самый неуловимый накопитель в сегодняшнем тестировании. Дело в том, что изначально это – продукт для сборщиков компьютеров, поэтому в розничной продаже он представлен достаточно блекло. Тем не менее, при желании, купить его всё-таки возможно, поэтому отказываться от рассмотрения SM951 мы не стали. Тем более, если судить по характеристикам, это – весьма быстродействующая модель. Она ориентирована на работу по шине PCI Express 3.0 x4, использует протокол AHCI и обещает впечатляющие скорости: до 2150 Мбайт/с на последовательных операциях и до 90 тысяч IOPS – на произвольных. Но самое главное, при всём при этом Samsung SM951 дешевле многих прочих PCIe SSD, так что его поиски в продаже могут иметь под собой вполне конкретное экономическое обоснование.
Ещё одна особенность Samsung SM951 заключается в том, что поставляется он в M.2-виде. Изначально это решение ориентировано на мобильные системы, поэтому никаких переходников для полноразмерных слотов PCIe в комплекте с накопителем не прилагается. Тем не менее, это вряд ли можно считать серьёзным недостатком – большинство флагманских материнских плат имеют на своём борту и интерфейсные слоты M.2. Кроме того, необходимые платы-переходники широко представлены в продаже. Сам же Samsung SM951 представляет собой плату форм-фактора M.2 2280, разъём которой имеет ключ типа M, указывающий на потребность SSD в четырёх линиях PCI Express.
В основе Samsung SM951 лежит исключительно мощный контроллер Samsung UBX, разработанный производителем специально для SSD c интерфейсом PCI Express. Он базируется на трёх ядрах с ARM-архитектурой и в теории способен работать как c AHCI-, так и с NVMe-командами. В рассматриваемом SSD в контроллере включён лишь AHCI-режим. Но NVMe-версию данного контроллера в скором времени можно будет увидеть в новом потребительском SSD, который Samsung должен запустить этой осенью.
Из-за OEM-направленности для рассматриваемого накопителя не сообщается ни сроков гарантии, ни прогнозируемой выносливости. Декларировать эти параметры должны сборщики систем, в которые будет установлен SM951, либо продавцы. Однако следует отметить, что трёхмерная V-NAND, которая сейчас активно продвигается Samsung в потребительских SSD как более быстродействующая и надёжная разновидность флеш-памяти, в SM951 не используется. Вместо этого в нём применена обычная планарная Toggle Mode 2.0 MLC NAND, производимая, предположительно, по 16-нм технологии (некоторые источники предполагают 19-нм техпроцесс). Это означает, что ожидать от SM951 столь же высокой выносливости, как у флагманского SATA-накопителя 850 PRO, явно не следует. По этому параметру SM951 ближе к обычным моделям среднего уровня, к тому же на резервирование в этом SSD отводится только 7 процентов от массива флеш-памяти. Нет в Samsung SM951 и каких-то особых технологий серверного уровня для защиты данных от сбоев питания. Иными словами, акцент в этой модели сделан исключительно на скорости работы, а всё остальное отсечено для снижения стоимости.
Стоит отметить и ещё один момент. При высокой нагрузке Samsung SM951 демонстрирует достаточно серьёзный нагрев, который в конечном итоге может даже приводить ко включению троттлинга. Поэтому в высокопроизводительных системах для SM951 желательно организовать как минимум обдув, а лучше – закрыть его радиатором.
Сравнительные характеристики протестированных SSD
Вопросы совместимости
Как и всякая новая технология, твердотельные накопители с интерфейсом PCI Express пока не могут похвастать 100-процентной беспроблемной работоспособностью с любыми платформами, особенно старыми. Поэтому выбирать подходящий SSD приходится не только исходя из потребительских характеристик, но и с оглядкой на совместимость. И здесь важно иметь в виду два момента.В первую очередь, разные SSD могут использовать разное количество линий PCI Express и разные поколения этой шины - 2.0 или 3.0. Поэтому перед покупкой PCIe накопителя нужно убедиться в том, что в системе, куда его планируется установить, есть свободный слот с нужной полосой пропускания. Конечно, более скоростные PCIe SSD имеют обратную совместимость с медленными слотами, однако в этом случае приобретение высокоскоростного SSD имеет не слишком много смысла – он попросту не сможет раскрыть весь заложенный в него потенциал.
Наиболее широкой совместимостью в этом смысле обладает Plextor M6e Black Edition – он требует всего две линии PCI Express 2.0, и такой свободный слот наверняка найдётся на практически любой материнской плате. Для Kingston HyperX Predator нужно уже четыре линии PCI Express 2.0: такие слоты PCIe тоже есть на многих платах, но некоторые дешёвые платформы лишними слотами с числом линий PCI Express четыре или более могут и не обладать. Особенно это касается материнок, построенных на чипсетах нижнего уровня, общее число линий у которых может быть урезано до шести. Поэтому перед приобретением Kingston HyperX Predator обязательно проверьте, что в системе есть свободный слот с четырьмя или большим числом линий PCI Express.
OCZ Revodrive 350 задаёт задачку посложнее – ему уже требуется восемь линий PCI Express. Такие слоты обычно реализуются уже силами не чипсета, а процессора. Поэтому оптимальным местом применения такого накопителя являются LGA 2011/2011-3-платформы, где PCI Express контроллер процессора располагает избыточным числом линий, позволяющим обслуживать более чем одну видеокарту. В системах же с LGA 1155/1150/1151-процессорами OCZ Revodrive 350 будет уместен лишь в том случае, если используется встроенная в CPU графика. В противном случае в пользу твердотельного накопителя придётся отнять половину линий у GPU, переведя его в режим PCI Express x8.
Intel SSD 750 и Samsung SM951 в чём-то похожи на OCZ Revodrive 350: их тоже предпочтительнее использовать в слотах PCI Express, питаемых от процессора. Однако причина тут не в количестве линий – им требуется всего четыре линии PCI Express, а в поколении этого интерфейса: оба эти накопителя способны задействовать увеличенную пропускную способность PCI Express 3.0. Однако есть и исключение: новейшие интеловские наборы системной логики сотой серии, предназначенные для процессоров семейства Skylake, получили поддержку PCI Express 3.0, поэтому в новейших LGA 1151-платах их без зазрений совести можно устанавливать и в чипсетные PCIe-слоты, к которым подведено как минимум четыре линии.
У проблемы совместимости есть и вторая часть. Ко всем ограничениям, связанным с пропускной способностью различных вариаций слотов PCI Express добавляются ещё и ограничения, связанные с используемыми протоколами. Наиболее беспроблемными в этом смысле являются SSD, которые работают через AHCI. Благодаря тому, что в них эмулируется поведение обычного SATA-контроллера, они могут работать с любыми, даже старыми, платформами: они видятся в BIOS любых материнских плат, могут быть загрузочными дисками, а для их работы в операционной системе не требуется и никаких дополнительных драйверов. Иными словами, Kingston HyperX Predator и Plextor M6e Black Edition – это два самых беспроблемных PCIe SSD.
А что же другая пара AHCI-накопителей? С ними ситуация немного сложнее. OCZ Revodrive 350 работает в операционной системе через собственный драйвер, но даже несмотря на это проблем с тем, чтобы сделать этот накопитель загрузочным, нет никаких. Хуже дело обстоит с Samsung SM951. Хотя этот SSD и общается с системой посредством наследственного протокола AHCI, он лишён собственного BIOS, и поэтому его инициализацию должен проводить BIOS материнской платы. К сожалению, поддержка данного SSD есть далеко не во всех материнках, в особенности старых. Поэтому с полной уверенностью можно говорить лишь о его совместимости с платами на базе последних интеловских чипсетов девяностой и сотой серии. В остальных случаях он может попросту не видеться материнской платой. Конечно, это не помешает использовать Samsung SM951 в операционной системе, где его легко инициализирует AHCI-драйвер, но в таком случае о возможности загрузки со скоростного SSD придётся забыть.
Но самые большие неудобства способен причинить Intel SSD 750, работающий через новый интерфейс NVMe. Драйверы, которые необходимы для поддержки твердотельных накопителей, работающих по этому протоколу, присутствуют только в новейших операционных системах. Так, в Linux поддержка NVMe появилась в версии ядра 3.1; «врождённый» драйвер NVMe имеется в микрософтовских системах, начиная с Windows 8.1 и Windows Server 2012 R2; а в OS X совместимость с NVMe-накопителями была добавлена в версии 10.10.3. Кроме того, NVMe SSD поддерживается далеко не всеми материнскими платами. Для того чтобы такие накопители можно было использовать в качестве загрузочных, BIOS материнской платы должен тоже располагать соответствующим драйвером. Однако производители встроили необходимую функциональность лишь в самые последние версии прошивок, выпущенные для наиболее свежих моделей материнок. Поэтому поддержка загрузки операционной системы с NVMe-накопителей есть лишь на самых современных платах для энтузиастов, основанных на наборах логики Intel Z97, Z170 и X99. В более старых и дешёвых платформах пользователи смогут воспользоваться NVMe SSD лишь как вторыми дисками в ограниченном наборе ОС.
Несмотря на то, что мы постарались описать все возможные комбинации платформ и PCI Express накопителей, основной вывод из сказанного таков: совместимость PCIe SSD с материнскими платами – вопрос далеко не такой очевидный, как в случае с SATA SSD. Поэтому перед приобретением любого высокоскоростного твердотельного накопителя, работающего через PCI Express, обязательно уточните его совместимость с конкретной материнской платой на сайте производителя.
Тестовая конфигурация, инструментарий и методика тестирования
Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.Используемые приложения и тесты:
Iometer 1.1.0
Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды - без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных чтений и записей блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемыми в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.
CrystalDiskMark 5.0.2
Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
PCMark 8 2.0
Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
Тесты копирования файлов
В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, при архивации и разархивации – архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO – набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program – набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work – набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.
В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4690K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключается к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в первый полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Используется драйверы Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.5.2.1000 и Intel Windows NVMe driver 1.2.0.1002.
Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).
Помимо пяти главных героев этого теста – клиентских твердотельных накопителей с интерфейсом PCI Express, мы добавили к ним в компанию и самый быстрый SATA SSD – Samsung 850 PRO.
В результате, список протестированных моделей приобрёл следующий вид:
Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10135);
Kingston HyperX Predator PCIe 480 Гбайт (SHPM2280P2H/480G, прошивка OC34L5TA);
OCZ RevoDrive 350 480 Гбайт (RVD350-FHPX28-480G, прошивка 2.50);
Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт (PX-256M6e-BK, прошивка 1.05);
Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
Samsung SM951 256 Гбайт (MZHPV256HDGL-00000, прошивка BXW2500Q).
Производительность
Последовательные операции чтения и записи
Новое поколение твердотельных накопителей, переведённых на шину PCI Express, должно в первую очередь выделяться высокими скоростями последовательного чтения и записи. И именно это мы видим на графике. Все PCIe SSD оказываются производительнее лучшего SATA SSD – Samsung 850 PRO. Однако даже такая простая нагрузка как последовательное чтение и запись показывает огромные различия между SSD различных производителей. Причём, вариант используемой шины PCI Express не имеет определяющего значения. Лучшую производительность здесь может выдать PCI Express 3.0 x4 накопитель Samsung SM951, а на втором месте – Kingston HyperX Predator, работающий через PCI Express 2.0 x4. Прогрессивный же NVMe-накопитель Intel SSD 750 оказался лишь на третьем месте.
Случайные операции чтения
Если же говорить о случайном чтении, то как видно из диаграмм, PCIe SSD не особенно отличаются по скорости от традиционных SATA SSD. Причём, это касается не только AHCI-накопителей, но и того продукта, который работает с протоком NVMe. Фактически лучшую, чем Samsung 850 PRO производительность при случайных операциях чтения на небольших очередях запросов могут продемонстрировать лишь три участника этого теста: Samsung SM951, Intel SSD 750 и Kingston HyperX Predator.
Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не свойственны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.
По графику хорошо видно, насколько решения, работающие через PCI Express 3.0 x4, могут превосходить все другие SSD. Кривые, соответствующие Samsung SM951 и Intel SSD 750 находятся существенно выше графиков других накопителей. По приведённой диаграмме можно сделать и ещё одно заключение: OCZ RevoDrive 350 – это позорно медленный твердотельный накопитель. На случайных операциях чтения он где-то вдвое отстаёт от SATA SSD, что обусловлено его RAID-архитектурой и использованием устаревших контроллеров SandForce второго поколения.
В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:
Здесь картина немного иная. С ростом размера блоков операции начинают походить на последовательные, поэтому роль начинает играть не только архитектура и мощность контроллера SSD, но и пропускная способность используемой ими шины. На блоках больших размеров лучшую производительность обеспечивают Samsung SM951, Intel SSD 750 и Kingston HyperX Predator.
Случайные операции записи
Где-то преимущества интерфейса NVMe, обеспечивающего низкие латентности, и контроллера Intel SSD 750 с высоким уровнем параллелизма должны были проявиться. К тому же имеющийся в этом SSD вместительный DRAM-буфер позволяет организовать очень эффективное кеширование данных. И в результате Intel SSD 750 выдаёт непревзойдённую скорость произвольной записи даже в том случае, если очередь запросов имеет минимальную глубину.
Более явно увидеть, что происходит с производительностью случайной записи при увеличении глубины очереди запросов, можно на следующем графике, показывающем зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:
Масштабирование производительности Intel SSD 750 происходит до тех пор, пока глубина очереди не достигнет 8 команд. Это – типичное поведение для потребительских SSD. Однако новинка Intel отличается тем, что её скорости при случайной записи значительно выше, чем у любых других твердотельных накопителей, в том числе и у быстрейших PCIe-моделей вроде Samsung SM951 или Kingston HyperX Predator. Иными словами, при случайной нагрузке в виде записи данных Intel SSD 750 предлагает принципиально лучшую производительность, чем любые другие SSD. Иными словами, переход на использование интерфейса NVMe позволяет прокачать скорость случайной записи. И это – безусловно важная характеристика, но в первую очередь для серверных накопителей. Собственно, Intel SSD 750 как раз и является близким родственником таких моделей как Intel DC P3500, P3600 и P3700.
Следующий график отражает зависимость производительности случайных записей от размера блока данных.
По мере увеличения размеров блоков Intel SSD 750 теряет своё безоговорочное преимущество. Примерно такую же производительность начинают выдавать Samsung SM951 и Kingston HyperX Predator.
По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно. Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая пара диаграмм демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.
При последовательной смешанной нагрузке с преобладающими операциями чтения, что характерно для обычных персональных компьютеров, наилучшую производительность выдают Samsung SM951 и Kingston HyperX Predator. Случайная смешанная нагрузка оказывается более тяжёлым испытанием для SSD и оставляет в лидерах Samsung SM951, но на второе место выдвигает Intel SSD 750. При этом Plextor M6e Black Edition, Kingston HyperX Predator и OCZ RevoDrive 350 вообще оказываются заметно хуже обычного SATA SSD.
Следующая пара графиков даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.
Всё сказанное выше хорошо подтверждается и на приведённых графиках. При смешанной нагрузке с последовательными операциями лучшее быстродействие показывает Samsung SM951, который чувствует себя как рыба в воде при любой работе с последовательными данными. При произвольных смешанных операциях ситуация немного отличается. Оба накопителя компании Samsung, и работающий через PCI Express 3.0 x4 SM951, и обычный SATA 850 PRO, в этом тесте выдают очень хорошие результаты, обходя по производительности почти все остальные SSD. Противостоять им в отдельных случаях может лишь Intel SSD 750, который благодаря системе команд NVMe отлично оптимизирован под работу со случайными записями. И когда в потоке смешанных операций доля записей возрастает до 80 процентов или выше, он резко вырывается вперёд.
Результаты в CrystalDiskMark
CrystalDiskMark - это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. Полученные в нём показатели производительности должны дополнить подробные графики, построенные нами на основании тестов в IOMeter.
Приведённые четыре диаграммы представляют лишь теоретическую ценность, показывая пиковую производительность, не достижимую в типичных клиентских задачах. Глубины очереди запросов в 32 команды в персональных компьютерах никогда не бывает, но в специальных тестах она позволяет получить максимальные показатели производительности. И в этом случае лидирующее быстродействие с большим отрывом выдаёт Intel SSD 750, который имеет архитектуру, унаследованную от серверных накопителей, где большая глубина очереди запросов – вполне в порядке вещей.
А вот эти четыре диаграммы представляют уже практический интерес – на них отображена производительность при нагрузке, которая характерна для персональных компьютеров. И здесь лучшую производительность выдаёт уже Samsung SM951, который отстаёт от Intel SSD 750 лишь при случайных 4-килобайтных записях.
PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования
Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив - основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах, и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.
Тест PCMark 8 2.0, оценивающий производительность систем хранения данных в реальных приложениях, недвусмысленно говорит нам о том, что существует лишь два PCIe-накопителя, скорость которых принципиально выше, чем у привычных моделей с SATA-интерфейсом. Это - Samsung SM951 и Intel SSD 750, которые побеждают и во многих других тестах. Другие же PCIe SSD, например, Plextor M6e Black Edition и Kingston HyperX Predator отстают от лидеров более чем в полтора раза. Ну а OCZ ReveDrive 350 демонстрирует откровенно плохое быстродействие. Он медленнее лучших PCIe SSD более чем вдвое и при этом уступает по скорости даже Samsung 850 PRO, который работает через SATA-интерфейс.
Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.
О каком бы приложении ни шла речь, в любом случае наивысшую производительность выдаёт один из SSD с интерфейсом PCI Express 3.0 x4: либо Samsung SM951, либо Intel SSD 750. Что интересно, остальные PCIe SSD в ряде случаев вообще выдают скорость лишь на уровне SATA SSD. Фактически, преимущество тех же Kingston HyperX Predator и Plextor M6e Black Edition над Samsung 850 PRO можно увидеть лишь в Adobe Photoshop, Battlefield 3 и Microsoft Word.
Копирование файлов
Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях – при копировании и работе с архиваторами – которые выполняются «внутри» накопителя. Это – типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD исполняет роль не системного накопителя, а обычного диска.
В тестах копирования в лидерах оказываются всё те же Samsung SM951 и Intel SSD 750. Однако если речь идёт о больших последовательных файлах, то конкуренцию им может составить Kingston HyperX Predator. Надо сказать, что при простом копировании почти все PCIe SSD оказываются быстрее Samsung 850 PRO. Исключение лишь одно – Plextor M6e Black Edition. А OCZ RevoDrive 350, который в остальных тестах стабильно оказывался в положении безнадёжного аутсайдера, неожиданно обходит не только SATA SSD, но и самого медленного PCIe SSD.
Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиальное отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина – с одним большим файлом архива.
Похожая ситуация и при работе с архивами. Отличие лишь в том, что тут Samsung SM951 удаётся уверенно оторваться от всех конкурентов.
Работа TRIM и фоновой сборки мусора
Испытывая различные твердотельные накопители, мы всегда проверяем то, как они отрабатывают команду TRIM и способны ли они собирать мусор и восстанавливать свою производительность без поддержки со стороны операционной системы, то есть в такой ситуации, когда команда TRIM не передаётся. Такое тестирование было проведено и в этот раз. Схема этого испытания стандартна: после создания длительной непрерывной нагрузки на запись данных, которая приводит к деградации скорости записи, мы отключаем поддержку TRIM и выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт собственного алгоритма сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM - и после небольшой паузы скорость измеряется ещё раз.Результаты такого тестирования приведены в следующей таблице, где для каждой протестированной модели указано, реагирует ли она на TRIM очисткой неиспользуемой части флеш-памяти и может ли она заготавливать чистые страницы флеш-памяти под будущие операции, если команда TRIM на неё не подаётся. Для накопителей, которые оказались способны осуществлять сборку мусора и без команды TRIM, мы также указали тот объём флеш-памяти, который был самостоятельно освобождён контроллером SSD под будущие операции. Для случая эксплуатации накопителя в среде без поддержки TRIM это - как раз тот объём данных, который можно будет сохранить на накопитель с высокой первоначальной скоростью после простоя.
Несмотря на то, что качественная поддержка команды TRIM стала отраслевым стандартом, некоторые производители считают допустимым продавать накопители, в которых эта команда не отрабатывается в полной мере. Такой отрицательный пример демонстрирует OCZ Revodrive 350. Формально TRIM он понимает, и даже что-то пытается сделать при получении этой команды, но о полном возвращении скорости записи к первоначальным значениям говорить не приходится. И в этом нет ничего странного: в основе Revodrive 350 лежат контроллеры SandForce, которые отличаются своей необратимой деградаций производительности. Соответственно присутствует она и в Revodrive 350.
Все же остальные PCIe SSD работают с TRIM как и их SATA-собратья. То есть, идеально: в операционных системах, которые подают эту команду на накопители, производительность остаётся на неизменно высоком уровне.
Однако мы хотим большего – качественный накопитель должен уметь проводить сборку мусора и без подачи команды TRIM. И здесь выделяется Plextor M6e Black Edition – накопитель, который способен самостоятельно освободить под предстоящие операции значительно больше флеш-памяти, чем его конкуренты. Хотя, конечно, в той или иной мере автономная сборка мусора работает у всех протестированных нами SSD, за исключением Samsung SM951. Иными словами, при обычном использовании в современных средах производительность Samsung SM951 деградировать не будет, однако в тех случаях, когда TRIM не поддерживается, применять этот SSD не рекомендуется.
Выводы
Начать подводить итоги, наверное, следует с констатации факта, что потребительские SSD с интерфейсом PCI Express – это уже не экзотика и не какие-то экспериментальные продукты, а целый рыночный сегмент, в котором играют наиболее быстродействующие твердотельные накопители для энтузиастов. Естественно, это же и означает, что с PCIe SSD уже давно нет никаких проблем: они поддерживают все функции, что есть в SATA SSD, но при этом более производительны и порой обладают некоторыми новыми интересными технологиями.В то же время рынок клиентских PCIe SSD не столь переполнен, и войти в когорту производителей таких твердотельных накопителей пока смогли лишь компании, обладающие высоким инженерным потенциалом. Это связано с тем, что у независимых разработчиков массовых контроллеров SSD пока нет решений-конструкторов, позволяющих приступить к выпуску PCIe-накопителей с минимальными инженерными усилиями. Поэтому каждый из представленных в настоящее время на полках магазинов PCIe SSD по-своему самобытен и уникален.
В этом тестировании нам удалось собрать вместе пять самых популярных и наиболее распространённых PCIe SSD, ориентированных на эксплуатацию в составе персональных компьютеров. И по результатам знакомства с ними становится понятно, что покупателям, желающим перейти на пользование твердотельными накопителями с прогрессивным интерфейсом, никакие серьёзные муки выбора пока не грозят. В большинстве случаев выбор будет однозначным, настолько сильно отличаются по своим потребительским качествам протестированные модели.
В целом, наиболее привлекательной моделью PCIe SSD оказался Samsung SM951 . Это – блестящее решение от одного из лидеров рынка, работающее через шину PCI Express 3.0 x4, которое не только оказалось способно обеспечить наивысшую производительность в типичных общеупотребительных нагрузках, но и к тому же заметно дешевле всех остальных PCIe-накопителей.
Однако Samsung SM951 всё же не идеален. Во-первых, в нём нет никаких специальных технологий, ориентированных на повышение надёжности, а в продуктах премиального уровня их всё-таки хотелось бы иметь. Во-вторых, этот SSD достаточно тяжело найти в продаже в России – по официальным каналам он в нашу страну не поставляется. К счастью, мы можем предложить обратить внимание и на неплохую альтернативу – Intel SSD 750 . Этот SSD тоже работает через PCI Express 3.0 x4, и всего лишь немного отстаёт от Samsung SM951. Зато он является прямым родственником серверных моделей, а потому имеет высокую надёжность и работает по протоколу NVMe, что позволяет ему демонстрировать непревзойдённую скорость на операциях случайной записи.
В принципе, на фоне Samsung SM951 и Intel SSD 750 остальные SSD с интерфейсом PCIe смотрятся достаточно слабо. Однако всё-таки существуют ситуации, когда предпочесть им придётся какую-то другую модель PCIe SSD. Дело в том, что передовые накопители Samsung и Intel совместимы лишь с современными материнскими платами, построенными на интеловских чипсетах девяностой или сотой серии. В более же старых системах они способны работать лишь в роли «второго диска», а загрузка с них операционной системы окажется невозможной. Поэтому для модернизации платформ прошлых поколений ни Samsung SM951, ни Intel SSD 750 не подойдут, и выбор придётся остановить на накопителе Kingston HyperX Predator , который с одной стороны может обеспечить неплохую производительность, а с другой – гарантированно не имеет никаких проблем совместимости со старыми платформами.
Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельнуrю шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант AGP. Несмотря на похожие наименования, шины PCI и PCI Express имеют мало общего. Протокол параллельной передачи данных, используемый в PCI, накладывает ограничения на ширину полосы пропускания и частоту работы шины; последовательная передача данных, примененная в PCI Express, обеспечивает возможность масштабирования (в спецификациях описываются реализации PCI Express 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x). На данный момент актуальной является версия шины с индексом 3.0
PCI-E 3.0
В ноябре 2010 года организация PCI-SIG, которая занимается стандартизацией технологии PCI Express, объявила о принятии спецификации PCIe Base 3.0.
Ключевым отличием от предыдущих двух версий PCIe можно считать измененную схему кодирования - теперь вместо 8 бит полезной информации из 10 бит переданной (8b/10b), по шине можно передать 128 бит полезной информации из 130 бит отправленной, т.е. коэффициент полезной нагрузки практически приблизился к 100%. Кроме того, увеличилась скорость передачи данных до 8 GT/s. Напомним, что это значение для PCIe 1.x составляло 2.5 GT/s, а для PCIe 2.x - 5 GT/s.
Все вышеперечисленные изменения привели к удвоению пропускной способности шины, по сравнению с шиной PCI-E 2.x. Это значит, что общая пропускная способность шины PCIe 3.0 в конфигурации 16x будет достигать 32 Гб/с. Первыми процессорами, которые были оснащены контроллером PCIe 3.0, стали процессоры Intel, созданные на основе микроархитектуры Ivy Bridge.
Несмотря на увеличившуюся более чем в три раза пропускную способность PCI-E 3.0 по сравнению с PCI-E 1.1, производительность одних и тех же видеокарт при использовании разных интерфейсов отличается не сильно. В таблице ниже представлены результаты тестов GeForce GTX 980 в разных тестах. Измерения проводились при одних графических настройках, в одной конфигурации Версия шины PCI-E изменялась в настройках BIOS.
PCI Express 3.0 по-прежнему сохраняет обратную совместимость с предыдущими версиями PCIe.
PCI-E 2.0
В 2007 году была принята новая спецификация шины PCI Express - 2.0, главное отличие которой заключается в удвоенной пропускной способности каждой линии передачи в каждом направлении, т.е. в случае с самой популярной версии PCI-E 16x, применяемой в видеокартах, пропускная способность составляет 8Гб/cек в каждом направлении. Первым чипсетом с поддержкой PCI-E 2.0 стал Intel X38.
PCI-E 2.0 полностью обратно совместим с PCI-E 1.0, т.е. все существующие устройства с интерфейсом PCI-E 1.0 могут работать в слотах PCI-E 2.0 и наоборот.
PCI-E 1.1
Первая версия интерфейса PCI Express, появившаяся в 2002 году. Обеспечивала пропускную способность 500 МБ/с на одну линию.
Сравнение скорости работы различных поколений PCI-E
Шина PCI работает на частоте 33 или 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 133 или 266 Мб/сек, но эта пропускная способность делится между всеми устройствами PCI. Частота, на которой работает шина PCI Express 1.1 - 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбит/сек = 250 Мб/сек (из-за избыточного кодирования для передачи 8 бит данных реально передается 10 бит информации) для каждого устройства PCI Express 1.1 x1 в одном направлении. При наличии нескольких линий для вычисления пропускной способности величину 250 Мб/сек надо умножить на число линий и на 2, т.к. PCI Express является двунаправленной шиной.
| Число линий PCI Express 1.1 | Пропускная способность в одном направлении | Суммарная пропускная способность |
| 1 | 250 МБ/сек | 500 МБ/сек |
| 2 | 500 Мб/сек | 1 ГБ/сек |
| 4 | 1 ГБ/сек | 2 ГБ/сек |
| 8 | 2 ГБ/сек | 4 ГБ/сек |
| 16 | 4 ГБ/сек | 8 ГБ/сек |
| 32 | 8 ГБ/сек | 16 ГБ/сек |
Обратите внимание! Не следует пытаться установить плату PCI Express в слот PCI, и, наоборот, платы PCI не устанавливаются в слоты PCI Express. Тем не менее, плата PCI Express 1x, например, может быть установлена и, скорее всего, будет нормально функционировать в слоте PCI Express 8x или 16x, но не наоборот: плата PCI Express 16x в слот PCI Express 1x не влезет.
Физический уровень интерфейса допускает как электрическую, так и оптическую реализацию. Базовое соединение электрического интерфейса (1x) состоит из двух дифференциальных низковольтных сигнальных пар — передающей (сигналы PETp0, PETn0) и принимающей (PERp0, PERn0). В интерфейсе применена развязка передатчиков и приемников по постоянному току, что обеспечивает совместимость компонентов независимо от технологии изготовления компонентов и снимает некоторые проблемы передачи сигналов. Для передачи используется самосинхронизирующееся кодирование, что позволяет достигать высоких скоростей передачи. Базовая скорость — 2,5 Гбит/с «сырых» данных (после кодирования 8B/10B) в каждую сторону, в перспективе планируются и более высокие скорости. Для масштабирования пропускной способности возможно агрегирование сигнальных линий (lanes, сигнальных пар в электрическом интерфейсе), по одинаковому числу в обоих направлениях. Спецификация рассматривает варианты соединений из 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 линий (обозначаются как x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32); передаваемые данные между ними распределяются побайтно. В каждой из линий самосинхронизация выплняется независимо, так что явление переноса (бич параллельных интерфейсов) отсутствует. Таким образом достижима скорость до 32×2,5 = 80 Гбит/с, что примерно соответствует пиковой скорости 8 Гбайт/с. Во время аппаратной инициализации в каждом соединении согласуется число линий и скорость передачи; согласование выполняется на низком уровне без какого-либо программного участия. Согласованные параметры соединения действуют на все время последующей работы.
Обеспечение «горячего» подключение на физическом уровне PCI Express не требует каких-либо дополнительных аппаратных затрат, поскольку двухточечное соединение не затрагивает «лишних» участников. Безопасная коммутация сигналов не требуется, возможности подключаемого устройства никак не влияют на режимы работы остальных устройств.
Малое число сигнальных контактов интерфейса дает большую свободу в выборе конструктивных реализаций PCI Express :
- соединение компонентов в пределах платы;
- слоты и карты расширения в конструктивах PC/AT и ATX;
- внутренние и внешние карты расширения мобильных ПК;
- малогабаритные модули ввода/вывода для серверов и коммуникационной аппаратуры;
- модули для промышленных компьютеров;
- разъемное подключение «дочерних» карт (mezannine interface);
- кабельные соединения блоков.
Для карт расширения в конструктивах PC/AT и ATX предусматриваются разные модификации разъема-слота PCI Express, отличающиеся числом пар сигнальных линий (x1, x4, x8, x16) и, соответственно, размером (см. рисунок ниже). При этом в слоты большего размера можно устанавливать карты с разъемом того же размера или меньшего (это называется Up-plugging). Однако противоположный вариант (Downplugging) — большую карту в меньший слот — механически невозможен (в PCI/PCI-X это возможно). Как было показано выше, самый маленький вариант PCI Express обеспечивает пропускную способность на уровне стандартной шины PCI.
Назначение контактов слотов PCI Express приведено в таблице ниже.
Набор сигналов интерфейса PCI Express невелик:
- PETp0, PETn0… PETp15, PETn15 — выходы передатчиков сигнальных пар 0…15;
- PERp0, PERn0… PERp15, PERn15 — входы приемников;
- REFCLK+ и REFCLK — сигналы опорной частоты 100 МГц;
- PERST# — сигнал сброса карты;
- WAKE# — сигнал «пробуждения» (от карты);
- PRSNT1#, PRSNT2# — сигналы обнаружения подключения-отключения карты для системы горячего подключения. На карте эти цепи соединяются между собой, причем для PRSNT2# выбирается контакт с самым большим номером. Это позволяет точнее отслеживать моменты подключения-отключения (в случае наклона карты). Для определения числа линий подключенной карты данные линии не используются — разрядность линий определяется автоматически при установлении соединения (в процедуре тренировки).
Дополнительно на слоте имеются необязательные сигналы шины SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA) и интерфейса JTAG (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).
Питание на карты подается по следующим шинам:
- +3,3V — основное питание +3 В при токе до 9 А;
- +12V — основное питание +12 В при токе до 0,5/2,1/4,4А для слотов x1/x4, x8/x16 соответственно;
- +3,3Vaux — дополнительное питание, ток до 375 мА в системах, способных к пробуждению по сигналу от карты и до 20 мА в непробуждаемых системах.
Таблица. Разъемы PCI Express
| № | Ряд B | Ряд A |
| 1 | +12V | PRSNT1# |
| 2 | +12V | +12V |
| 3 | Резерв | +12V |
| 4 | GND | GND |
| 5 | SMB_CLK | TCK |
| 6 | SMB_DATA | TDI |
| 7 | GND | TDO |
| 8 | +3.3 V | TMS |
| 9 | TRST# | +3.3 V |
| 10 | +3.3 Vaux | +3.3 V |
| 11 | WAKE# | PERST# |
| КЛЮЧ | ||
| 12 | Резерв | GND |
| 13 | GND | REFCLK+ |
| 14 | PETp0 | REFCLK- |
| 15 | PETn0 | GND |
| 16 | GND | PERp0 |
| 17 | PRSNT2# | PERn0 |
| 18 | GND | GND |
| Конец x1-коннектора | ||
| 19 | PETp1 | Резерв |
| 20 | PETn1 | GND |
| 21 | GND | PERp1 |
| 22 | GND | PERn1 |
| 23 | PETp2 | GND |
| 24 | PETn2 | GND |
| 25 | GND | PERp2 |
| 26 | GND | PERn2 |
| 27 | PETp2 | GND |
| 28 | PETn2 | GND |
| 29 | GND | PERp3 |
| 30 | Резерв | PERn3 |
| 31 | PRSNT2# | GND |
| 32 | GND | Резерв |
| Конец x4-коннектора | ||
| 33 | PETp4 | Резерв |
| 34 | PETn4 | GND |
| 35 | GND | PERp4 |
| 36 | GND | PERn4 |
| 37 | PETp5 | GND |
| 38 | PETn5 | GND |
| 39 | GND | PERp5 |
| 40 | GND | PERn5 |
| 41 | PETp6 | GND |
| 42 | PETn6 | GND |
| 43 | GND | PERp6 |
| 44 | GND | PERn6 |
| 45 | PETp7 | GND |
| 46 | PETn7 | GND |
| 47 | GND | PERp7 |
| 48 | PRSNT2# | PERn7 |
| 49 | GND | GND |
| Конец x8-коннектора | ||
| 50 | PETp8 | Резерв |
| 51 | PETn8 | GND |
| 52 | GND | PERp8 |
| 53 | GND | PERn8 |
| 54 | PETp9 | GND |
| ..... | ..... | ..... |
| 79 | PETn15 | GND |
| 80 | GND | PERp15 |
| 81 | PRSNT2# | PERn15 |
| 82 | GND | GND |
| Конец x16-коннектора | ||
Для мобильных компьютеров PCMCIA ввела конструктив ExpressCard (см. следующий рисунок), для которого на системный разъем выводится два интерфейса: PCI Express (1x) и USB 2.0. Модули ExpressCard компактнее прежних карт PCMCIA (PC Card и CardBus); предлагается две модификации, различающиеся по ширине: ExpressCard/34 (34×75×5 мм) и ExpressCard/54 (54×75×5 мм). Толщина модулей всего 5 мм, но, если требуется, то более длинные модули могут иметь утолщения в части, выходящие за габариты корпуса компьютера (за пределами 75 мм от края разъема). Как и прежние карты PCIMCIA, карты ExpressCard доступны пользователям и поддерживают «горячее» подключение.
Для внутренних карт расширения блокнотных ПК введен конструктив Mini PCI Express (см. рисунок ниже), формат которого происходит от Mini PCI Type IIIA. Благодаря уменьшению числа контактов ширина карты уменьшена до 30 мм, так что на месте одной карты Mini PCI можно разместить пару карт Mini PCI Express. На разъем карты (см. таблицу ниже) кроме PCI Express выведены интерфейсы последовательных шин USB 2.0 (USB_D+ и USB_D-) и SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA), питание +3,3 В (750 мА основное и 250 мА дополнительное) и +1,5 В (375 мА). Собственно интерфейс PCI Express (x1) занимает всего 6 контактов (выходы передатчика PETp0 и PETn0, входы приемника PERp0 и PERn0, а также сигналы опорной частоты 100 МГц REFCLK+ и REFCLK-. Сигнал PERST# — сброс карты, сигнал WAKE# — «пробуждение» (от карты). Сигналы LED_Wxxx# служат для управления светодиодными индикаторами состояния.
Таблица. Разъемы Mini PCI Express
| № | Цепь | № | Цепь |
| 1 | WAKE# | 2 | 3.3 V |
| 3 | Резерв | 4 | GND |
| 5 | Резерв | 6 | 1.5 V |
| 7 | Резерв | 8 | Резерв |
| 9 | GND | 10 | Резерв |
| 11 | REFCLK+ | 12 | Резерв |
| 13 | REFCLK- | 14 | Резерв |
| 15 | GND | 16 | Резерв |
| Ключ | |||
| 17 | Резерв | 18 | GND |
| 19 | Резерв | 20 | Резерв |
| 21 | GND | 22 | PERST# |
| 23 | PERn0 | 24 | +3.3 V |
| 25 | PERp0 | 26 | GND |
| 27 | GND | 28 | +1.5 V |
| 29 | GND | 30 | SMB_CLK |
| 31 | PETn0 | 32 | SMB_DATA |
| 33 | PETp0 | 34 | GND |
| 35 | GND | 36 | USB_D- |
| 37 | Резерв | 38 | USB_D+ |
| 39 | Резерв | 40 | GND |
| 41 | Резерв | 42 | LED_WWAN# |
| 43 | Резерв | 44 | LED_WLAN# |
| 45 | Резерв | 46 | LED_WPAN# |
| 47 | Резерв | 48 | +1.5 V |
| 49 | Резерв | 50 | GND |
| 51 | Резерв | 52 | +3.3 V |
С интерфейсом PCI Express удобно компонуются модули ввода/вывода и сетевых интерфейсов для серверов и коммуникационных устройств стоечного исполнения. Такие модули могут быть достаточно компактными (высота 2U не вызывает проблем размещения разъема), при этом производительности интерфейса достаточно даже для таких критичных модулей, как Fibre Channel, Gigabit Ethernet (GbE), 10GbE.
Интерфейс PCI Express принимается и для промышленных компьютеров, для чего имеются спецификации PICMG 3.4 (малогабаритные конструктивы для x1, x2 и x4), а также конструктивы в формате Compact PCI.
Интерфейс PCI Express существует и в кабельном исполнении для кабельных соединений блоков, находящихся на небольшом удалении друг от друга. Так, например, по PCI Express можно подключать док-станции к блокнотным ПК. Возможность вывода интерфейса системного уровня за пределы корпуса компьютера из предшественников PCI Express поддерживала только шина ISA, и то только при низких скоростях обмена (на частотах до 5 МГц). Из новых последовательных интерфейсов системного уровня эта возможность имеется и в InfiniBand. Наличие кабельного варианта высокопроизводительного интерфейса системного уровня может позволить отойти от традиционной компоновки компьютера, при которой в системном блоке концентрируются все компоненты, требующие интенсивного обмена с ядром компьютера.
Введение
Закон Мура гласит, что количество транзисторов на кристалле кремния, который выгодно производить, удваивается каждые пару лет. Но не нужно думать, что скорость процессора тоже удваивается каждые пару лет. Подобное заблуждение встречается у многих, и пользователи часто ожидают масштабирования производительности ПК по экспоненте.
Впрочем, как вы наверняка заметили, топовые процессоры на рынке застряли на уровне между 3 и 4 ГГц уже лет шесть. И компьютерной индустрии пришлось искать новые способы увеличения производительности вычислений. Наиболее важный из этих способов заключается в поддержании баланса между компонентами платформы, которые используют шину PCI Express – открытый стандарт, который позволяет скоростным видеокартам, картам расширения и другим комплектующим обмениваться информацией. И интерфейс PCI Express не менее важен для масштабирования производительности, чем многоядерные процессоры. Если двуядерные, четырёхъядерные и шестиядерные процессоры можно нагрузить только с помощью приложений, оптимизированных под многопоточность, любая программа, установленная на вашем компьютере, так или иначе взаимодействует с компонентами, подключёнными через PCI Express.
Многие журналисты и специалисты ожидали, что материнские платы и чипсеты с поддержкой интерфейса PCI Express 3.0 следующего поколения появятся в первом квартале 2010. К сожалению, проблемы с обратной совместимостью отсрочили выход PCI Express 3.0, и сегодня прошло уже полгода, но мы до сих пор ждём официальной информации по поводу публикации нового стандарта.
Впрочем, мы пообщались с группой PCI-SIG (Special Interest Group, которая отвечает за стандарты PCI и PCI Express), что позволило нам получить некоторые ответы.
PCI Express 3.0: планы
Эл Янс (Al Yanes), президент и председатель PCI-SIG, и Рамин Нешати (Ramin Neshati), председатель PCI-SIG Serial Communications Workgroup, поделились текущими планами по поводу внедрения PCI Express 3.0.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
23 июня 2010 вышла версия 0.71 спецификации PCI Express 3.0. Янс утверждал, что версия 0.71 должна устранить все проблемы с обратной совместимостью, которые привели к первоначальной задержке. Нешати отметил, что основная проблема с совместимостью заключалась в функции "DC wandering", которую он объяснил так, что устройства PCI Express 2.0 и более ранние "не давали нужных нуликов и единичек", чтобы соответствовать интерфейсу PCI Express 3.0.
Сегодня, когда проблемы с обратной совместимостью решены, PCI-SIG готова представить базовую версию 0.9 "позднее этим летом". И за этой базовой версией ожидается уже версия 1.0 в четвёртом квартале этого года.
Конечно, самый интригующий вопрос заключается в том, когда материнские платы PCI Express 3.0 появятся на прилавках магазинов. Нешати отметил, что он ожидает появления первых продуктов в первом квартале 2011 года (треугольник "FYI" на картинке с планом).
Нешати добавил, что между версиями 0.9 и 1.0 не должно произойти изменений на уровне кристалла кремния (то есть все изменения будут затрагивать только программное обеспечение и прошивку), так что некоторые продукты должны выйти на рынок ещё до появления финальной спецификации 1.0. И продукты уже могут сертифицироваться для списка PCI-SIG "Integrator’s List" (треугольник "IL"), который является вариантом логотипа соответствия PCI-SIG.
Нешати в шутку назвал третий квартал 2011 как дату "Fry’s and Buy" (вероятно, ссылаясь на сайты Frys.com, Buy.com или Best Buy). То есть в этот период мы должны ожидать появление большого количества продуктов с поддержкой PCI Express 3.0 в розничных магазинах и в интернет-магазинах.
PCI Express 3.0: разработан для скорости
Для конечных пользователей основное отличие между PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0 будет заключаться в значительном увеличении максимальной пропускной способности. У PCI Express 2.0 сигнальная скорость передачи составляет 5 GT/s, то есть пропускная способность равняется 500 Мбайт/с для каждой линии. Таким образом, основной графический слот PCI Express 2.0, который обычно использует 16 линий, обеспечивает двунаправленную пропускную способность до 8 Гбайт/с.
У PCI Express 3.0 мы получим удвоение этих показателей. PCI Express 3.0 использует сигнальную скорость 8 GT/s, что даёт пропускную способность 1 Гбайт/с на линию. Таким образом, основной слот для видеокарты получит пропускную способность до 16 Гбайт/с.
На первый взгляд увеличение сигнальной скорости с 5 GT/s до 8 GT/s не кажется удвоением. Однако стандарт PCI Express 2.0 использует схему кодирования 8b/10b, где 8 бит данных передаются в виде 10-битных символов для алгоритма устранения ошибок. В итоге мы получаем 20% избыточность, то есть снижение полезной пропускной способности.
PCI Express 3.0 переходит на намного более эффективную схему кодирования 128b/130b, устраняя 20% избыточность. Поэтому 8 GT/s – это уже не "теоретическая" скорость; это фактическая скорость, сравнимая по производительности с сигнальной скоростью 10 GT/s, если бы использовался принцип кодирования 8b/10b.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Мы поинтересовались у Янса насчёт устройств, которые потребуют повышение в скорости. Он ответил, что они будут включать "коммутаторы PLX, контроллеры Ethernet 40 Гбит/с, InfiniBand, твёрдотельные устройства, которые становятся всё популярнее, и, конечно, видеокарты". Он добавил "Мы не исчерпали инновации, они появляются не статически, это непрерывный поток", они открывают путь для дальнейших улучшений в будущих версиях интерфейса PCI Express.
Анализ: где мы будем использовать PCI Express 3.0?
Накопители
AMD уже интегрировала поддержку SATA 6 Гбит/с в свою 8-ю линейку чипсетов, да и производители материнских плат добавляют контроллеры USB 3.0. Intel в этой области немного отстаёт, поскольку не поддерживает в чипсетах USB 3.0 или SATA 6 Гбит/с (у нас в лаборатории уже появились предварительные образцы материнских плат на P67, и у них присутствует поддержка SATA 6 Гбит/с, но USB 3.0 в этом поколении мы не получим). Впрочем, как мы уже неоднократно видели в противостоянии AMD и Intel, инновации AMD часто вдохновляют Intel. Учитывая скорости интерфейса накопителей следующего поколения и периферии, пока нет необходимости переносить любую из технологий на PCI Express 3.0. И для USB 3.0 (5 Гбит/с), и для SATA 6 Гбит/с (пока ещё не появилось накопителей, которые бы подошли к пределам этого интерфейса) будет достаточно одной линии PCI Express второго поколения.
Конечно, когда дело касается накопителей, то взаимодействие между приводами и контроллерами – это только часть вопроса. Представьте себе массив из нескольких SSD с интерфейсом SATA 6 Гбит/с у чипсета, когда массив RAID 0 потенциально может нагрузить одну линию PCI Express второго поколения, которую большинство производителей материнских плат используют для подключения контроллера. Так что определиться с тем, могут ли интерфейсы USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с действительно требовать поддержки PCI Express 3.0, можно после несложных подсчётов.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Как мы уже упоминали, интерфейс USB 3.0 даёт максимальную скорость 5 Гбит/с. Но и как стандарт PCI Express 2.1, USB 3.0 использует кодирование 8b/10b, то есть фактическая пиковая скорость составляет 4 Гбит/с. Поделите биты на восемь, чтобы преобразовать в байты, и вы получите пиковую пропускную способность 500 Мбайт/с – как раз такую же, что и у одной линии нынешнего стандарта PCI Express 2.1. SATA 6 Гбит/с работает со скоростью 6 Гбит/с, но здесь тоже используется схема кодирования 8b/10b, в результате которой теоретические 6 Гбит/с превращаются в фактические 4,8 Гбит/с. Опять же, преобразуйте это значение в байты, и вы получите 600 Мбайт/с или на 20% больше, чем может обеспечить линия PCI Express 2.0.
Впрочем, проблема кроется в том, что даже самые быстрые SSD сегодня не могут полностью загрузить подключение SATA 3 Гбит/с. Периферия и близко не подходит к нагрузке интерфейса USB 3.0, то же самое можно сказать и про последнее поколение SATA 6 Гбит/с. По крайней мере, сегодня интерфейс PCI Express 3.0 не является необходимым для активного его продвижения на рынке платформ. Но будем надеяться, что по мере перехода Intel на производство флэш-памяти NAND третьего поколения, тактовые частоты будут возрастать, и мы получим устройства, способные превысить уровень 3 Гбит/с у портов SATA второго поколения.
Видеокарты
Мы проводили собственные исследования влияния пропускной способности PCI Express на производительность видеокарт – после выхода на рынок PCI Express 2.0 , в начале 2010 года , а также и совсем недавно . Как мы обнаружили, очень сложно нагрузить пропускную способность x16, которая на данный момент доступна у материнских плат PCI Express 2.1. Вам потребуется конфигурация на нескольких GPU или экстремальная high-end видеокарта на одном GPU, чтобы вы смогли обнаружить разницу между подключениями x8 и x16.
Мы попросили AMD и Nvidia прокомментировать потребность в PCI Express 3.0 - потребуется ли эта скоростная шина для раскрытия всего потенциала производительности видеокарт следующего поколения? Представитель AMD сообщил нам, что пока не может давать комментарии.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Представитель Nvidia оказался более сговорчивым: "Nvidia играла одну из ключевых ролей в индустрии при разработке PCI Express 3.0, который должен в два раза увеличить пропускную работу стандарта текущего поколения (2.0). Когда происходят подобные существенные увеличения пропускной способности, то появляются приложения, которые могут их использовать. От нового стандарта выиграют потребители и профессионалы, благодаря увеличенной производительности графики и вычислений в ноутбуках, настольных ПК, рабочих станциях и серверах, где есть GPU".
Возможно, ключевой можно назвать фразу "появятся приложения, которые могут их использовать". Похоже, в мире графики ничего не уменьшается. Дисплеи становятся больше, высокое разрешение выходит на смену стандартному разрешению, текстуры в играх становятся всё более детализованными и интригующими. Сегодня мы не считаем, что даже у новейших топовых видеокарт есть потребность в использовании интерфейса PCI Express 3.0 с 16 линиями. Но энтузиасты из года в год наблюдают повторение истории: прогресс технологии прокладывает путь для новых способов задействовать "более толстые трубы". Возможно, мы получим взрывной рост приложений, которые сделают вычисления на GPU более массовыми. Или, возможно, падение производительности, которое наблюдается при выходе за пределы памяти видеокарты, когда начинается подкачка из системной памяти, будет уже не таким ощутимым у массовых и low-end продуктов. В любом случае, нам предстоит увидеть инновации, которые PCI Express 3.0 позволит реализовать AMD и Nvidia.
Подключения компонентов материнской платы
AMD и Intel всегда очень неохотно делятся информацией по поводу интерфейсов, которые они используют для связи компонентов чипсета или логических "кирпичиков" в северном/южном мостах. Мы знаем скорость, с которой работают эти интерфейсы, а также и то, что они разрабатываются так, чтобы, по возможности, не создавать "узких мест". Иногда мы знаем, кто произвёл определённую часть системной логики, например, AMD использовала в SB600 контроллер SATA на основе разработки Silicon Logic. Но технологии, используемые для наведения мостиков между компонентами, часто остаются "белыми пятнами". PCI Express 3.0, конечно, кажется весьма привлекательным решением, наподобие интерфейса A-Link, который использует AMD.
Недавнее появление контроллеров USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с на большом количестве материнских плат тоже позволяет оценить ситуацию. Поскольку чипсет Intel X58 не предоставляет "родную" поддержку ни одной из двух технологий, компаниям, таким как Gigabyte, приходится интегрировать на материнские платы контроллеры, используя для их подключения доступные линии.
У материнской платы Gigabyte EX58-UD5 нет поддержки ни USB 3.0, ни SATA 6 Гбит/с. Однако у неё есть слот x4 PCI Express.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Gigabyte заменила материнскую плату EX58-UD5 новой моделью X58A-UD5, которая имеет поддержку двух портов USB 3.0 и двух портов SATA 6 Гбит/с. Где Gigabyte нашла пропускную способность, чтобы поддержать две этих технологии? Компания взяла под одной линии PCI Express 2.0 для каждого контроллера, урезав возможности по установке карт расширения, но вместе с тем обогатив функциональность материнской платы.
Помимо добавления USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с, единственное заметное отличие между двумя материнскими платами касается удаления слота x4.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Позволит ли интерфейс PCI Express 3.0, как стандарты до него, добавлять на материнские платы будущие технологии и контроллеры, которые не будут присутствовать в текущих поколениях чипсетов в интегрированном виде? Как нам кажется, так и будет.
CUDA и параллельные вычисления
Мы вступаем в эпоху настольных суперкомпьютеров. В наших системах работают графические процессоры с интенсивной параллельной обработкой данных, а также блоки питания и материнские платы, способные поддерживать одновременную работу до четырёх видеокарт. Технология Nvidia CUDA позволяет преобразовать видеокарту в инструмент для программистов по расчётам не только в играх, но и в научных сферах, и в инженерных приложениях. Интерфейс программирования уже прекрасно зарекомендовал себя при разработке разнообразных решений для корпоративного сектора , включая обработку изображений в медицине, математику, работы по разведыванию месторождений нефти и газа.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Мы поинтересовались мнением программиста OpenGL Терри Велша (Terry Welsh) из компании Really Slick Screensavers насчёт PCI Express 3.0 и вычислений на GPU. Терри сообщил нам, что "PCI Express получил хороший рывок, и мне нравится, что разработчики удваивают пропускную способность когда захотят - как с версией 3.0. Однако в проектах, над которыми мне приходится работать, я не ожидаю увидеть какую-либо разницу. Большая часть моей работы связана с авиасимуляторами, но они, как правило, упираются в память и производительность ввода/вывода жёсткого диска; графическая шина не является "узким местом" вообще. Но я могу с лёгкостью предвидеть, что шина PCI Express 3.0 обусловит существенное продвижение вперёд для сферы вычислений на GPU; для людей, которые выполняют научную работу с большими массивами данных".
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Возможность удвоить скорость передачи данных при работе с нагрузками, интенсивно использующими математику, безусловно, мотивирует разработки CUDA и Fusion. И в этом заключается одна из самых обещающих сфер для грядущего интерфейса PCI Express 3.0.
Любой геймер с чипсетом Intel P55 может рассказать о преимуществах и недостатках Intel P55 по сравнению с чипсетом Intel X58. Преимущество: большинство материнских плат на чипсете P55 стоят более разумно, чем модели на Intel X58 (в целом, конечно). Недостаток: у P55 минимальные возможности по подключению PCI Express, основная задача возложена на процессоры Intel Clarkdale и Lynnfield, которые обладают 16 линиями PCIe второго поколения в самом CPU. Между тем, X58 может похвастаться 36 линиями PCI Express 2.0.
Для покупателей P55, которые желают использовать две видеокарты, их придётся подключать через x8 линий каждую. Если вы захотите добавить к платформе Intel P55 третью видеокарту, то придётся использовать линии чипсета - но они, к сожалению, ограничены скоростью первого поколения, да и чипсет может выделить, максимум, четыре линии для слота расширения.
Когда мы поинтересовались у Эла Янса из PCI-SIG тем, сколько линий можно ожидать в чипсетах с поддержкой PCI Express 3.0 от AMD и Intel, то он ответил, что это "частная информация", которую он "не может раскрыть". Конечно, мы не ожидали получить ответ, но вопрос всё равно задать стоило. Впрочем, вряд ли AMD и Intel, которые входят в состав PCI-SIG Board of Directors, стали бы инвестировать время и деньги в PCI Express 3.0, если бы они планировали использовать новый стандарт PCI Express просто как средство снижения числа линий. Как нам кажется, в будущем чипсеты AMD и Intel будут по-прежнему сегментироваться так, как мы наблюдаем сегодня, у high-end платформ будет достаточно возможностей для подключения пары видеокарт с полным интерфейсом x16, а у чипсетов для массового рынка число линий будет урезано.
Представьте себе чипсет, подобный Intel P55, но с 16 доступными линиями PCI Express 3.0. Поскольку эти 16 линий работают в два раза быстрее PCI Express 2.0, то мы получим эквивалент 32 линиям старого стандарта. В такой ситуации от Intel будет зависеть, пожелает ли она сделать чипсет совместимым с конфигурациями 3-way и 4-way GPU. К сожалению, как мы уже знаем, чипсеты следующего поколения Intel P67 и X68 будут ограничены поддержкой PCIe 2.0 (а процессоры Sandy Bridge будут точно так же ограничены поддержкой 16 линий на кристалле).
Помимо параллельных вычислений CUDA/Fusion, мы также видим рост возможностей систем для массового рынка благодаря повышению скорости связи компонентов PCI Express 3.0 - здесь, как нам кажется, тоже скрыт немалый потенциал. Вне всякого сомнения, PCI Express 3.0 улучшит возможности недорогих материнских плат, которые в предыдущем поколении были доступны только high-end платформам. А high-end платформы, получившие в своё распоряжение PCI Express 3.0, позволят нам поставить новые рекорды по производительности благодаря инновациям в графике, подсистеме хранения данных и сетевых технологиях, которые смогут использовать доступную пропускную способность шины.
В настоящее время в сфере сложной электроники наблюдается активное и быстрое внедрение новых технологий, в результате чего некоторые компоненты системы могут устаревать и не подлежать обновлению и т. п.
В связи с этим приходится подключать к ним различные дополнения и , для чего нередко требуются те или иные переходники.
В данной статье мы рассмотрим переходник pci-e pci, то как он работает и какие особенности имеет.
Определение
Что же это за устройство и для чего оно нужно? Строго говоря, это шина ввода и вывода, которая подключается к персонального компьютера.
К самой этой шине, то есть к переходнику, можно подключить некоторое (различающееся в зависимости от конфигурации) количество внешних периферийных устройств.
С помощью последовательного соединения эти периферийные устройства подключаются к компьютеру.
Основной характеристикой такого устройства является его пропускная способность.
Именно она характеризует (в общем случае) качество работы, скорость ее и быстродействие компьютера и подключенных таким образом элементов.
Характеристика пропускной способности выражается в количестве линий соединения (от 1 до 32).
В зависимости от этой основной характеристики может значительно меняться и цена данного устройства. То есть, чем эта характеристика лучше (показатель выше), тем выше и стоимость такого устройства. Кроме того, многое зависит от статуса производителя, надежности оборудования и его долговечности. В среднем цена начинается от 250-500 рублей (за азиатские изделия с низкой пропускной способностью), до 2000 рублей (за европейские и японские устройства с высокой пропускной способностью).
Технические характеристики
С технической точки зрения такое устройство имеет три составные части:
Выше было написано об исключительной важности пропускной способности устройства для его нормального функционирования.
Что же такое пропускная способность? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо понимать принцип действия такого переходника.
Он способен осуществлять одновременное двунаправленное (от карты к периферии и от периферии к карте) соединение оборудования.
При этом передача данных может происходить как по одной, так и по нескольким линиям.
Чем больше таких линий, тем стабильнее работает устройство, тем выше его пропускная способность и тем более быстродейственным будет периферийное оборудование.
Важно! В зависимости от количества линий устройство может иметь различные конфигурации: х1, х2, х4, х8,х12, х16, х32. Цифра указывает непосредственно на количество полос для двусторонней одновременной передачи информации. Каждая из таких полос состоит из двух пар проводов (для передачи в двух направлениях).
Как видно из описания, эта конфигурация значительно влияет на стоимость устройства.
Но какое прикладное значение она имеет, действительно ли есть смысл тратиться дополнительно при покупке устройства?
Это напрямую зависит от того, сколько вы планируете подключить к материнской плате – чем их больше, тем более высокая пропускная способность необходима устройству для поддержания стабильной работы компьютера.
Шифрование
При такой системе передачи информации используется специфическая система защиты ее от искажений и потерь.
Этот метод защиты получил обозначение 8В/10В.
Смысл в том, что для передачи 8 бит необходимой информации должны быть использованы дополнительные 2 служебных бита для осуществления безопасности и защиты от искажений.
При работе такого адаптера, на компьютер постоянно передается 20% служебной информации, не несущей никакой нагрузки и пользователю не нужной. Но именно она, хотя и нагружает (впрочем, совсем незначительно) , обеспечивает стабильность работы шины и периферийных устройств.
История
В начале 2000-х годов активно использовался слот расширения AGP, именно с его помощью устанавливались .
Но, в какой-то момент была достигнута максимальная технически возможная его производительность и появилась необходимость в создании адаптера нового типа.
И скоро появился PCI-E – это был 2002 год.
Сразу же появилась необходимость в адаптере, который позволял бы устанавливать новые графические решения в устаревший слот расширения или наоборот.
Потому в 2002 году многие разработчики и производители всерьез занялись созданием такого адаптера.
На тот момент устройство имело одно важное качество – возможность модернизировать ПК, потратив на это минимальные суммы, ведь вместо замены материнской платы достаточно было относительно недорогого переходника.
Но разработка не увенчалась успехом, так как на тот момент стоили почти так же, как первые переходники, а потому возникла необходимость в разработке более простой конфигурации адаптера.
Интересно, что производители также последовательно увеличивали пропускную способность таких устройств. Если для первых конфигураций она составляла не более 8 Гб/с, то для второй уже 16 Гб/с, а для третьей – 64 Гб/с. Это отвечало требованиям возрастающих нагрузок, появляющихся из-за модернизации периферийных устройств.
При этом, слоты с разной скоростью передачи совместимы с любыми устройствами менее «скоростного» уровня.
То есть, если подключить к слоту третьего поколения графическую платформу второго или первого поколения, то слот автоматически переключится на иной скоростной режим, соответствующий подключенному устройству.
Отличия PCI и PCI-E
Какие специфические отличия имеются у этих двух конфигураций?
По своим техническим и эксплуатационным характеристикам PCI похож на AGP, тогда как PCI-E – принципиально новая разработка.
Тогда как PCI обеспечивает параллельную передачу информации, PCI-E – последовательную, за счет чего достигается значительно более высокая скорость передачи информации и быстродействие даже с учетом применения адаптера.
Зачем нужен?
Зачем нужен такой адаптер и для чего он может применяться, можно ли обойтись без него?
Нужно понимать, что большинство пользователей обходятся без этого оборудования потому, что оно не является необходимым даже на старых, подверженных существенному износу, компьютерах.
Это дополнительное оборудование, которое в ряде случаев улучшить функционал вашего ПК, но без которого вполне может обойтись рядовой пользователь.
По сути, использование такого переходника дает только одно основное преимущество – возможность подключения к карте памяти некоторого количества периферийных устройств, тогда как напрямую столь много их подключить невозможно. Например, таким способом можно подключить дискретную видео- или в дополнение к основной.
Также достаточно удобной возможностью может быть одновременное быстрое отключение всех периферийных устройств при необходимости.
Например, в случае, когда снижается быстродействие компьютера или по иным причинам. В этом случае пользователю не надо длительное время программно отключать компоненты.
Поиск
Мы можем оповещать вас о новых статьях,