PCI Express на практике. Что нас ожидает?

Индустрия дружно рапортует о полной готовности к использованию PCI Express.

Итак, основные преимущества шин PCI Express - это высокая производительность, упрощение и унификация процедур ввода-вывода, легкость использования (новый форм-фактор, компактность, горячее подключение), комплексная дешевизна (в перспективе не дороже обычной PCI), ориентация на нужды мультимедиа и цифрового дома, а также совершенная архитектура, позволяющая впоследствии легко ускорять и улучшать шину (например, уже идет работа над технологией Advanced Switching).

Индустрия дружно рапортует о полной готовности к использованию PCI Express. Например, во время трехдневного февральского IDF было выпущено более сорока пресс-релизов и проведено немало демонстраций самых разных продуктов для PCI Express: от аппаратных средств отладки и системных плат на чипсетах Intel (см. фото 1) до всяческих контроллеров (графических, сетевых, SCSI, InfiniBand и RapidIO). Наиболее интересными из них являются система редактирования HDTV-видео на ПК с PCI Express от ATI/Pinnacle, мультиканальная PCI Express-видеосистема HDTV от Philips, а также самый компактный в мире гигабитный Ethernet-микроконтроллер Yukon-EC от Marvell (фото 2), который уже взяли на вооружение для своих материнских плат компании ASUSTeK, ECS, Gigabyte и MSI (Intel тоже предлагает аналогичный микроконтроллер). У Nvidia и ATI уже есть свои видеокарты для PCI Express, причем у Nvidia - полная линейка GeForce PCX - от дешевых (PCX 4300) и средних (PCX 5300) до дорогих PCX 5950/5750. Неплохо обстоят дела и с серверными компонентами - там присутствуют всевозможные 1- и 10-гигабитные сетевые решения, контроллеры InfiniBand и RapidIO и SCSI-RAID-контроллеры жестких дисков от Adaptec и LSI для шины PCI Express x8 (см. фото 3, www.terralab.ru/system/29386  и .../32360/page2.html).

Еще больше продуктов для PCI Express было показано во время недавних выставок CeBIT 2004 и Computex. Прежде всего, это многочисленные материнские платы на чипсетах Intel Alderwood и Grantsdale от всех ведущих производителей. Их официальный выход состоится в ближайшие дни. На первых десктопных материнских платах с PCI Express будут установлены один-два (изредка три-четыре) разъема x1 и обязательный разъем x16 для видеокарты (поскольку шина AGP этими чипсетами Intel уже не будет поддерживаться). По-прежнему на плате будет от одного до четырех слотов традиционной PCI для прежней периферии.

Чипсеты для серверов и рабочих станций на базе Intel Xeon с поддержкой PCI Express (Lindenhurst и Tumwater) тоже подготовлены, продемонстрированы (см. www.terralab.ru/system/29386 ) и вот-вот должны быть выпущены на рынок. Как и в настольных системах, шина между северным и южным мостом заменена на PCI Express, чипсет для рабочих станций имеет шину x16 вместо AGP, пара разъемов x4 соседствует с традиционными слотами PCI-X, интегрированные контроллеры частично переведены на прогрессивный стандарт. Более того, на 2005 год намечен выпуск PCI Express-систем для Intel Itanium.

Среди приоритетных направлений применения PCI Express можно выделить шесть основных¹:

- Трехмерные графические контроллеры (видеокарты).
- Гигабитные и более быстрые полнодуплексные сетевые контроллеры (от 100 Мбайт/с в каждом направлении).
- Контроллеры RAID-массивов жестких дисков (ATA, SATA и SCSI). Одно название Ultra320 SCSI говорит само за себя.
- Сверхскоростные специализированные устройства ввода-вывода, критичные к прерываниям потока данных: индустриальные ЦАП и АЦП, контроллеры видеозахвата и видеовывода (например, HDTV), TV-тюнеры.
- Контроллеры быстрых внешних серверных соединений (FibreChannel, InfiniBand, RapidIO).
- Внутренние соединения скоростных компонентов компьютера - южного моста с северным, мостов для других шин, свитчей.

Очевидно, что большинство из этих применений пока критичны лишь для серверных и профессиональных систем и куда менее важны для персональных - для локальной сети пока вполне достаточно Fast Ethernet², RAID в наших краях довольно редкий гость (и в своем домашнем варианте неплохо уживается с шиной PCI или уже содержится в чипсете), а профессиональным видеомонтажом занимаются немногие. Маркетологи, правда, ухватились за четвертый пункт, но скажите, вам часто приходится обрабатывать несжатый видеопоток, тем более - HDTV, требующий помимо профессиональной платы видеозахвата специальной высокопроизводительной дисковой подсистемы, соответствующего объема памяти и процессора? Правда, шина PCI Express в отношении к видео и новому поколению ТВ-тюнеров имеет одно важное преимущество - она может обеспечить непрерывный одновременный двунаправленный поток данных, что важно именно для таких применений.

Отказ от использования AGP и вовсе можно назвать форменным безобразием - переход с AGP 8х на PCI Express x16, безусловно, повысит пропускную способность шины (см. табл. 1), но ведь предыдущее удвоение скорости шины AGP (с 4x до 8x) не принесло сколько-нибудь заметной прибавки (в большинстве тестов разница между "быстрым" и "медленным" решением с легкостью укладывается в 0,5%). Между тем полный отказ от AGP (которую собираются быстро и втихаря "похоронить"³) приведет к тому, что провести дешевый апгрейд на "топовую" конфигурацию скоро станет затруднительно. Поскольку выпускать графические чипы для обеих шин - себе в убыток, то все новые видеокарты, скорее всего, будут исключительно в исполнении PCI Express. Производители, правда, выкручиваются из положения, создавая специальные переходники, позволяющие "легким движением руки" сделать из AGP-видеокарты PCI Express-вариант (подход, хорошо отработанный на SATA-винчестерах) и наоборот - "переносить" новые варианты на старую шину.⁴ Первый подход пока больше свойствен Nvidia с HSI Bridge⁵, горячий сторонник второго - канадская ATI. В любом случае подход явно искусственный и ничего хорошего пользователям не сулящий (возросшие цены, возможные проблемы совместимости, отсутствие всех преимуществ "полноценного" PCI Express). Одно реальное преимущество - видеокарте, видимо, больше не потребуется дополнительный коннектор питания.

1 Подчеркнем, что технология PCI Express не предназначена для связи процессора, системной памяти и кластеров между собой.
2 В крайнем случае - Gigabit Ethernet, стесненного рамками PCI.
3 Если получится, конечно. Вот PS/2 хоронят уже сколько лет...
4 Intel тоже выпустила Serial-to-Parallel PCI Bridge - Host Bus Adapter (HBA) 41210, позволяющий подключать к шине PCI Express x8 или x4 две независимые шины (канала, сегмента) PCI или PCI-X (вплоть до PCI 2.3 и PCI-X 133 МГц v1.0a) и шину SMbus. Арбитр поддерживает до шести Bus-master-устройств (слотов) для каждого параллельного канала и горячее подключение для шины PCI Express с удобной утилитой конфигурирования под Windows. Мост Intel 41210 является чисто аппаратным решением, то есть не требует установки специальных драйверов для работы в режиме совместимости.
5 Впрочем, этот чип универсален - позволяет и AGP > PCI Express осуществлять, и наоборот.