Проблему с интерфейсами SATA III и USB 3.0 можно решить, подключив их к встроенным или внешним контроллерам PCI Express, но здесь кроется другая проблема – \”узкое место\” PCI Express.
Когда появился стандарт PCI Express 2.0 на существующих чипсетах, то этот стандарт использовался, главным образом, для интерфейсов из 16 линий PCI Express, которые дают видеокартам достаточную пропускную способность. Почти все чипсеты для массового рынка предоставляют 16 линий PCI Express 2.0 для видеокарт.
PCI-E 2.0 обеспечивает пропускную способность 500 Мбайт/с на линию, а PCI-E 1 .х ограничен 250 Мбайт/с.
Вполне очевидно, что одна линия PCI-E 1 .х не может выдержать пиковую пропускную способность 600 Мбайт/с у SATA 6 Гбит/с или 4,8 Гбит/с у USB 3.0. Пропускная способность 500 Мбайт/с у линии PCI-E 2.0 может считаться относительно достаточной. USB 3.0, как и стандарт PCI-E 2.1 использует кодирование 8b/10b. Т.е. 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-E 2.1.
SATA III 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-Е 2.0. Повторюсь, но для SATA III чипсет, и только чипсет!
Хотя желательно, конечно, чтобы это были не два SATA III (до 1200 Мбайт/с в одном направлении суммарно), обеспечиваемые контроллером, подключенным к чипсету одной линией PCI-E со скоростью передачи данных 250+250 Мбайт/с. Здесь, как нетрудно догадаться, сопоставив цифры, не хватит и подключения такого контроллера полноценной линией PCI-E2.0. Количество линий PCI-E в чипсетах Intel 4 и 5 серии, поддерживаемое процессором, сильно ограничено (обычно 20). Производители материнских плат обходят данное ограничение путём установки динамических переключателей. Т.е. делят 16 линий, выделенных на слот первой видеокарты, на 2×8 при установке второй карты.
Обход ограничений
Чипы концентраторы PLX 8613 объединяет несколько линий PCI-E 1.1 для обеспечения PCI-E 2.0. Чипы коммутаторы nForce 200 и PLX 8608 способны динамически распределять пропускную способность доступных линий 16 PCI-E 2.0 между слотами х16 и высокопроизводительными контроллерами. Или чипы switch просто динамически перенаправляют нагрузку на контроллеры, которые сейчас используются, при этом, не давая линии на \”молчащие\” контроллеры.
Т.е. изготовители материнских плат выбирают несколько путей реализации SATA III и USB 3.0 в материнских платах с чипами Intel:
1. Используют существующие линии PCI-E 1.1 для контроллеров USB 3.0 или SATA 6 Гбит/с. Это дает максимальную скорость 250 Мбайт/с. Конечно, такой подход следует избегать, поскольку SATA III будет работать как SATA II. Да и USB 3.0 тоже будет ограничен.
2. Производители могут объединять несколько линий PCI-Е 1.1 для интерфейса PCI-E 2.0. При этом Asus для этих целей первой начала устанавливать чип PLX 8613 на материнских платах с чипсетом Intel Р55 или на дополнительных контроллерах.
PCI-E, благодаря своей организации, вещь достаточно гибкая, так что позволяет сделать многое. В частности, выше уже были упомянуты мосты, удваивающие число линий. Аналогичным образом их количество можно уменьшить вдвое, но с попутным удвоением пропускной способности.
Или применяют PLX РЕХ 8608 вместо PLX РЕХ 8613. Чип PLX 8608 позволяет из четырёх линий PCI-E 1 .х сделать три линии PCI-E 2.0. На которые можно вывести USB 3.0 и SATA III, а также один слот PCI-E 2.0.
Однако оба контроллера (USB 3.0 и SATA III) и слот PCI-E х. 1 могут работать в конкурентном режиме. И если представить себе, что один из этих передатчиков временно неактивен, то оба остальных получат свою честную пропускную способность линии PCI-E 2.0. И более того \”молчащий\” передатчик в это же время может работать приёмником данных. С точки зрения задержек такой вариант не идеален, но он всё равно лучше, чем подключение через одну линию PCI-E 1 .х.
3. Использование варианта, заключающегося в подключении USB 3.0 и SATA III к основным линиям PCI-E. У Intel они соответствуют PCI-E 2.0, поэтому и предоставляют достаточную пропускную способность.
Предлагая владельцу компьютера добровольно пожертвовать скоростью слота PCI-E х16, выбрав соответствующий режим в настройках BIOS. После этого процессор, в который интегрирован контроллер PCI-E 2.0, конфигурируется для поддержки двух слотов для графики (х8+х8), но реально 8 линий PCI-E не выделяются второму слоту, а используются для подключения высокоскоростных контроллеров периферии.
Тут очень кстати оказывается и реализация на платах USB 3.0 – вдвое больше аргументов за \”урезание\” видеокарты. Впрочем, реально ощутить незначительное уменьшение скорости от работы видеокарты в слоте PCI-Е 2.0 х8 смогут лишь владельцы самых топовых ускорителей.
Следует отметить, что в таком случае вы можете перевести в BIOS контроллеры USB Optional з.о и SATA III на display линии PCI-E чип сета и при установке одной видеокарты х16 PCI Express, если вам потребуется максимальная пропускная способность для неё.
4. Для плат Premium класса применяется более изящное решение, позволяя или использовать линии PCI-E от видеокарт. Или ресурсы видеокарт остаются нетронутыми, а для подключения контроллеров используются линии чипсета. Просто предварительно 4 таких линии подводятся к коммутатору PLX РЕХ8613, на двух других портах которого имеем по полноценной линии PCI-E2.0.
В результате существующие 16 линий должны быть разделены между видеокартой и высокоскоростными контроллерами, но когда вы установите две видеокарты, то контроллеры USB 3.0 и SATA III будут подключаться уже через чип PLX с обычными линиями PCI-E 1.1 к южному мосту. Такой вариант популярен в Gigabyte.
5. Наконец, существует ещё один способ предоставления пропускной способности более гибким образом, подключая чипы коммутаторы. Так, в моей материнской плате ASUS P5Q Premium на чипсете Intel Р45 использован чип PLX РЕХ 8518, который используется совместно с южным мостом ICH10R.
Таким образом, ASUS увеличила количество линий, что и дало возможность работы двух черных слотов PCI-E х16 в режиме PCI-E х4. Чип РЕХ 8518 умеет из четырёх входящих линий PCI-E делать х4/х4/х4 или х4/х4/х2/х2.
Сейчас уже добавляют чип nVidia nForce 200, имеет больше возможностей подключения PCI-Е и добавляет более эффективную поддержку SLI к платформе Intel Р55. Чтобы всё работало правильно, требуется коммутатор. На этот раз им снова стал чип PLX 8608.
Т.е. производители плат под Intel к чипсетам пятой серии подключают чип nForce 200 для SLI, который забирает 16 линий PCI-E от процессора и превращает их в 32 линии, что позволяет поддержать конфигурацию 2 х16, или в режиме 4 х8, или конфигурацию в режиме 1 х16 и 2 х8 на платформе, изначально ограниченной одним слотом х16 или двумя х8.
Gigabyte использует в топовых моделях материнок уже два моста nForce 200. Каждый мост nVidia nForce 200 применяет для связи с чипсетом 16 линий PCI-E 2.0, превращая ихв32линииРС1-Е2.0. Это позволяет получить из 32 линий PCI-E 2.0 уже 64. Также не надо зариться на количество слотов PCI-E х16 у Intel. Потому что если эти слоты при работе системы с несколькими видеокартами будут работать в режиме х8, если не использован дополнительно чип nForce 200 или ему подобный.
А если у вас в таком варианте слотов PCI-E х16 три, то нужно учитывать, что они не могут обеспечивается чипсетом, а потому на третий слот выделяется максимум 4 линии, причём доступны они только если на плате не задействованы PCI-E х1.
А как же SLI и CrossFire?
Кстати, предыдущий чип-кхоммутатор nForce 100 SLI, который применялся в серверных компьютерах, динамически разделял пропускную способность одной шины PCI-E х16 2.0 на две. При том полученные 32 линии были PCI-E 1.1 из-за особенностей микросхем nForce 100 SLI.
В AMD всё проще: на линию PCI-E 2.0 \”вешается\” контроллер USB 3.0 или дополнительный SATA III. Кроме nForce 200 существует серия чипов Hydra 200 компании Lucid, которые позволяют создавать конфигурации с несколькими видеокартами без необходимости технологий nVidia SLI или ATI CrossFire, игровых профилей и всего остального.
Технология Lucid перехватывает команды OpenGL и DirectX от CPU к GPU и распределяет их между несколькими видеокартами, а после обработки в них чип возвращает результат вычислений на основной адаптер для вывода на монитор.
Теоретических преимуществ у дополнительного контроллера множество, начиная с возможности балансировать нагрузку в случае установки видеокарт с разной производительностью. Технология Nvidia SLI требует, чтобы все видеокарты были одинаковыми, а это осложняет апгрейд в будущем, если вам не удастся найти соответствующую видеокарту.
AMD немного ослабила требования, позволяя смешивать разные видеокарты одного поколения. Такой шаг всё равно приведёт тому, что более производительная видеокарта будет работать со спецификациями более слабой модели. Lucid же просто рекомендует сочетать карты с максимально близкими профилями производительности, чтобы максимизировать масштабируемость.
Программное обеспечение Lucid Logix создаёт дополнительный программный слой над слоем драйверов nVidia и ATI, распределяя нагрузку на множество небольших задач, и пытается распределить эти задачи Q между видеокартами.
Только вот беда, чтобы работать нормально на вашем компьютере должна быть установлена Windows 7, которая позволяет ставить драйверы ATI Catalyst и nVidia ForceWare параллельно, чтобы они не конфликтовали друг с другом. Если же объединять видеокарты, одинаковой или разной производительности, то вам, как мини-м, понадобится Windows Vista.
Объясняется это просто, если одна из видеокарт не поддерживает DirectX 11, то и вся связка видеокарт не будет его поддерживать, как и не заставить Radeon ускорять эффекты PhysX вместо Nvidia.
В итоге пользователю нет необходимости заботиться о профилях для игр и поддержке режима драйверами. Более того, можно использовать видеокарты разной производительности и даже создавать смешанные конфигурации с чипами NVIDIA и ATI одновременно, будучи уверенным, что графические процессоры будут работать на полную мощность. Таким образом, Lucid обещает избавить от всех недостатков технологий nVidia SU и ATI CrossFire.
Доступно три варианта чипа Hydra 200, которые отличаются количеством линий PCI-E. Младшая модель поддерживает соединение х8 между CPU и контроллером PCI-E и два соединения х8 для GPU. Модель среднего уровня обеспечивает аналогичные соединения на х16 (рис. 1). А топовый вариант предоставляет возможность автоматического конфигурирования в режимах 4 х8 (рис. 2), 1 х16 +2×8 или 2×16.
Кстати, даже сейчас на материнских платах \”шестой\” серии чипсетов Intel можно встретить чипы PLX РЕХ 8608 и PLX РЕХ 8613. Они используются для объединения четырёх линий PCI-E 2.0 х1 в одну той же версии, но уже х4 для подключения видеокарт.
И уже представлены публике чипы PLX работающие с PCI-E 3.0 и, к тому же, способные объединять PCI-E 2.0 для предоставления PCI-E 3.0: РЕХ8712: разделяет 12 линий между 3 портами; РЕХ8716: разделяет 16 линий между 4 портами;
РЕХ8724: разделяет 24 линий между 6 портами;
РЕХ8732: разделяет 32 линий между 12 портами;
РЕХ8747: разделяет 48 линий между 5 портами;
РЕХ8748: разделяет 48 линий между 12 портами;
sus U3S6: дешёвый апгрейд
Ачто делать тем, кого устраивает теперешняя материнская плата в компьютере. Отказываться от новых интерфейсов SATA ill и USB 3.0 или покупать новую материнку? Зачем?! Достаточно купить контроллер Asus U3S6 (рис. 3). Что я и сделал. Обошёлся он мне в 120 грн.
Итак, упакован контроллер Asus U3S6 в весьма броскую коробку, как и все продукты ASUS. Все достоинства отражены прямо на коробке. Сама карта достаточно компактная: два порта USB 3.0 вынесены наружу (рис. 4), а SATA внутри. Никакого дополнительного питания не предусмотрено. На коробке указаны материйки Asus, в которые можно подключать Asus U3S6: Maximus III Formula, P7P55D Deluxe, P7P55D EVO, P7P55D PRO, P7P55D, P7P55D LE, P7P55D LX.
Только не указаны материнки под процессоры AMD, с которыми он также стыкуется. Догадаться о комплектации просто из названия модели контроллера, где через дробь указан U3S6.
Например, M4A77TD PRO/U3S6 или M4A785TD-V EVO/U3S6.
Чипов на контроллере ровно 3:
1. Коммутатор PLX РЕХ8613. Сам чип может объединить четыре линии PCI-E в две по принципу суммирования пропускной способности.
2. Renesas Electronics версии UPD720200 или MPD720200A (USB 3.0). У меня NEC UPD720200. Чип позволяет достичь максимальной скорости передачи данных в 4,8 Гбит/с, что примерно в 10 раз быстрее, чем у современного USB 2.0.
Также, контроллер сохраняет полную обратную совместимость со стандартами USB 2.0 и даже 1.1, хотя порты USB 3.0 сами по себе уже не поддерживают устройства с устаревшими USB 1 .х. Замечу, что имеется урезанная версия контроллера без чипа NEC и называется такое чудо ASUS PCIE GEN2 SATA6G. Как видите, на нем отсутствует несколько конденсаторов и сам чип NEC.
3. Marvell 88SE9123 (SATA III). Хотя может быть и новее. Он поддерживает скорость до 6 Гбит/с. Обеспечивает два порта SATA III. Когда я увидел, что у меня контроллер Marvell 88SE9123, то не сильно расстроился, хоть в Интернете прошла информация, что компании Gigabyte и ASUS отказываются от использования контроллеров Marvell 88SE9123 из-за выявленных аппаратных проблем с ними.
С разных сторон, тогда были, противоречивые сведения о проблемах: не то аппаратных, не то программных, не то недостаточная скорость SATA, не то неработающий порт РАТА.
Marvell 88SE9123 по предлагал один порт РАТА, поэтому рассчитанные на него материнские платы других РАТА-конт-роллеров не имели. В качестве версии озвучивалась также нестабильность работы и нехватка годных чипов.
Позже Marvell сама призналась, что проблемным был как раз параллельный интерфейс РАТА. На материнской плате с этим чипом, РАТА давал уже другой контроллер, т.е. отключали РАТА на Marvell.
Самое интересное в том, что, если верить сайту Marvell, даже в новой ревизии контроллера версии 88SE9123 (последняя цифра маркировки в более ранних образцах была \”4\”) РАТА уже функционирует.
Также отсутствие РАТА не влияет на работу SATA III. На сайте для этого и уже новых чипов есть драйвера (последняя цифра в первом ряду маркировки больше тройки).
Чуть не забыл упомянуть, что контроллер сохраняет полную обратную совместимость с SATA II и SATA I. Контроллер Asus U3S6 рассчитан на PCI-E х4, но также совместим с PCI-E х8 и PCI-E х16.
В платах на Р45 или Р55 при наличии одной видеокарты можно \”отобрать\” восемь полноскоростных линий PCI-E для использования вторым \”длинным\” слотом, куда воткнуть как раз контроллер. Но только один, поскольку слот свободный один, да и идея уменьшить вдвое пропускную способность шины для видеоадаптера нравится далеко не всем пользователям. Вот как раз в этот слот я и установил Asus U3S6.
Обидно только то, что пришлось отдать один из слотов видеокарты (если это материнская плата с процессором Intel, как у меня) для раскрытия полностью потенциала контроллеров SATA III и USB 3.0. Но сомневаюсь, что кто-то из покупателей контроллера отдал бы предпочтение связке видеокарт, вместо замены на одну новую.
Хотя, если воткнуть в другой слот PCI-E х4 от Южного моста ICH10 подключить по одному устройству USB 3.0 и SATA III, то ему будет относительно комфортно, но на меньших скоростях. Так что решать вам :).
Автор текста: Александр Ромшов