legal note
IC Book © 2001

hardware
software

support
buy

Home page
   




Press
Камни преткновения
 


В процессе развития персональных платформ не раз слу­ча­лось так, что системные требования опережали воз­мож­нос­ти чипсета. Это сти­му­ли­ро­ва­ло производителей платформ использовать узлы, внешние  по отношению к микросхемам системной логики, что иногда преподносило неприятные сюр­при­зы.

Сейчас мало кто вспомнит каскад проблем, преследующих набор логики Intel для процессоров Pentium под названием NX430. Недостатком чипсета было отсутствие в его составе контроллера жестких магнитных дисков.

Хотя этой истории уже почти 20 лет, но поучительным остается желание доминировать на рынке настольных сис­тем наперекор здравому смыс­лу. Вместо того чтобы потратить еще пол-года на интеграцию IDE-контроллера в чип­сет, компания Intel прибегла к услугам малоизвестной в то время лаборатории, закупив у нее для платформы Plato контроллер RZ1000.

Расхлебывали проблемы долго. Их отголоски до сих пор можно найти в базе поддержки Microsoft под номером 151837. Но, как известно, история учит тому, что она ничему не учит :-)

Первые шаги PCI Express

Первые наборы системной логики Intel для Socket 775 с поддержкой шины PCI Express (i915, i925) появились в 2004 году и использовали следующую конфигурацию:

1) В составе северного моста размещается контроллер порта PCI Express x16, имеющий высокую пропускную способность и низкую латентность при доступе к оперативной памяти, так как расположен он на одном кристалле с контроллером памяти. Этот порт ориентирован на подключение видеоадаптера. Несмотря на теоретическую универсальность стандарта PCI Express и хорошую аппаратную совместимость, ряд факторов, среди которых несовершенство BIOS и необходимость соблюдения традиций, связанных с Legacy VGA, приводили к тому, что на большинстве платформ данного типа, в слоте PCI Express x16 никакое другое устройство, кроме видеоадаптера, не работало.

2) В составе южного моста размещаются контроллеры портов PCI Express x1. Обычно используется от 1 до 4 портов. Из-за уменьшенной разрядности их пропускная способность ниже, а задержки при доступе к ОЗУ — больше, так как они расположены "дальше" от контроллера памяти. В отличие от порта x16, находящегося в северном мосте, их трафик загружает DMI-шину связи между мостами. Такие порты ориентированы на устройства, генерирующие небольшой по сравнению с видео акселератором трафик, например, звуковой адаптер или IDE-контроллер. Забегая вперед, отметим, что в современных платформах, например, Intel Socket 1155, северный мост чипсета, включая контроллер памяти и контроллер PCI Express, интегрирован в центральный процессор.

Требования возрастают

В 2004 году NVidia представила технологию SLI, позволяющую использовать более одного видеоадаптера в системе с масштабированием про­из­во­ди­тель­нос­ти.

Несколько позже, ATI представила свою технологию — CrossFire.

Но масштабирование производительности — не единственная причина для установки нескольких видеоадаптеров. Иногда это требуется для подключения заданного количества мониторов.

Вышеописанная конфигурация платформы, ориентированная на один видеоадаптер, требовала модернизации.

Три варианта реализации Multi-GPU

С точки зрения поддержки конфигурации с двумя видеоадаптерами, платформы можно разделить на три вида:

1) Платформы, реализованные на основе архитектуры системной логики, не имеющей каких-либо специальных средств поддержки более одного видео адаптера. Ряд производителей, например ASRock, выпустили платы, в которых для подключения второго видеоадаптера используется один из портов PCI Express, реализованных в южном мосте. Как было показано выше, такая схема работает в режиме x1, обладает низкой пропускной способностью и высокой латентностью. Кроме того, трафик, генерируемый видеоадаптером, загружает шину связи между мостами. Отметим, что подобная схема используется и на некоторых платах, поддерживающих только один видеоадаптер, что позволяет производителю платы возложить поддержку видеоадаптера на южный мост и применить дешевый северный мост без поддержки PCIe-шины.

2) Платформы, у которых северный мост имеет 16 линий PCI Express и поддерживает так называемый режим бифуркации, в котором один порт x16 может использоваться как два порта x8. При этом если разработчик платформы ставит задачу, чтобы переход в режим x8 происходил только при использовании двух видеоадаптеров, а в случае установки одного видео адаптера, когда 8 старших линий порта не заняты вторым адаптером, использовался режим x16, необходима коммутация 8 старших линий порта. В ранних платформах данного типа коммутация выполнялась механически — с помощью дочерней платы, установленной в разъем на материнской плате с разворотом на 180 градусов в зависимости от конфигурации — Dual/Single Video. Затем стали использовать электронные коммутаторы, например Pericom PI2PCIE2412. Примеры таких платформ: Intel P45 для Socket 775.

Системная плата Gigabyte GA-EP45-DS5 Системная плата Gigabyte GA-EP45-DS5

3) Платформы с полноценной поддержкой двух портов PCI Express x16, не требующие переключения на меньшую разрядность при установке двух видеоадаптеров. На каждый PCIe-слот подключена отдельная группа сигналов от северного моста чипсета или процессора, внешние коммутационные элементы не используются (здесь мы не рассматриваем подключение более двух видеоадаптеров). Примеры таких платформ: Intel X48 для Socket 775, Intel X58 для Socket 1366, а также северный мост, интегрированный в процессоры Intel Socket 2011.

Электронные коммутаторы Pericom

Микросхема PI2PCIE2412 содержит систему электронных ключей, позволяющих поразрядно коммутировать 8 сигнальных линий. При низком уровне управляющего сигнала SEL 8 линий группы A соединены с линиями группы B. При высоком уровне SEL линии группы A соединены с линиями группы C. Для обеспечения режима бифуркации 16=8+8 требуется 4 такие микросхемы, так как коммутация 8 разрядов шины PCI Express требует коммутации 4*8=32 физических линий. Напомним, что для каждого разряда, представленного двумя дифференциальными парами, требуется четыре физических линии: RX(i)+ , RX(i)- , TX(i)+ , TX(i)-, соответственно одна такая микросхема может обслуживать 2 разряда PCI Express. Микросхема поддерживает скорость обмена до 5.0 Gbps, что соответствует PCI Express 2.0. Напряжение питания 1.8V.

PI3PCIE2415 отличается напряжением питания (+3.3V) и динамическими характеристиками. Также содержит систему электронных ключей, позволяющих поразрядно коммутировать 8 сигнальных линий, соответственно может обслуживать 2 разряда PCI Express. Поддерживает скорость обмена до 5.0 Gbps. PI2PCIE212 содержит систему электронных ключей, позволяющих поразрядно коммутировать 4 сигнальных линии, соответственно одна такая микросхема может обслуживать 1 разряд PCI Express. Поддерживает скорость обмена до 2.5 Gbps. Напряжение питания 1.8V.

Что в итоге?

Как известно, использование дополнительных схем коммутации приводит к снижению надежности. Это относится к любой электрической цепи, но особенно актуально для шины PCI Express, работающей на скоростях передачи до 8 GT/S (миллиард пересылок в секунду). При проектировании современных платформ каждая пикосекунда на учете, и даже малейшие искажения сигналов, обусловленные неверно выбранной длиной проводников, могут оказаться фатальными. В таком контексте, мультиплексор, включенный по линиям PCIe Rx/Tx, напоминает "слона в посудной лавке". Кроме того, разделение шины на несколько коммутируемых секций существенно затрудняет поиск неисправностей и снижает ремонтопригодность платформы. При оптимизации топологии платформы следует вспомнить и о том, что PCI Express порт в режиме бифуркации использует уменьшенную разрядность. Поэтому, в такой порт не рекомендуется устанавливать устройства, для которых фактором, ограничивающим производительность, является пропускная способность шины.

Таким образом, совет тем, кто собирается приобретать современную платформу: отдавать предпочтение следует решениям, в которых обслуживание PCI Express реализовано исключительно средствами набора системной логики без использования внешней коммутации. Гибкость, получаемая за счет такой коммутации, может обойтись неоправданно дорого.


Впервые опубликовано 8 января 2013 г. на сайте «Компостер 2.0»





about
press


вверх