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L’architettura PCI Express (Peripheral Component Interface Express) è una nuova tecnologia di trasferimento dati sviluppata dal consorzio di aziende PCI-SIG (PCI – Special Interest Group) in cui aderiscono alcuni dei principali colossi dell’industria informatica come AMD, Dell, HP, IBM, Intel, Microsoft.
Questo nuovo bus sfrutta il sistema di tipo seriale ad altissima velocità e consente anche di ridurre le dimensioni dei componenti hardware e di conseguenza gli stessi computer. Infine, verranno introdotte nuove caratteristiche fino ad oggi limitate ai soli server, come la gestione dei consumi, l’Hot Plug/Hot Swap (l’inserimento di perifieriche a computer accesso), i trasferimenti asincroni e la correzione degli errori di trasferimento.
Un pò di storia
Il primo bus PCI fu sviluppato da Intel nel lontano 1992. Il PCI originario esiste in una serie di differenti versioni, dal PCI 1.0 al recentissimo e definitivo PCI 3.0. La prima versione utilizza un bus di trasferimento dati a 32 bit con una frequenza di 33 MHz. La seconda utilizza invece una frequenza raddoppiata pari a 66 Mhz.
Il PCI-X, introdotto nel 2001, sfrutta una frequenza di 133 Mhz e un bus di trasferimento a 64 bit. Rispetto ad un PCI 2.2 da 66 Mhz, l’incremento di prestazioni è esattamente raddoppiato mentre ripsetto al PCI 1.0 la banda offerta è quasi 10 volte superiore
Come funziona il PCI Express
Sia il PCI originale che il PCI-X utilizzano una tecnologia di trasferimento parallelo. La tecnologia PCI Express invece utilizza una tecnica seriale basata su connessioni dirette chiamate point-to-point. Due dispositivi PCI Express sono collegati da un’unica connessione composta da una o più linee di trasferimento dati. Ogni linea, a sua volta, è costituita da due coppie di collegamenti a bassa tensione elettrica capaci di trasferire ciascuno 2,5 Gb/sec. La prima coppia viene usata per trasmettere i dati mentre la seconda per riceverli. Per aumentare ulteriormente la banda passante, cioè la quantità di dati scambiati per unità di tempo, più linee possono essere utilizzate contemporaneamente in parallelo.
Un bus PCI Express x16, p.es., è costituito da 16 linee in parallelo. Attualmente esistono i moltiplicatori x1, x2, x4, x8, x12, x16, x32, ma in futuro sono previsti ulteriori aumenti del numero di linee.
Per comprendere le potenzialità di questa nuova architettura è sufficiente un confronto con la tecnologia AGP. Un bus AGP 8x consente di trasferire i dati a circa 2 GB/sec, mentre un PCI Express x16 raggiunge una velocità di 4GB/sec sia in trasmissione sia in ricezione.
Infine, grazie alla possibilità di variare il numero di linee di connessione, è possibile costruire una larghezza di banda scalabile fino a 128 Gbps, pari a 16 GB per secondo.
Chi lo userà?
Dato che il bus PCI Express x16 raddoppia le prestazioni rispetto ad un bus AGP 8x, sia nVidia sia ATI hanno scelto di abbracciare questa tecnologia. Mentre le schede realizzate da ATI hanno un supporto nativo (il processore grafico dialoga utilizzando direttamente il buis PCI Express: ciò consente di sfruttare totalmente la banda di trasmissione sincrona per un massimo di 4GBps sia in ricezione che in trasmissione), le schede realizzate da nVidia utilizzano un bridge, un circuito ponte che converte i segnali da AGP a PCI Express. In tal modo, un processore grafico AGP può essere montato su una scheda dotata di tecnologia PCI Express ma le prestazioni subiscono una drastica riduzione dovuta alle liitazioni dello standard AGP, ovvero 2Gbps in ricezione e 150 MBps in trasmissione. nVidia ha scelto questa soluzione per riconvertire le proprie schede che altrimenti sarebbero rimaste invendute.
Compatibilità
Sulle nuove schede madri troveremo sia alloggiamenti per schede PCI sia alloggiamenti per schede PCI Express. Questo perché molti produttori, almeno inizialmente, continueranno a realizzare schede PCI e PCI-X poiché economicamente meno costose e tecnologicamente più facili da realizzare. Purtroppo, il numero e la posizione dei contatti utilizzati dalle schede PCI Express cambiano completamente rispetto all’attuale PCI. Per questo motivo non è possibile la realizzazione di un innesto unico in grado di accettare schede basate su entrambe le tecnologie.
PCI Express e AGP
Anche se AGP è una sigla composta dalle iniziali di Accellerated Graphics Port, il bus AGP è in pratica un’ulteriore evoluzione del PCI. Sfrutta 44 contatti e può essere utilizzato esclusivamente per l’inserimento delle schede video. Lo standard AGP è stato sviluppato da Intel nel 1996 e commercializzato verso la fine del 1997, ed è espressamente dedicato alla grafica 3D e le sue specifiche si basano su quelle del bus PCI 2.1.
Dato che uno degli obiettivi principali del bus PCI Express è la gestione dei dati video e dato che il PCI Express x16 è in grado di gestire un flusso di dati doppio rispetto a quello di una scheda AGP 8x, è molto probabile che la tecnologia AGP sia destinata ad una completa scomparsa.
In futuro, con la realizzazione di schede basate sul PCI Express x32, sarà possibile ottenere una larghezza di banda pari a circa 16 GBps contro i soli 2 GBps della più potente scheda AGP.
PCI Express sui portatili
Grazie alle ridotte dimensioni delle nuove schede PCI Express, sarà possibile la realizzazione di portatili sempre più compatti e completi. Inoltre, sfruttando le funzionalità di risparmio energetico e di QoS (Quality of Service), i portatili delle prossime generazioni potranno lavorare per ore senza bisgno di essere messi in ricarica.
Fra le novità più interessanti derivanti dall’applicazione dei bus PCI Express c’è la nuova tecnologia MXM (Mobile PCI eXpress Module) di nVidia: in pratica si tratta di uno speciale connettore con bus PCI Express in grado di accogliere le schede video MXM che verranno realizzate. Con MXM sarà possibile aggiornare o sostituire la scheda video del portatile con poche e rapide operazioni.
New Card
Una delle principali possibilità di espansione per i portatili è attualmente rappresentata dalle schede PCM-CIA dette anche PC-Card. In futuro, però, le schede PC-Card verranno sostituie da un nuovo tipo di espansioni basate sul PCI Express, chiamate New Card. Saranno più piccole delle precedenti e, grazie al supporto del nuovo bus, forniranno una velocità di trasferimento dati di circa 2,5 Gbps. Le prime specifiche delle New Card dovrebbero essere completate durante il terzo trimestre del 2004. Fra i principali vantaggi che verranno introdotti dal nuovo formato vi sono la minore occupazione di spazio, il minor consumo di nergia, la maggiore velocità di trasferimento dati e il supporto ad una più ampia gamma di applicazioni per la comunicazione e l’archiviazione delle informazioni.
Usare contemporaneamente due schede video PCI Express
Le nuove funzionalità offerte dal PCI Express permettono di inserire su uno stesso PC due o più schede video. Sfruttando la tecnologia Video Array di Alienware è possibile far lavorare le due schede video in parallelo. Il supporto alla tecnologia Video Array è dato da due alloggiamenti grafici PCI Express presenti su X2, una scheda madre progettata da Alienware e basata sul chipset di prossima generazione di Intel.
Una versione dimostrativa di questa rivoluzionaria tecnologia è stata presentata recentemente, con due schede nVidia GeForce 5900 Ultra PCI Express c16 collegate ad un’ulteriore scheda chiamata Video Merger Hub. Quest’ultima aveva il compito di far gestire separatamente la parte superiore e quella inferiore del monitor da ognuna delle schede. Si tratta di una versione moderna della tecnologia SLI (Scan Lines Interleave), adottata da 3Dfx per le sue Voodoo2. Le prove condotte da Alienware testimoniano un incremento delle prestazioni di circa il 50%.