PCGH erklärt PCI-Express: Lanes, Routing, Sharing, Switches - PCI-Express-Wirrwarr entschlüsselt

[DOcean]

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nehmen wir mal den "normalen" Fall mit nur einer Graka:

Die CPU stellt ihre PCIE3x16 komplett für die Graka zur Verfügung

Die PCH wird per DMI3 angebunden (mit 8GT/s), die PCH stellt wiederrum x mal PCI Express für alles andere zur Verfügung

EDIT:
Bild sagt mehr als x Worte: Intel Skylake Z170 Motherboards: A Quick Look at 55+ New Products

 

[gorgeous188]

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Im Processorfinder steht nur drin, wie viele Lanes der Prozessor direkt zur Verfügung stellt. Das sind hier 16 Stück, und die werden auf dem Mainboard dem ersten Grafikkartenslot komplett zugeteilt, oder als 8/8 oder 8/4/4 aufgeteilt, das hängt aber vom Mainboard ab.
Davon unabhängig ist der Chipsatz. Der ist nochmal eigens an den Prozessor angebunden, und stellt von sich aus weitere Lanes den anderen Slot zur Verfügung, sowie der Peripherie wie Ethernet oder SATA.

 

[Imperat0r]

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Super geschrieben und sehr informativ !

 

[killbill]

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OK, der PCH ist ja trotzdem nur mit PCIe x4 an die CPU angebunden und die gesamte Kommunikation die über den PCH läuft muss ja auch über die CPU, oder kann der PCH auch unabhängig von der CPU laufen?

 

[Threshold]

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Die CPU kommuniziert über den DMI mit dem PCH. Die 16 Lanes für den Grafikkarten Slot sind davon unabhängig.

 

[PCGH_Torsten]

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OK, der PCH ist ja trotzdem nur mit PCIe x4 an die CPU angebunden und die gesamte Kommunikation die über den PCH läuft muss ja auch über die CPU, oder kann der PCH auch unabhängig von der CPU laufen?

Einige PCH-Funktionen sind unabhängig von der CPU, so können Daten direkt von einem Peripherie-Endgerät zum anderen wanderen. Alles, was komplexere Berechnungen erfordert läuft aber über die CPU. Da mit Ausnahme der Grafikkarte, die nicht am PCH hängt, kein Endgerät einen dauerhaften, hohen Datendurchsatz produziert, ist dies aber kein Problem.

 

[killbill]

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OK jetzt wird der Sinn von den höheren Lane Anzahl bei den Boards klar. Was zählt den zu komplexeren Berechnungen, bereits das Kopieren von Daten von einem Datenträger zu einem anderen, oder erst Sofas wie Daten verpacken?
Der Datendurchsatz von einer M.2 SSD und beispielsweise einer USB 3.1 SSD dürfte vermutlich ja aber auch schon eng werden für die DMI Bandbreite.

 

[PCGH_Torsten]

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Ich habe leider keinen genauen Angaben zu den Datenströmen und kann diese auch nicht messen. Von den Protokollen her sollten PCI-Express-Geräte in der Lage sein, direkt miteinander zu kommunizieren. Alles, was eine Veränderung der Daten erfordert (zum Beispiel Datenkompression) wird aber definitiv von der CPU übernommen.
Trotzdem ist DMI 3.0 so schnell nicht am Ende. Heutige M.2 SSDs erreichen beispielsweise nur knapp über 2 GB/s – möglich wären 4 GB/s. USB-3.1-Hardware mit mehr als 650 MB/s habe ich auch noch nicht gesehen. Zudem arbeiten DMI und PCI-Express bidirektional: Es kann also zeitgleich von einem Laufwerk mit 4 GB/s gelesen und auf ein anderes mit 4 GB/s geschrieben werden.

 

[killbill]

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OK, kann man an B150 Boards erkennen, wie der PCH seine Lanes an die verschiedenen Controller verteilt, wenn sie geschickt verteilt sind sollte ja auch noch ein B150 Board mit 8 Lanes für M.2 SSDs und USB 3.1 ausreichend sein.
Oder ist jetzt schon absehbar, dass man in den nächsten 3-4 Jahren mehr als 8 Lanes benötigt werden, für "normale" Anwendungsszenarien?

 

[PCGH_Torsten]

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Die Lane-Verteilung muss man bei jedem Board einzeln anhand der Spezifikationen analysieren. B150-Mainboards hatte ich noch keine zum Test, normalerweise sind günstige Einsteigerplatinen aber weniger komplex.

Was die Zukunft bringt, kann niemand mit Sicherheit vorhersagen. Ich persönlich gehe davon aus, dass sich M.2 mit vier Lanes als Standard wird etablieren können, zahlreiche Hersteller haben binnen kurzer Zeit entsprechende Produkte auf den Markt gebracht oder angekündigt. Darüber hinaus wird es schwierig. SATA-Express? Bislang tot, aber mit 3.0 ergibt die Schnittstelle erstmals Sinn und mit USB-3.1-Front-Einschüben gibt es auch passende Hardware. U.2? Wäre eine mögliche Alternative zu M.2 und ist im professionellen Bereich etabliert. Thunderbolt 3? Die Vorgänger waren wenig erfolgreich, aber mit der Doppelfunktion als USB-3.1-Controller hat Alpine Ridge einen Fuß in der Tür. USB 3.1 selbst wiederum wird auf vielen Mainboards verbaut, aber Endgeräte sucht man vergebens...

Privat würde ich jedenfalls Wert auf Flexibilität legen. Sandy Bridge ist bald 5 Jahre alt, Westmere wird nächstes Jahr seinen sechsten Geburtags feiern. Trotzdem reichen diese CPUs ihren Besitzern oft noch aus. Vergleich man das mit älteren Generationen hat sich die CPU-Entwicklung deutlich verlangsamt, wer jetzt einen 6600K oder 6700K kauft, wird ihn höchstwahrscheinlich bis weit über 2020 hinaus nutzen. Welche Schnittstellen sich bis dahin durchsetzen, gegebenenfalls neu erscheinen, kann niemand vorhersagen.
Aber dass man sie mit einer ×4-Karte nachrüsten kann, ist sehr wahrscheinlich. => Mindestens einen derartigen Slot wünsche ich mir von einem neuen Mainboard, zusätzlich zu allen Schnittstellen, die ich in den nächsten Jahren nutzen möchte.

 

[Threshold]

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Aber dass man sie mit einer ×4-Karte nachrüsten kann, ist sehr wahrscheinlich. => Mindestens einen derartigen Slot wünsche ich mir von einem neuen Mainboard, zusätzlich zu allen Schnittstellen, die ich in den nächsten Jahren nutzen möchte.

Da wirst du dann wahrscheinlich gezwungen sein, einen x16 Slot von Z Boards zu nutzen.
Dazu kommt dann die Fragen, ob es überhaupt Hersteller gibt, die eine x4 Karte produzieren, um die gesamte Bandbreite nutzen zu können. Ich rechne eher damit, dass USB 3.1 Karten oder was auch immer nur x1 Karten sind bzw. werden.

 

[PCGH_Torsten]

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Fast alle der bislang von uns getesteten Z170-Mainboards haben einen elektrischen ×4-Slot (einzige Ausnahme: Gigabyte Z170X Gaming G1. Das hat dafür mehr als genug ×8 ), der über den PCH angebunden ist. Bei der Hälfte ist dieser sogar komplett frei von Sharing. Bei B150-Mainboards wird es deutlich schwerer, ein Layout mit Zukunftsreserven zu finden.

 

[killbill]

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Kannst du noch ein paar Tipps geben, wie man es herausfindet, ob Boards einen elektrischen x4 Slot haben und gegebenenfalls sogar frei von Sharing, oder hilft da nur Testberichte lesen, wenn man keine Erfahrung hat?

 

[PCGH_Torsten]

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Normalerweise geben die Hersteller die elektrische Anbindung in den Spezifikation an. Wenn da ×4 steht, ist es schon einmal die halbe Miete. Sharing-Angaben schwanken. Asus und Gigabyte arbeiten beispielsweise meist mit Sternchentexten – ist keiner da, ist das die zweite Hälfte der Miete. Sicherheitshalber sollte man auch noch in der Storage-Sektion gucken, manchmal steht nur eine Anmerkung, die auf Sharing von M.2 oder SATA mit PCI-E-Slots hinweist.
MSI und EVGA listen lieber die möglichen Anbindungen für Multi-GPU auf. Steht da beispielweise "×16, ×8/×8 or ×8/×8/×4", weißt das ebenfalls auf einen sharing-freien Slot hin: Für die ersten beiden Karten werden immer 16 Lanes genutzt, also die der CPU, die zusätzlichen vier für Nummer 3 werden nicht plötzlich aus dem Nichts erscheinen – sondern sind die ganze Zeit da, werden aber (zu Recht) nicht für Grafikkarten empfohlen. Anders dagegen "×16, ×8/×8 or ×8/×4/×4". Hier hat man immer insgesamt 16 (CPU-)Lanes, die bei Bedarf über drei Slots verteilt werden. Man kann den zweiten und dritten also nicht nutzen, ohne die Anbindung der ersten Grafikkarte zu beeinflussen.

Hat man mit diesen Angaben ein interessantes Modell gefunden, sollte man vor dem Kauf noch nach Tests recherchieren (leider ignorieren viele Tester die Peripherie-Anbindung) und das Handbuch herunterzuladen. In seltenen Fällen findet man hier zusätzliche/abweichende Angaben.

 

[ne_nik]

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Hallo,

Mein System:
Betriebssystem: Win 10 pro 64 bit
Prozessor: i7 6700k
Arbeitsspeicher: 16gb ram
Motherboard: Asus z170-e
Festplatte: 1) Hitachi HDT721010SLA360, 1TB, 2) Samsung MZHPV256HDGL-00000, 256GB (M.2)

Ich habe ein Problem mit dem Rechner, Fehler: Microsoft-Windows-Kernel-Power
EventID 41 (63)

der Prozessor hat 16 Lanes, die Grafikkarte braucht 16 Lanes und M.2 braucht 4 Lanes.

Frage: Friert der PC vielleicht, weil es zu wenig Lanes gibts?

Vielen Dank

 

[XT1024]

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Oder liegt es an dem 850W Netzteil für 30 €?

Spoiler

Eine wilde Vermutung aber häufiger zutreffend als man sich wünscht.

Friert der PC vielleicht, weil es zu wenig Lanes gibts?

Ich behaupt einfach mal nein weil der Hersteller bestimmt damit gerechnet hat, dass tatsächlich jemand eine Graka UND M.2 SSD verwendet.

 

[ne_nik]

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Hallo XT1024,

Ich habe ein corsair rm850x netzteil, der sollte eigentlich gut sein.

mfg

 

[mickythebeagle]

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Bin ja mal gespannt wie dann genau die Lanes bei den Threadripper verteilt werden. Auf dem Papier wären ja genug vorhanden. Mal sehen was alles sn Slots verbaut wird.

 

[geist4711]

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schöner artikel und schön für skylake und kabylake erweitert.
jetzt wünsche ich mir 2 dinge:
das auchnoch AM4-plattform dazu kommt, also da erklärt wird wie was angebunden ist bzw sein kann,
und,
eine so schön übersichtliches blockdiagramm zu den AM4-chipsätzen wie es sie für die anderen plattformen auch gibt.
die derzeit (alle nahezu voneinander abgekupferten) blockschaltbilder sind ohne längeres studium kaum zu entschlüsseln

achja dann auch gleich bitte eine besonderheit von AM4 nicht unter den tisch fallen lassen:
an die CPU kann wahlweise 4x SATA- oder 1x M.2-platten nativ angebunden werden, leider wird aber von den boardherstellern nur M.2 realisiert was einem die möglichkleit nimmt die nativen 4x SATA auch zu nutzen.
und 4x USB sind auch nativ an die CPU angebunden, wobei man sehr suchen muss welche USB-buchsen auf dem borad denn diese sind

 

[iGameKudan]

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Was zum Henker ist nur mit Raff passiert?