Auswahl des passenden PCs für Ihre PCI-Express-Hardware

Die Wahl eines geeigneten PCs erfordert heute mehr als nur die Entscheidung für die größte Festplatte und den schnellsten Prozessor. Zu den gängigen Kriterien bei der Auswahl eines PCs gehören Prozessorgeschwindigkeit, verfügbarer RAM-Speicher, Größe der Festplatte und Anzahl der für Peripheriegeräte vorhandenen Steckplätze. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Busarchitektur, die innerhalb des PCs zum Anschluss für Peripheriegeräte zur Verfügung steht. PCI, AGP, PCI-X und ISA sind häufig in PCs vorkommende Busse. In diesem Whitepaper wird die nächste Generation der PCI-Peripheriearchitektur, PCI Express, behandelt. Informieren Sie sich über die Technologie hinter PCI Express und die Überlegungen beim Kauf eines PCs mit PCI-Express-Busarchitektur.

Überblick über PCI Express

Bei PCI Express handelt es sich um eine Weiterentwicklung des aktuell am weitesten verbreiteten Peripheriebusses für Computer überhaupt – PCI. Die PCI Special Interest Group (PCI-SIG), das Industriekonsortium, das sich für die Wahrung und Entwicklung der PCI-Spezifikation einsetzt, entwickelte PCI Express, um Anforderungen an die Bandbreite gerecht zu werden. Dabei ging es vor allem um Applikationen für Peripheriegeräte wie etwa Gigabit Ethernet, modulare Speichermedien und professionelle Grafikmodule. In diesem Zusammenhang ist die Wahrung der Softwarekompatibilität mit vorhandenen Betriebssystemen und PCI-basierten Anwendungen ebenfalls wichtig. PCI Express ist dabei u. a. als Ersatz des Accelerated Graphics Ports (AGP) vorgesehen, der in der Vergangenheit Einschränkungen der PCI-Bandbreite aufgehoben hat. PCI Express liefert eine 30 Mal höhere Bandbreite als PCI und ermöglicht, dass nun auch Grafikmodule wieder direkt über den Standardgerätebus eingebunden werden können. Zudem erhöht PCI Express sogar die Videobandbreite für PCs. 

Tabelle 1: Vergleich der Bandbreiten von PCI Express und PCI

Tabelle 1 zeigt die skalierbare Bandbreite, die PCI Express in seinen unterschiedlichen Konfigurationen im Vergleich zu PCI bereitstellt. So liefert beispielsweise ein PCI-Express-x1-Steckplatz (eine Lane) 250 MB/s in jede Richtung. Werden mehrere dieser seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen kombiniert, kann eine Bandbreite von bis zu 4 GB/s (x16) erreicht werden. Zu den Anwendungen, die von dieser höheren Bandbreite profitieren, gehören u. a. Bildverarbeitungssysteme, Digital-I/O-Systeme mit hoher Kanalanzahl und Anwendungen, die große Datenmengen z. B. über Gigabit Ethernet übertragen.

Bei Anwendungen für die Bildverarbeitung stellte die Bandbreite immer eine Beschränkung dar. Sogar Peripheriebusse mit relativ hoher Geschwindigkeit, wie etwa IEEE 1394, nutzen immer noch den PCI-Bus für die Bildübertragung an den Prozessor. Neue PCI-Express-Produkte für die Bildverarbeitung, wie etwa die CameraLink-Karte PCIe-1429 von National Instruments, ermöglicht über zwei CameraLink-Kabel eine Bandbreite von 680 MB/s pro Gerät in jede Richtung. PCI Express ist eine für Gigabit Ethernet entscheidende Technologie. Denn die Anbindung der Ethernet-Schnittstellenmodule kann nur dann die hohen Übertragungsraten garantieren, wenn sie ebenfalls einen solch hohen Datendurchsatz in Richtung Prozessor ermöglicht.

Welche PCs unterstützen PCI Express?

In Tabelle 2 werden Systeme aufgeführt, die PCI Express unterstützen (Stand: Juni 2005). Änderungen hinsichtlich der Produktportfolios dieser Unternehmen sind vorbehalten. Diese unvollständige Liste derzeit verfügbarer PCs verdeutlicht einige Trends und dient als Überblick über die Desktop-, Server- und Workstation-PCs, die momentan am Markt erhältlich sind.

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Tabelle 2: Unterstützung für PCI Express

Folgende Trends für diese neuen PCs sind festzustellen:

• PC-Anbieter übernehmen PCI Express.
• PCI und PCI Express sind in diesen neuen Systemen Seite an Seite vorhanden.
• Die PCI-Express-Implementierung ist bei Desktops, Workstations und Servern unterschiedlich.

Die Verbreitung von PCI Express wird von Grafikanwendungen und Systemen der Serverklasse, die eine hohe Bandbreite erfordern, weiter vorangetrieben. Dabei ist hervorzuheben, dass PCI und PCI Express auch weiterhin nebeneinander existieren. Das liegt darin begründet, dass sich die Überbrückung zwischen PCI Express und PCI mit handelsüblichen Brücken leicht umsetzen lässt. Zudem schafft die breite Basis von PCI einen großen Anreiz für PC-Verkäufer, PCI auch in Zukunft anzubieten. In öffentlich verfügbaren Plänen unter www.intel.com/products/roadmap führt Intel auf, dass PCI für die kommenden sechs Jahre auf Chipsätzen verfügbar sein wird.

Die Konfiguration der Steckplätze von PCI Express ist bei Desktop-PCs, Workstations und Servern unterschiedlich, weil diese Systeme für unterschiedliche Märkte vorgesehen sind. Desktopsysteme bieten einen x16-Steckplatz für Grafikkarten und einen x1-Steckplatz für PCI-Express-Peripheriegeräte. Systeme aus der Klasse der Workstations bieten einen x16-Steckplatz für Grafikkarten und einen x4-Steckplatz für hochwertigere PCI-Express-Peripheriegeräte. Systeme der Serverklasse bieten sowohl einen x4- als auch einen x8-Steckplatz für hochwertige Peripheriegeräte, die auf dem Servermarkt Verwendung finden. Der x16-Grafiksteckplatz steht bei Systemen der Serverklasse nicht zur Verfügung, da hochwertige Grafiken bei Servern nur eine untergeordnete Rolle spielen. Allerdings ist eine höhere Bandbreite für Peripheriegeräte wie zusätzliche Gigabit-Ethernet-Anschlüsse wichtig.

So wählen Sie den passenden PC mit PCI Express

Bei der Auswahl des geeigneten PCs für Ihre PCI-Express-Karte sind vier Faktoren zu berücksichtigen.

• Es wird ein Steckplatz für PCI Express von der Größe Ihrer PCI-Express-Karte empfohlen. Wenn Sie eine x4-PCI-Express-Karte besitzen, ist ein Computer mit einem x4-Steckplatz zu bevorzugen.
• Wenn Sie eine PCI-Express-Karte mit einem x1-Anschluss haben, prüfen Sie die „Low-Profile“-Spezifikation, um sicherzustellen, dass Ihre PCI-Express-Karte ggf. auch in einen breiteren Steckplatz passt.
• Der PCI-Express-x16-Steckplatz sollte im Allgemeinen nur für Grafikmodule genutzt werden. In vielen Fällen sind diese Steckplätze für den Gebrauch mit Grafikkarten entwickelt worden.
• Eine begrenzte Anzahl an PCs verfügt über einen PCI-Express-x8-Steckverbinder, der nur vier Lanes umfasst. Wenn Sie einen dieser PCs kaufen, stellen Sie sicher, dass Sie ihn mit einer x4- bzw. einer x1-PCI-Express-Karte einsetzen werden. Die Rechner Dell Precision Workstation 470, Dell Precision Workstation 670, HP xw6200 und HP xw8200 verfügen alle über einen PCI-Express-x4-Steckplatz mit einem x8-Anschluss.

Abwärts- und Aufwärtskompatibilität
Wie bereits erwähnt, kann eine x4-PCI-Express-Karte in einen x8-Steckplatz gesteckt werden. Es besteht also eine so genannte „Abwärtskompatibilität“ der Steckplätze untereinander. Ein Anbinden in Gegenrichtung – also das Verbinden einer x8-PCI-Express-Karte mit einem x4-Steckplatz – wird als Aufwärtskompatibilität bezeichnet und ist nicht möglich. In Tabelle 3 werden die unterschiedlichen Konfigurationen (PCI-Express-Karte und -Stecker) aufgeführt.

In alle Fällen ist ein Anbinden einer kleineren Karte an einen größeren Steckplatz physikalisch möglich. Die PCI-Express-Spezifikation fordert jedoch nur, dass Steckplätze in solch einem Fall eine Verbindungsbreite von x1 aufweisen. Für Hersteller von Motherboards ist es allerdings möglich, diese Abwärtskompatibilität ohne Einbußen hinsichtlich der Bandbreite zu integrieren. Wird beispielsweise eine x4-PCI-Express-Karte in einen PCI-Express-x8-Steckplatz gesteckt, arbeitet Ihre Karte evtl. lediglich mit einer Bandbreite von x1-Lane, obgleich sie eine x4-Bandbreite bietet. Dieses Verhalten wird vom Hersteller des Motherboards festgelegt. Wenn Sie die Fähigkeit zur Abwärtskompatibilität benötigen, sollten Sie sich an den Anbieter der Hauptplatine wenden, um entsprechende Informationen zu seiner Hardware zu erhalten. Die Größe des PCI-Express-Steckers verhindert eine Aufwärtskompatibilität. Eine x8-PCI-Express-Karte ist zu groß für einen x4-Anschluss. (Hinweis: Die CompactPCI-Express-Spezifikation unterstützt eine Aufwärtskompatibilität.)

Tabelle 3: Kompatibilität von Steckplatz und Karte (Abwärts- und Aufwärtskompatibilität)

Zusammenfassung

PCI Express wurde u. a. mit der Absicht entwickelt, die AGP-Grafikkarte wieder in das von Computern verwendete Bussystem zu integrieren. Aus diesem Grund ist der x16-Steckplatz mit
4 GB/s verfügbarer Bandbreite pro Richtung gemeinhin Grafikkarten vorbehalten und steht in vielen Fällen nicht für den Einsatz für Peripheriegeräte bereit. Außerdem wurden die ersten Peripheriegeräte auf dem Markt als x1- (250 MB/s je Richtung) bzw. x4-Module (1 GB/s je Richtung) entwickelt. Die Möglichkeit zur Skalierung der Bandbreite mit jedem Gerät im System bedeutet, dass die Mehrzahl der Peripheriegeräte auf kurzfristige Sicht entweder Geräte mit einem x1- oder einem x4-Steckplatz sein werden.

In diesem Zusammenhang soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass PCI und PCI Express auch weiterhin nebeneinander eingesetzt werden. Alle in Tabelle 2 aufgeführten PCs verfügen sowohl über PCI- bzw. PCI-X- als auch PCI-Express-Steckplätze. Der PCI-Bus wird u. a. aus folgenden Gründen weiterhin parallel zu PCI Express existieren:

• PCI-Karten bilden einen Großteil des Marktes. Es wird geschätzt, dass 2004 über eine Milliarde PCI-Karten verkauft wurden.
• PCI Express und PCI bieten dasselbe Softwaremodell und somit ist die Bandbreite der entscheidende Unterschied zwischen diesen Spezifikationen. Es gibt keine neue Softwarearchitektur, die die Plug&Play-Technologie ansteuert, um den Übergang, z. B. ISA-zu-PCI, zu beschleunigen.
• Derzeit benötigen nur sehr wenige Peripheriemodule die hohe Bandbreite von PCI Express.

Glossar

AGP (Accelatered/Advanced Graphics Port) – eine Version des PCI-Busses mit höherer Geschwindigkeit, bei der ein anderer Steckverbinder zum Einsatz kommt. Sie wurde entwickelt,
um den Bandbreitenbedarf bestimmter Grafikkarten bei Desktop-PCs abzudecken.

Bandbreite – die Menge an Daten, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums über eine digitale Verbindung übertragen werden kann.

CameraLink – eine Technologie, die zur Anbindung von leistungsstarken Bildverarbeitungskameras an Bilderfassungsgeräte benutzt wird. CameraLink ersetzt die herkömmlichen
parallelen Digitalkabel, die unhandlich, empfindlich und teuer sind durch ein kostengünstiges, standardisiertes Kabel sowie einen Anschluss.

Ethernet – eine auf Rahmen basierende Computernetzwerktechnologie für lokale Datennetze (LAN).

PCI – Peripheral Component Interconnect ist ein paralleler Hochgeschwindigkeitsbus, der ursprünglich von Intel entwickelt wurde, um I/O-Peripheriegeräte mit einer Zentraleinheit zu verbinden.

PCI Express – Eine weiterentwickelte Version von PCI, bei der das PCI-Softwaremodell beibehalten wird. Sie ersetzt den parallelen Bus durch einen seriellen Hochgeschwindigkeitsbus
(2,5 Gbit/s), der mehrere Leitungen anspricht.

PCI-X – Peripheral Component Interconnect eXtended ist eine Variante der PCI-Busarchitektur mit erhöhter Taktfrequenz und mäßig erhöhter Bandbreite.

RAM (Random Access Memory) – wird für gewöhnlich als Hauptspeicher in Computern verwendet, um aktiv verwendete und aktiv wechselnde Informationen aufzubewahren.

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