Wissen: PCI-Express im Detail

Geschrieben von Redaktion am 29.06.2004.

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PCI-Express steht schon vor der Tür, aber eigentlich möchte man ihn nicht so richtig rein lassen. Das mag viele Gründe haben, bei den meisten wird es aber schlicht die Ungewissheit sein: Was bringt uns PCI-Express?

Ist es wirklich notwendig? Was kommt jetzt überhaupt alles neues auf mich zu? So oder so ähnlich könnten die zahlreichen Fragen aussehen, die sich die User weltweit im Moment stellen. Damit Sie nicht weiterhin im Dunkeln tappen, versuchen wir mit diesem Report einmal etwas Licht ins Dunkle zu bringen und Ihnen die wichtigsten Fragen im Bezug auf PCI-Express zu beantworten.

Wofür eigentlich PCI Express?

Man schrieb das Jahr 1993, also vor knapp 11 Jahren, als Intel den 32-Bit-PCI-Bus vorstellte. Der PCI-Bus sollte den damals vorherrschenden 8-Bit-ISA-Bus ablösen, welcher damals schon deutlich an seiner Leistungsgrenze angekommen war. Ähnlich verhält es sich nun auch mit PCI-Express. Die damals noch fortschrittlichen und superschnellen 133 MByte/s Übertragungskapazität des PCI-Busses reichen schon lange nicht mehr aus, so dass die Spezialisten der Hardwarefirmen immer neue Tuningmethoden, besonders für die spezielle PCI-Variante AGP, entwickeln mussten, um den Anforderungen an den PCI-Bus noch halbwegs gerecht zu werden. Trotzdem ist es mittlerweile auch mit den besten Tricks und Kniffen nicht mehr möglich eine ausreichende und zukunftssichere Lösung auf Basis des PCI-Busses zu entwickeln. Hinzu kommt, dass die beachtliche Reihe von nachträglich entwickelten Spezialanbindungen die heutigen System immer komplexer und fehleranfälliger macht. Dies schlägt sich letztendlich auch in den Kosten für den Endnutzer nieder.

Architektur

Grundsätzlich ist PCI-Express ganz anders aufgebaut als der alte PCI-Standard. Während PCI noch mit einem parallelen Bus arbeitete, basiert PCI-Express auf einer seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Das bedeutet, dass sich nicht mehr alle Steckplätze die Datenleitungen teilen müssen, sondern dass jeder Steckplatz seine eigene Leitung zum Chipsatz oder zum Verteiler (Switch) hat. Dies hat den großen Vorteil, dass mehrere Geräte gleichzeitig Daten übertragen können. Außerdem sieht der Standard bei PCI-Express zwei Datenleitungen vor. Eine zum Senden und eine zum Empfangen. Dadurch können die PCI-Express-Karten gleichzeitig Senden und Empfangen, was bei dem jetzigen PCI-Standard auch noch nicht möglich war, da es nur eine Datenleitung gab. Zusätzlich ist PCI-Express natürlich auch von der Übertragungsgeschwindigkeit her deutlich schneller. Bereits der kleinste von insgesamt vier verschiedenen Steckplatz-Formaten ist doppelt so schnell wie die heutigen PCI-Steckplätze. Das heißt, dass die Übertragung mit 2,6 GHz und einer Nettoleistung (nach Abzug von Protokollverlusten) von 250 MByte/s erfolgt.

Vier verschiedene Steckplätze

Wie eben schon erwähnt, startet der PCI-Express-Standard mit ganzen vier verschiedenen Steckplatz-Formaten, welche nicht zum „alten“ PCI-Standard kompatibel sind. PCI-Steckkarten können also nicht in den neuen Steckplätzen von PCI-Express verwendet werden. Damit man nun aber nicht gleich alle seine PCI-Karten wegwerfen muss, wird es anfangs auf den Mainboards auch noch PCI-Steckplätze geben. Lediglich der AGP wird wohl von Anfang an wegfallen. Kommen wir nun aber wieder zurück zu den neuen Steckplätzen von PCI-Express. Diese werden schlicht und einfach x1, x4, x8 und x16 genannt. Dabei bezeichnet die Zahl jeweils die genutzten Datenleitungspaare (Senden und Empfangen). Das x1-Format (36 Pins) besitzt daher nur ein Leitungspaar und kann wie weiter oben schon erwähnt 250 MByte/s pro Richtung übertragen. Über die zugeführten 3,3V- und 5V-Stromleitungen darf eine x1-Karte nur maximal 10 Watt in der Initialisierungsphase bzw. 25 Watt im Normalbetrieb beziehen. Absolut ausreichend für die meisten aktuellen Steckkarten. Lediglich einige Server-Hardware hätte damit Probleme. Auch die x4- und x8-Version (64 bzw. 98 Pins) sehen maximal 25 Watt vor, schaufeln dabei aber 1 GByte/s bzw. 2 GByte/s durch die Datenleitungen. Last but not least gibt es noch die Highend-Version x16:

x16 löst AGP ab

Das x16-Format (164 Pins) löst offiziell den AGP-Standard ab. Um dies gebührend zu erledigen, muss diese PCI-Express-Version einiges an Leistung erbringen. Dies tut sie auch. Ganze vier GByte/s können in beiden Richtungen transportiert werden, was einer totalen Bandbreite von acht GByte/s entspricht. Der aktuelle AGP 8X Standard bringt hier gerade einmal knapp 2 GByte/s an Bandbreite. Die zulässige Leistungsaufnahme liegt bei 75 Watt, somit müssen die meisten Grafikkarten nicht mehr über das Netzteil mit Strom versorgt werden. Lediglich für die absoluten Highend-Karten, welche schon bei über 100 Watt Leistungsaufnahme liegen können, trifft dies nicht zu. Obwohl es durchaus technisch machbar wäre, hat man sich bei der Entwicklung von PCI-Express entschlossen, die 75 Watt nicht mehr weiter zu erhöhen, weil dies mit enormen Kosten verbunden ist und die Low-cost-Mainboards mit diesem verbindlichen Standard dann ihre Probleme hätten. Alles in allem bleibt eigentlich nur noch die Frage zu klären, wie sich die x16 Karten denn nun gegen die alten AGP-Grafikkarten schlagen werden. Warten wir es ab, aber für die Zukunft der detaillierten 3D-Engines lassen sich schon jetzt gute Zeiten voraussagen.

Weitere Änderungen und Vorteile

Ein großer Vorteil von PCI-Express ist die Tatsache, dass die kleinen (z.B. x1) Karten auch in die jeweils größeren Steckplätze passen. Damit ist es zum Beispiel möglich, eine x1-Karte im x16-Steckplatz laufen zu lassen. Natürlich geht dies nicht umgekehrt, da der x16-Steckplatz über 4mal so viele Pins hat. Hierdurch wird auch nochmal das große Potential des x16-Steckplatzes deutlich. Trotzdem werden die Mainboards, zumindest in der Anfangsphase, nur über einen solchen x16- und ansonsten über mehrere x1-Steckplätze verfügen. Eine weitere Änderung zum jetzigen PCI-Standard ist die Hot Plug Fähigkeit. Diese bietet den Usern die Möglichkeit, die Steckkarten im laufenden Betrieb auszutauschen, zumindest solange die Treiber dies ausreichend zulassen.

Fazit

Aufgrund der unserer Meinung nach wirklich überzeugenden Vorteile von PCI-Express sollte man der Ablösung des alten PCI-Standards gelassen entgegensehen. Zwar ist der Umstieg ersteinmal mit Kosten verbunden, aber so ist es leider bei allen neuen Technologien in der Computerbranche. Vielmehr sollte man sich klar machen, dass PCI-Express der abwärtskompatible und zukunftssichere Standard der nächsten Jahre und wohl auch Jahrzehnte sein wird, da die ganze Architektur so ausgelegt ist, dass sie problemlos weiterentwickelt werden kann ohne ihre Kompatibilität zu den vorherigen PCI-Express Versionen zu verlieren. Trotzdem lautet unser Tipp lieber noch etwas zu warten, als gleich das erste PCI-Express Mainboard auf dem Markt zu kaufen. Warten Sie lieber ein bisschen, bis sich die Preise senken und eventuelle Kindeskrankheiten ausgemerzt sind.

 

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