Thứ Hai, 29 tháng 4, 2019

Tất Tần Tật về cổng PCI - Nhận diện các loại PCI, PCI Express


Sau khi bắt đầu thực hiện [Project] Xây dựng hệ thống Dữ liệu Tập trung Đa nhiệm (Multi Purposes Data Center) - tôi nhận thấy còn rất nhiều kiến thức, các chuẩn giao tiếp, kết nối rất nhiều và đa phần là khá nhầm lẫn đối với những người mới. Vậy nên cứ làm đến đâu tôi sẽ cập nhật thông tin về chủng loại đó để lưu trữ và dễ xem lại, tra cứu. Bài này là về các cổng PCI.

Xem thêm:

Mục lục:
  1. So sánh Kích thước Khe PCI và PCI Express
  2. Tại sao cổng PCI Express lại có các kích cỡ khác nhau?
  3. Nên lựa chọn SSD sử dụng giao tiếp SATA hay PCI Express?
  4. So sánh các loại SSD: PCI-Express, M.2, mSATA và SATA Express


1. So sánh Kích thước Khe PCI và PCI Express







So sánh kích thước các khe PCI


pci-bandwidth
Băng thông các loại cổng PCI


pci-express-parallel-connection



PCIe Connections (các dạng kết nối của chuẩn PCI express)


Mỗi line của một kết nối PCI Express gồm một cặp dây, một gửi tín hiệu và một nhận tín hiệu. Gói tin được truyền với tần số một bit một vòng (one bit per cycle).

Kết nối x1, loại kết nối PCIe nhỏ nhất, thì line của nó gồm 4 dây tức 2 cặp dây. Packet chứa 1 bit mỗi vòng mỗi chiều truyền dữ liệu. Còn chuẩn x4 gồm 4 line, và cứ thế cho x8, x16...

pci-express-example-connectors

Computer PCI and PCI Express (PCIe)


The 32-bit PCI bus has a maximum speed of 33 MHz, which allows a maximum of 133 MB of data to pass through the bus per second. Different PCI Express specifications allow different rates of data transfer, anywhere from 400 MB to 8000 MB of data per second and beyond.




2. Tại sao cổng PCI Express lại có các kích cỡ khác nhau?


Chuẩn PCI Express (PCI-E) đã trở thành một phần tối quan trọng trong điện toán hiện đại, xuất hiện trên tất cả các loại máy tính mà bạn có thể hình dung đến trên đời. Tuy nhiên, nếu bạn đang thắc mắc tại sao cổng PCI-E lại có từ 3-4 loại kích cỡ khác nhau, và nên dùng kích cỡ nào, thì bạn nên đọc bài viết dưới đây.


PCI Express là gì?

PCI-E là bản nâng cấp cho chuẩn PCI (Peripheral Component Interconnect - cổng kết nối thiết bị ngoại vi), được giới thiệu vào năm 2000, với một ưu điểm cực lớn đó là sử dụng bus truy cập từ điểm đến điểm (point-to-point access bus) thay cho một bus nối tiếp (serial bus). Điều này có nghĩa là mỗi cổng PCI cùng với các thiết bị kết nối vào cổng đó có thể hoạt động với tốc độ tối đa mà không phải lo về vấn đề tắc nghẽn khi phải cùng lúc lưu thông qua một bus đơn.


Nếu bạn cảm thấy "chưa được thông não" cho lắm, thì hãy tưởng tượng máy tính của mình là một nhà hàng. Chuẩn PCI cũ giống như một quầy giao thức ăn, mọi người phải xếp vào một hàng dài ngay ngắn để đợi tới lượt. Tốc độ phục vụ tất nhiên cũng không được nhanh vì chỉ có một nhân viên đứng ở quầy này. Chuẩn PCI-E thì giống như một quầy bar, khách hàng tới ngồi tại các vị trí mình muốn, và trong quầy thì có vài ba anh bartender đẹp trai nhận order cùng một lúc! Quá dễ hiểu đúng không? Chuẩn PCI-E có nhiều làn dữ liệu được "khoán" lần lượt cho các thiết bị ngoại vi hay card mở rộng, máy tính của bạn có thể cùng lúc truy cập tất cả chúng nhanh - gọn - lẹ hơn rất nhiều.

Bây giờ, hãy tiếp tục tưởng tượng, thay vì mỗi khách được một bartender phục vụ, thì bây giờ có thêm vài anh nữa làm "chân dự bị" sẵn sàng "lao vào" khi cần thiết. Đó là ý tưởng về "đa làn - Multiplier".

Đa làn trên PCI-E


PCI-E đã áp dụng ý tưởng "đa làn" ngay từ khi nó được thai nghén. Hiện tại thì các bo mạch chủ mới nhất đang sử dụng PCI-E v3, và v4 với tốc độ nhanh hơn nhiều đang ngày một phổ biến hơn, trong khi v5 được dự định ra mắt vào năm 2019. Tuy nhiên, dù bạn đang sử dụng phiên bản nào thì chúng đều phải sử dụng cùng một loại kết nối vật lý, và kết nối vật lý lại được chia ra làm 4 kích cỡ chính: x1, x4, x8 và x16. x32 thực ra là có tồn tại nhưng khá hiếm, và thường không xuất hiện trên các phần cứng dành cho người dùng thông thường.


Các kích cỡ này tồn tại không phải để cho vui. Mỗi kích cỡ kết nối khác nhau cho phép một lượng chân kết nối dữ liệu đồng thời đến bo mạch chủ khác nhau: cổng càng lớn, lượng chân kết nối trên card và cổng càng nhiều. Các kết nối này được gọi ngắn gọn là "làn", trong đó mỗi làn PCI-E gồm 2 cặp tín hiệu, một cặp dùng để gởi và một cặp dùng để nhận dữ liệu. Mỗi phiên bản PCI-E có tốc độ khác nhau trên mỗi làn, nhưng nói chung thì cổng PCI-E và thiết bị kết nối vào cổng đó có càng nhiều làn thì tốc độ dữ liệu qua lại giữa thiết bị và hệ thống càng nhanh.

Trở lại với ví dụ quầy bar ở trên: nếu bạn xem mỗi khách hàng đang ngồi đợi là một thiết bị PCI-E, thì làn x1 có thể xem là một bartender phục vụ một khách hàng. Tương tự, nếu khách hàng này ngồi tại ghế x4 thì người này sẽ được đến 4 chàng đẹp trai phục vụ, ghế x8 thì có 8 chàng, ghế x16 thì có 16 chàng! Mà thôi, tôi biết các bạn đang bắt đầu có suy nghĩ đen tối rồi, nên chúng ta ngừng ví dụ về quầy bar tại đây nhé!

Thiết bị nào dùng cổng nào?


Với phiên bản PCI-E v3, tần suất dữ liệu tối đa trên mỗi làn là 8 Gigatransfer, tương đương với khoảng 1 GB dữ liệu/giây/làn.


Vậy thì, nếu một thiết bị dùng cổng PCI-E x1 (ví dụ như một card âm thanh loại bình dân, card wifi...) thì nó có thể truyền dữ liệu đến hệ thống với tốc độ khoảng 1GBps. Một thiết bị khác sử dụng cổng kết nối vật lý lớn hơn như x4 hoặc x8 (ví dụ như card mở rộng USB 3.0 với nhiều hơn 2 cổng USB đang được sử dụng với tốc độ maximum) sẽ có thể truyền dữ liệu với tốc độ nhanh gấp 4 hoặc 8 lần. Cuối cùng, cổng x16 với tốc độ truyền tải trên lý thuyết vào khoảng 15GBps thì thường được sử dụng bởi các card màn hình của NVIDIAAMD.


Đến thời điểm hiện tại, chưa có tài liệu cụ thể nào chỉ ra rằng loại card mở rộng nào sẽ sử dụng bao nhiêu làn dữ liệu. Tuy nhiên theo thông lệ chung thì card đồ hoạ sẽ sử dụng cổng x16 để có thể đảm bảo tính ổn định, còn card mạng tất nhiên không cần thiết phải dùng tới cổng x16 rồi, bởi cổng Ethernet hiện cũng chỉ hỗ trợ tốc độ tối ta 1 Gigabit/giây mà thôi. Một số lượng nhỏ các ổ cứng thể rắn (SSD) dùng cổng PCI-E x4, nhưng chuẩn M.2 có vẻ như đang dần chiếm ưu thế. Các loại card mạng cao cấp và các thiết bị dành cho giới chuyên nghiệp như adapter và controller RAID thì thường dùng cổng x4x8.

Lưu ý rằng, kích thước cổng PCI-E và khái niệm "làn" đôi lúc không phải giống nhau


Một trong những vấn đề khiến người ta cảm thấy khó hiểu về PCI-E là: một cổng có thể có kích thước x16, nhưng lại chỉ có số làn dữ liệu tương đương x4. Bởi lẽ, trong khi PCI-E có thể cho phép một lượng vô hạn kết nối riêng lẻ, thì tốc độ truyền tải của làn lại bị giới hạn bởi chipset. Ví dụ, các bo mạch chủ bình dân có thể chỉ hỗ trợ 1 khe PCI-E x8, dù khe này về mặt vật lý có thể gắn vừa một card x16. Trong khi đó, một bo mạch dành cho game thủ có thể có tới 4 khe x16 với các làn x16 để hỗ trợ tối đa cho GPU.

Bo mạch này có 5 khe PCI-E x16, nhưng chỉ có 2 trong số đó có 16 làn dữ liệu, các khe còn lại chỉ có 4 hoặc 8 làn

Vấn đề xuất hiện ở đây là giả sử bo mạch của bạn có 2 khe PCI-E kích cỡ x16, nhưng một trong hai lại chỉ có các làn x4 thì nếu gắn nhầm card màn hình vào khe này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai, làm giảm hiệu suất của card màn hình đi 75%. May mắn là các nhà sản xuất thường chỉ rõ khe nào có làn tốc độ bao nhiêu ngay trên bo mạch chủ, hoặc trong hướng dẫn sử dụng.


Kí hiệu trên bo mạch chủ cho thấy: cổng PCI-E x1 ở phía trên có 1 làn, còn cổng PCI-E x16 ở dưới lại chỉ có 4 làn. PCIEX1_2 có nghĩa là đây là cổng x1 thứ 2 trên bo mạch chủ.

Một điều nữa là card kích cỡ x1 hoặc x4 có thể lắp vào khe x8 hoặc x16, dù nó sẽ hơi lỏng một tí và bạn sẽ cần cố định nó vào mặt sau của thùng máy bằng một con ốc nhỏ. Còn tất nhiên, card kích cỡ x8 hay x16 ngược lại sẽ không thể lắp vào khe x1 hay x4, bạn đừng thắc mắc tại sao nhé?

Bài viết của Tấn Minh.


3. Nên lựa chọn SSD sử dụng giao tiếp SATA hay PCI Express?


SSD sử dụng giao tiếp SATA là sản phẩm phổ thông nhất, thường có kích thước 2,5-inch mỏng, có thể lắp đặt trong các máy tính xách tay.

Hiện nay, giao tiếp SATA III đã được sử dụng rộng rãi, tốc độ đọc và ghi của giao tiếp này đạt giới hạn ở mức 6Gb/s, tương ứng khoảng 550MB/s R/W. Các ổ cứng SSD sử dụng giao tiếp SATA sẽ bị giới hạn ở tốc độ nêu trên.


Với tốc độ đọc và ghi luôn đạt ngưỡng trên 500 MB/s, các tác vụ sử dụng máy tính trở nên vô cùng mượt mà, bởi nó đáp ứng được yêu cầu xuất và ghi dữ liệu của các hệ điều hành máy tính hiện nay.

Một vấn đề mà các ổ cứng SATA gặp phải là nó luôn yêu cầu thêm một cổng cấp nguồn, dù cho điện năng nó yêu cầu là vô cùng nhỏ, điều này gây ra một số phiền toái cho người dùng trong quá trình chạy dây bên trong case máy tính.

SSD với PCI Express cũng đang dần trở nên phổ biến nhờ rất nhiều các ưu điểm. Về tốc độ, PCI-E 16x có thể mang tới băng thông bộ nhớ lên tới 16Gbps. tương ứng khoảng 2GB/s, gấp 4 lần so với SATA.

Tiếp theo, loại bỏ đi nhược điểm nêu trên của SATA, các ổ cứng sử dụng giao tiếp PCI-E sẽ không cần tới một dây cấp nguồn, nguồn điện được lấy từ chính khe cắm PCI-E. Tuy nhiên, giá của các sản phẩm loại này thường khá cao so với SSD SATA.


Ngoài ra, còn các sản phẩm SSD với kết nối M.2 hay U.2 cũng khá thông dụng. Tuy nhiên, SSD loại này vẫn sử dụng 1 trong 2 loại giao tiếp là SATA hoặc PCI-E. Nói cách khác, SSD M.2 sử dụng một chuẩn kết nối riêng, giúp tận dụng lợi thế về kích thước của nó, tuy nhiên chuẩn kết nối M.2 này sẽ vẫn cần tới giao tiếp SATA hoặc PCI-E để hoạt động và quyết định tốc độ truyền tải dữ liệu của nó.


Ví dụ, một số bo mạch chủ tích hợp sẵn kết nối M.2, nếu kết nối này nằm ở mặt trước, bên cạnh các khe PCI-E, thường đó sẽ là SSD M.2 PCI-E. Còn nếu được đặt ở mặt sau, trên các mainboard giá rẻ, khả năng lớn đó chỉ là một kết nối M.2 SATA với tốc độ giới hạn 550 MB/s mà thôi.


Bạn sử dụng desktop?


Với người dùng máy tính để bàn thông thường, các ổ cứng SSD SATA vẫn luôn là lựa chọn hợp lý nhất, bởi nó có giá thành rẻ cũng như tốc độ vừa đủ cho các tác vụ.

Nhưng nếu bạn sở hữu một hệ thống high-end. Mainboard của bạn có kết nối M.2 PCI-E, việc bỏ thêm ra một chút tiền cho SSD giao tiếp M.2 PCI Express với tốc độ cực cao là hoàn toàn hợp lý.


Hoặc trong trường hợp mainboard của bạn không hỗ trợ giao tiếp này, bạn vẫn có thể mua một sản phẩm SSD PCI-E vô cùng đơn giản, tốc độ siêu cao.

Nhưng cần phải nhớ rằng, tốc độ siêu nhanh trên các SSD sử dụng giao tiếp PCI-E sẽ không giúp hệ điều hành và các tác vụ thông thường hoạt động mượt mà hơn so với SSD SATA III là bao, bởi vậy chỉ nên chi thêm tiền nếu bạn có nhu cầu sử dụng các tác vụ đồ họa cao cấp, yêu cầu render ra các file media có bitrate lớn.

Bạn sử dụng Notebook?


Nếu đang dùng máy tính xách tay, khả năng cao lựa chọn duy nhất dành cho bạn là một chiếc SSD SATA III 2,5 inch. Hầu hết các laptop hiện này đều có thể thay thế ổ HDD 2,5inch bằng một SSD có tốc độ cao hơn. Trong trường hợp máy của bạn có DVD, hãy tháo bỏ thành phần ít sử dụng này và lắp thêm SSD bằng Caddy Bay.


Một số mẫu Ultrabook cũng được trang bị SSD dạng M.2 PCI-E có tốc độ cao, tuy nhiên chúng thường khó thay thế, và cũng không cần thiết phải thay thế.



4. So sánh các loại SSD: PCI-Express, M.2, mSATA và SATA Express


SSD giao tiếp SATA


Trong suy nghĩ của khá nhiều người thì đây mới chính là SSD thực sự. Rất dễ nhận biết các SSD dạng này thông qua kích cỡ 2.5 inch và dung lượng đang dần lên tới 1TB, tuy nhiên với tốc độ phát triển SSD như bây giờ thì dung lượng SSD sẽ dần tăng lên hơn 1TB. Cổng kết nối và giao thức truyền dữ liệu theo chuẩn SATA III cho phép SSD có tốc độ tối đa trên lý thuyết là 6Gb/s (tương đương với khoảng 550MB/s) và nó tương thích hoàn toàn với các bo mạch chủ và các laptop chơi game hiện nay. Chỉ có các loại Ultrabook như dòng ASUS Zenbook là sử dụng SSD có kích cỡ nhỏ hơn để phù hợp với thiết kế của máy nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ truyền tải dữ liệu.


SSD giao tiếp PCI Express


Được thiết kế để tận dụng băng thông của cổng PCI Express, SSD dạng này gần như chỉ được sử dụng trên các hệ thống máy bàn. Thông thường, chúng cần sử dụng băng thông của cổng PCIe 2x hoặc 4x, tuy nhiên với các hệ thống máy chủ hay máy bàn chuyên nghiệp thì SSD PCI Express nó còn sử dụng tới cổng 8x.

Điểm gây ấn tượng của SSD PCI Express là nó phá vỡ ranh giới 550MB/s của chuẩn SATA III ví dụ như với SSD ROG RAIDR Express có tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 780MB/s.



SSD giao tiếp mSATA


Giao tiếp mSATA (mini SATA) chỉ mới xuất hiện trong khoảng hơn 1 năm trở lại đây (thời điểm ra mắt dòng bo mạch chủ Maximus V). Các SSD mSATA đều tuân theo các quy định của chuẩn SATA III thông thường và chúng giống như thiết bị mini PCI Express vậy nhưng 2 cổng kết nối đó không tương thích lẫn nhau. mSATA đang dần bị thay thế bởi chuẩn M.2 mới hơn.


SATA Express


Chuẩn giao tiếp ổ cứng mới SATA Express được thiết kế dành cho máy bàn và có tốc độ truyền tải dữ liệu trên lý thuyết tới 10Gb/s (nhanh hơn 40% so với SATA III 6Gb/s). Chuẩn SATA mới này dùng đến 3 cáp dữ liệu trong đó có 2 cáp SATA truyền thống và 1 cáp SATA mới dành riêng mà chúng ta đã được thấy ở bo mạch chủ ASUS Z87 Deluxe/SATA Express, ngoài ra nó cũng có khả năng tương thích ngược với các SSD chuẩn SATA III khi đó các bạn chỉ cần kết nối các SSD đó với cổng SATA III thông qua cáp SATA thông thường là được.

Vì thế với 1 cổng SATA Express, các bạn có thể cắm tối đa 1 ổ cứng SSD chuẩn SATA Express hoặc 2 ổ SSD chuẩn SATA III.


Giao tiếp kết nối M.2 (NGFF)


Được biết đến với tên viết tắt là NGFF (Next generation form factor), M.2 hiện tại đang là chuẩn kết nối chính chuẩn cho các SSD di động (mobile SSD). Cổng M.2 này có thể dùng được cho cả SSD giao tiếp PCIe lẫn SATA nhưng thường là chỉ cho SSD giao tiếp PCIe mà thôi. Điều này rất quan trọng vì như chúng tôi đã giải thích trước đó, giao thức SATA và PCIe là không tương thích lẫn nhau được. Cách duy nhất để xác định khả năng tương thích giữa bo mạch chủ có cổng M.2 của bạn và SSD M.2 là đọc kỹ thông số nhà sản xuất: nếu trong đó có ghi PCI Express to PCI Express hay SATA to SATA thì ổn rồi đó!

Với sự ra mắt của các bo mạch chủ 9 series, trang chủ của ROG cũng như diễn đàn ASUS sẽ liên tục cập nhật danh sách số lượng giao thức M.2 được hỗ trợ trên các bo mạch chủ dòng phổ thông, ROG và TUF.


SSD M.2 SATA


SSD M.2 SATA có tốc độ truyền tải dữ liệu đúng chuẩn SATA III trên lý thuyết (6Gb/s) tương tự như các SSD SATA khác.



SSD M.2 PCI Express


Trong khi chuẩn M.2 PCI Express sử dụng chung giao thức PCI Express như SATA Express, nó loại luôn từ "SATA" để tránh nhầm lẫn. M.2 PCI Express được xem như là giao tiếp chuẩn mực cho các đối tượng người dùng chuyên nghiệp trong năm 2014 với kết cấu nhỏ gọn và tốc độ truyền tải 10Gb/s trên lý thuyết.


Theo Internet

Related Posts