اسلات PCI Express چیست؟ انواع PCI در مادربردهای سرور

سرورها و سیستم‌های کامپیوتری از قبل تا حالا همیشه نیاز داشته اند که سخت افزارشان تقویت شود یا قطعات جدیدی به آن‌ها اضافه شود. در این بین، شیارهایی که روی مادربرد قرار دارند، نقش بسیار مهمی دارند. این شیارها، که به آن‌ها اسلات توسعه گفته می‌شود، امکان نصب کارت‌هایی مثل کارت شبکه، کارت گرافیک یا حافظه را فراهم می‌کنند. یکی از مدل‌هایی که در این زمینه کاربرد زیادی دارد، استاندارد PCI Express یا به اختصار PCIe است. این مدل نسبت به مدل‌های قدیمی تر مثل PCI و AGP کارایی خیلی بهتری دارد و باعث شده سرعت و قدرت پردازش در سیستم‌ها بسیار بیشتر شود.

PCI اکسپرس یا PCIe چیست؟

رابط PCIe که به آن PCI Express هم می‌گویند، نوع جدیدی از شیارهای توسعه در مادربرد به حساب می‌آید. قبلا، از مدل‌هایی مثل PCI و AGP برای اضافه کردن کارت‌های جانبی استفاده می‌شد، اما PCIe با روش انتقال اطلاعات متفاوتی که دارد، توانسته سرعت را به شکل چشمگیری افزایش دهد و نویزهای الکترومغناطیسی را کاهش دهد. بسیاری از کارت‌ها از جمله کارت گرافیک، کارت صدا، کارت شبکه و سایر قطعاتی که عملکرد بالایی دارند، بر پایه همین فناوری طراحی می‌شوند.

این رابط به صورت مستقیم بین کارت و مادربرد سرور ارتباط برقرار می‌کند. یعنی هر کارت، مسیر خاص خودش را دارد و لازم نیست پهنای باند را با کارت‌های دیگر تقسیم کند. همین ویژگی باعث شده که PCIe انتخاب محبوبی برای سیستم‌های پیشرفته و سرورهای قدرتمند باشد.

ساختار PCIe بر پایه چیزی به نام «لینک» ساخته شده که هرکدام شامل دو مسیر برای ارسال و دریافت اطلاعات هستند. به همین دلیل، کارت‌ها می‌توانند اطلاعات را همزمان در دو جهت رد و بدل کنند. این مدل ارتباط، برخلاف روش‌های قدیمی که به شکل موازی کار می‌کردند، مشکلاتی مثل تداخل سیگنال را کمتر می‌کند و فضای بیشتری برای انتقال اطلاعات فراهم می‌سازد وهمچنین سرعت PCIe در نسخه‌های جدید به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده است.

شکاف اسلات PCI Express چیست؟

شکاف PCI Express بخشی از مادربرد سرور است که برای نصب کارت‌های جانبی دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. این بخش به شکلی ساخته شده که بتواند کارت را هم ثابت نگه دارد و هم ارتباط الکتریکی دقیقی بین آن و مادربرد ایجاد کند. هرکدام از این شیارها ممکن است تعداد مشخصی مسیر ارتباطی داشته باشد؛ مثلا اسلات x1 فقط یک مسیر دارد، اما اسلات x16 از 16 مسیر بهره می‌برد. همین تفاوت باعث می‌شود کارت‌هایی که نیاز به سرعت بالا دارند، مثل کارت گرافیک‌های قوی، در اسلات x16 قرار بگیرند. در حالی‌ که کارت‌های ساده تر مثل کارت شبکه یا کارت صدا معمولا در شیارهای کوچک تر مثل x1 قرار داده می‌شوند.

زمانی که کارت را درون اسلات قرار می‌دهید، پین‌های فلزی آن دقیقا به نقاط تماس درون شکاف وصل می‌شوند و این اتصال، اطلاعات را بین کارت و مادربرد جابه‌جا می‌کند. طراحی این شیارها به شکلی است که نصب و جداسازی کارت‌ها به راحتی انجام می‌شود. همچنین یک زبانه قفل مانند در انتهای شکاف تعبیه شده تا کارت بدون لرزش سر جای خود باقی بماند.

انواع اسلات PCI Express

اسلات‌های PCIe از نظر اندازه و توانایی انتقال اطلاعات، مدل‌های مختلفی دارند که بر اساس تعداد “خط” یا همان Lane دسته بندی می‌شوند. هرچه تعداد این خطوط بیشتر باشد، حجم بیشتری از اطلاعات می‌تواند در هر لحظه بین کارت و مادربرد رد و بدل شود. این تفاوت، مستقیما روی عملکرد و سرعت انتقال اطلاعات تاثیر می‌گذارد. از رایج ترین مدل‌های فیزیکی اسلات می‌توان به گزینه‌های زیر اشاره کرد:

PCIe x1

این مدل کوچک ترین نوع اسلات در Express PCI است و تنها یک مسیر انتقال اطلاعات دارد. همین موضوع باعث شده برای قطعاتی که حجم اطلاعات بالایی منتقل نمی‌کنند، گزینه ای کاربردی باشد. معمولا از این نوع شیار برای نصب کارت هایی مانند کارت صدا، کارت شبکه استاندارد یا ماژول وای‌فای استفاده می‌شود. این دسته از کارت‌ها نیاز زیادی به پهنای باند ندارند و اسلات x1 می‌تواند عملکرد مورد انتظار را برایشان فراهم کند، بدون اینکه فضای زیادی از مادربرد اشغال شود.

PCIe x4

اسلات PCIe x4 از چهار مسیر برای انتقال اطلاعات بهره می‌برد و نسبت به مدل x1، سرعت و ظرفیت بیشتری در اختیار قرار می‌دهد. این نوع شیار برای قطعاتی مناسب است که نیاز به پهنای باند بالاتری دارند، اما همچنان در حد کارت‌های سنگین مثل گرافیک حرفه ای نیستند. به عنوان نمونه، برخی کارت‌های RAID ساده، کارت‌های کپچر ویدیو در سطح نیمه حرفه ای یا تجهیزات ذخیره سازی سریع، اغلب از این اسلات استفاده می‌کنند. اندازه فیزیکی این شیار بزرگ تر از x1 است، ولی همچنان فضای نسبتا کمی روی مادربرد اشغال می‌کند.

PCIe x8

اسلات PCIe x8 دارای هشت مسیر انتقال اطلاعات فعال است و نسبت به مدل‌های x1 و x4، ظرفیت بسیار بالاتری برای جابه‌جایی اطلاعات فراهم می‌کند. این ویژگی باعث شده برای تجهیزاتی که نیاز به سرعت انتقال قابل توجهی دارند، انتخابی مناسب باشد. در این گروه می‌توان به کارت های گرافیک میان رده، یا ماژول‌های شبکه پرسرعت مانند کارت‌های 10 گیگابیتی یا حتی 25 گیگابیتی اشاره کرد. همچنین در برخی سرورها، از این شیار برای کارت‌های ذخیره سازی پیشرفته یا کارت‌های توسعه تخصصی استفاده می‌شود. اسلات x8 از نظر اندازه، مشابه x16 است، اما تعداد مسیرهای آن کمتر است.

PCIe x16

اسلات PCIe x16 بزرگ ترین و رایج ترین نوع شیار توسعه در مادربردها است و به طور کامل از 16 مسیر انتقال اطلاعات بهره می‌برد. این ویژگی باعث شده گزینه‌ی اصلی برای نصب کارت‌های گرافیکی سطح بالا باشد؛ مخصوصا مدل هایی که در بازی‌های سنگین، رندرینگ حرفه ای یا پردازش‌های گرافیکی پیشرفته استفاده می‌شوند. در این شیار، هر 16 خط به صورت همزمان فعال هستند و انتقال اطلاعات به شکل دوبانده انجام می‌شود؛ یعنی هم ارسال و هم دریافت اطلاعات می‌تواند به طور همزمان از طریق تمامی خطوط انجام گیرد. همین ساختار باعث شده این اسلات بیشترین پهنای باند را در بین مدل‌های دیگر داشته باشد و برای کاربردهایی که فشار زیادی به سخت افزار وارد می‌کنند، بهترین گزینه محسوب شود.

PCIe x32

در مواردی نادر، اسلات‌هایی با تعداد خطوط بیشتر از x16 نیز وجود دارند که معمولا در سرورها یا سیستم‌های تخصصی استفاده می‌شوند. این نوع شیارها از نظر تئوری، ظرفیت انتقال اطلاعات بالاتری نسبت به مدل x16 دارند، اما به دلیل خاص بودن و نیاز به پلتفرم‌های پیشرفته، به ندرت در مادربردهای معمولی یا کاربردهای خانگی و اداری دیده می‌شوند.

نکته ای که در بسیاری از مادربردها دیده می‌شود این است که بعضی اسلات‌ها از نظر ظاهری مشابه x16 هستند، اما از نظر فنی ممکن است فقط نیمی از خطوط را داشته باشند. برای نمونه، ممکن است یک شیار x16 فقط 8 مسیر فعال داشته باشد و عملا مثل x8 کار کند. این تفاوت به طراحی چیپست و منابع الکترونیکی مادربرد بستگی دارد و در مشخصات فنی مادربرد یا دفترچه راهنما به آن اشاره شده است.

نسل‌های مختلف پی سی آی اکسپرس

استاندارد PCI Express در طی سال‌ها تغییرات زیادی داشته و هر نسخه جدید، سرعت بیشتری را نسبت به دوره قبل در اختیار قرار داده است. این پیشرفت‌ها باعث شده کارت‌های توسعه عملکرد بهتری داشته باشند و نیاز کاربران حرفه ای راحت تر برآورده شود. نسخه‌های مهم PCIe و ویژگی‌های مهم هرکدام شامل:

– PCIe 1.0

اولین نسخه در اوایل دهه 1380 (2000 میلادی) معرفی شد. در این نسخه، سرعت انتقال اطلاعات در هر مسیر به حدود 250 مگابایت بر ثانیه می‌رسید. برای زمان خود پیشرفتی قابل توجه به حساب می‌آمد و پایه گذار ساختار فعلی این استاندارد شد.

– PCIe 2.0

در حوالی سال 1386 (2007 میلادی) این نسخه وارد بازار شد و سرعت را در هر خط به حدود 500 مگابایت بر ثانیه افزایش داد. این رشد، به نیازهای افراد حرفه ای مثل گیمرها و تولید کنندگان محتوا پاسخ بهتری داد و زمینه ساز ساخت کارت‌های قدرتمندتری شد.

– PCIe 3.0

این مدل که در سال 1389 (2010 میلادی) معرفی شد، سرعت انتقال را به نزدیک 1 گیگابایت بر ثانیه در هر مسیر رساند. همچنین بهینه سازی‌هایی در روش ارسال سیگنال و کاهش خطا داشت که باعث پایداری بیشتر در ارتباط می‌شد.

– PCIe 4.0

حدود سال 1396 (2017 میلادی) نسخه جدید معرفی شد. این مدل توانست پهنای باند را در هر خط تا حدود 2 گیگابایت بر ثانیه بالا ببرد. پشتیبانی از این نسخه ابتدا در پردازنده های AMD رایزن سری 3000 و مادربردهای سازگار دیده شد و باعث رشد چشمگیر سرعت در کارت‌های گرافیک و ذخیره سازی شد.

– PCIe 5.0

نسخه پنجم در سال 1398 (2019 میلادی) نهایی شد و سرعت را به حدود 4 گیگابایت بر ثانیه در هر خط رساند. این جهش بزرگ، بستر مناسبی برای تجهیزات حرفه ای و سرورها ایجاد کرد. مادربردهای رده بالا و سیستم‌های پیشرفته، کم کم از این نسخه پشتیبانی کردند.

– PCIe 6.0

تازه ترین نسخه که در سال 1400 (2022 میلادی) مشخصات آن نهایی شد. هدف آن دو برابر شدن نسبت به دوره قبلی است؛ یعنی هر خط بتواند تا حدود 8 گیگابایت بر ثانیه اطلاعات جابه‌جا کند. اگرچه هنوز در محصولات رایج حضور ندارد، ولی در آینده‌ی نزدیک سرورها و دستگاه‌های ذخیره سازی حرفه ای از آن بهره خواهند برد.

سرعت نسل‌های مختلف PCI

سرعت انتقال اطلاعات در اسلات‌های PCIe تحت تاثیر دو عامل اصلی قرار دارد: تعداد خطوط (Lane) و نسل استاندارد PCIe. به طور کلی، هرچه تعداد خطوط بیشتر باشد و نسل استاندارد پیشرفته تر باشد، سرعت انتقال محتوا بیشتر خواهد بود.

برای مثال، یک اسلات x1 از دوره PCIe 3.0 می‌تواند حداکثر سرعت 1 گیگابایت بر ثانیه را پشتیبانی کند، در حالی که یک اسلات x16 از همان دوره قادر است سرعتی معادل 16 گیگابایت بر ثانیه ارائه دهد. این اختلاف به ویژه در مدل‌های جدیدتر PCIe بیشتر مشخص می‌شود. برای نمونه، PCIe 4.0 سرعت انتقال اطلاعات را به حدود 2 گیگابایت بر ثانیه در هر خط می‌رساند. اگر کارت گرافیک شما به اسلات x16 از نسل 4.0 وصل باشد، پهنای باند تئوری تا 32 گیگابایت بر ثانیه خواهد بود. این عدد در مدل PCIe 5.0 به حدود 64 گیگابایت بر ثانیه می‌رسد که به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

این ارقام بسیار بالا موجب شده تا متخصصان دیتاسنتر، مهندسان هوش مصنوعی و پژوهشگران پردازش های سنگین به سمت این استاندارد پیشرفته بروند تا نیازهای انتقال محتوا خود را به خوبی تامین کنند. نکته مهم دیگر سازگاری میان دوره های مختلف است. به این معنی که اگر یک کارت PCIe 2.0 را در اسلات PCIe 4.0 قرار دهید، سرعت آن به طور خودکار به سطح دوره 2.0 کاهش می‌یابد. با این حال، عملکرد کارت در سطح معمولی خود باقی می‌ماند و کاربر نیازی به تعویض کل سیستم ندارد، بلکه فقط محدودیت سرعت به وجود می‌آید.

Backward و Forward در نسل‌های جدید PCIe

یکی از ویژگی‌های مهم PCI Express، سازگاری آن میان دوره‌های مختلف است؛ این قابلیت باعث می‌شود که کارت‌های توسعه و مادربردها بتوانند انعطاف بیشتری در هنگام ارتقاء یا تعویض داشته باشند، بدون آن که نیاز به جایگزینی کامل سیستم باشد.

در حالت سازگاری عقب رو (Backward Compatibility)، اگر کارتی از مدل پایین تر PCIe دارید، می‌توانید آن را در اسلاتی قرار دهید که نسل جدیدتری دارد. مثلا یک کارت PCIe 2.0 می‌تواند روی اسلاتی از 4.0 نصب شود. البته عملکرد کارت تنها در حد استاندارد دوره دوم خواهد بود، ولی دست کم دستگاه به درستی کار می‌کند و نیازی به تغییر مادربرد نیست.

از سوی دیگر، حالت سازگاری پیش رو (Forward Compatibility)هم برقرار است. به این معنا که اگر یک کارت جدیدتر مثل PCIe 4.0  دارید، ولی مادربرد شما فقط تا 3.0 را پشتیبانی می‌کند، باز هم می‌توانید کارت را نصب کرده و از آن استفاده کنید. در این حالت، سرعت و کارایی کارت به سطح سوم محدود می‌شود، اما مشکلی در کارکرد عمومی به وجود نمی‌آید.

نحوه کار Express PCI

در PCIe، اطلاعات از طریق روشی به نام انتقال سریالی چند خطی منتقل می‌شوند. این شیوه برخلاف روش‌های قدیمی تر مثل PCI و AGP است که از گذرگاه‌های موازی برای جابه‌جایی اطلاعات استفاده می‌کردند. در گذرگاه موازی، چندین پین به صورت همزمان محتواها را انتقال می‌دادند؛ ولی این هماهنگی باعث بروز مشکلاتی مانند تداخل سیگنال و سختی در مدیریت انتقال می‌شد، مخصوصا زمانی که پهنای گذرگاه بیشتر می‌شد.

در مقابل، PCIe از یک سیستم ساده تر و دقیق تر بهره می‌برد. برای انتقال اطلاعات، از چند جفت سیم استفاده می‌شود؛ یک جفت برای ارسال و یک جفت برای دریافت. هر مجموعه ای از این چهار سیم، یک مسیر مستقل به نام Lane را تشکیل می‌دهد. هنگام اتصال کارت توسعه به اسلات، تعداد Lane فعال بین کارت و مادربرد تعیین می‌شود. نکته مهم دیگر این است که PCIe به جای اشتراک گذاری منابع بین همه کارت ها، ارتباط هر کارت را مستقل مدیریت می‌کند تا ترافیک اطلاعات بین کارت‌ها تداخل نداشته باشد و عملکرد هر دستگاه در سطح ثابتی باقی بماند.

خرید محصولات سرور از مستر اچ پی

اگر به دنبال خرید سرور HP، ماژول های حافظه، کارت شبکه های پرسرعت یا هر نوع تجهیز وابسته به سرور هستید، مجموعه مستر اچ پی همراه شماست. تماس با بخش فروش ما سریع ترین راه برای دریافت مشاوره در حوزه سرورهای برند HPE در مدل های گوناگون است. تماس با ما برای برقراری ارتباط با کارشناسان از طریق شماره های 09128352023 و 02191008413 برقرار می شود تا ضمن شناخت دقیق نیاز خود، سرور دلخواه را انتخاب کنید.

جمع بندی

اسلات‌های PCI Express بخش مهمی از مادربردها هستند که امکان نصب انواع کارت‌های جانبی را فراهم می‌کنند. هر مدل جدید این رابط، سرعت بیشتری نسبت به نسخه قبلی ارائه می‌دهد و برای کارهایی مثل پردازش گرافیکی سنگین، ذخیره سازی پرسرعت یا ارتباط شبکه ‌ای پیشرفته مناسب است. سازگاری بین مدل ها هم از مزایای آن به شمار می‌رود؛ یعنی می‌توان از کارت‌های قدیمی در مادربردهای جدید استفاده کرد یا بالعکس، بدون اینکه سیستم دچار مشکل شود. در مادربردهای حرفه ای، این اسلات‌ها در اندازه‌های مختلف مثل x1 تا x16 وجود دارند و کاربران می‌توانند با توجه به نیاز، کارت‌های مختلفی را روی آن‌ها نصب کنند. روند پیشرفت این استاندارد نشان می‌دهد در آینده هم جایگاه ویژه ای در سیستم‌های قدرتمند خواهد داشت.

سوالات متداول

1) تفاوت PCIe و باس‌های قدیمی مثل PCI چیست؟

در گذشته، باس‌هایی مانند PCI از روش موازی استفاده می‌کردند؛ یعنی اطلاعات را از طریق چند مسیر به صورت همزمان منتقل می‌کردند. این کار باعث تداخل سیگنال‌ها و محدود شدن سرعت می‌شد. در مقابل، PCIe اطلاعات را به صورت سریالی و از طریق مسیرهای جداگانه برای ارسال و دریافت منتقل می‌کند. این مدل باعث می‌شود سرعت بیشتر و اختلال کمتر باشد.

2) آیا کارت‌های قدیمی PCIe روی مادربردهای جدید کار می‌کنند؟

بله. اگرچه کارت‌های قدیمی در مادربردهای جدید نصب می‌شوند، اما فقط تا حداکثر سرعت دوره خودشان کار می‌کنند. مثلا اگر کارت شما PCIe 2.0 باشد و روی اسلات 4.0 نصب شود، همچنان عملکرد در حد نسخه 2.0 خواهد بود.

3) آیا تمام اسلات‌های x16 واقعا 16 مسیر انتقال دارند؟

نه همیشه. بعضی از اسلات‌های x16 فقط از نظر ظاهری این اندازه را دارند، ولی ممکن است تنها 8 یا حتی 4 مسیر فعال داشته باشند. برای فهمیدن این موضوع باید به مشخصات مادربرد یا دفترچه راهنما نگاه کنید.

4) چطور بفهمیم مادربرد از کدام نسخه PCIe استفاده می‌کند؟

اطلاعات مربوط به نسخه PCIe معمولا در دفترچه راهنمای مادربرد یا بخش تنظیمات BIOS/UEFI قابل مشاهده است. همچنین نرم افزارهایی وجود دارند که مشخصات سخت افزاری را نمایش می‌دهند و می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.