PCI Express คืออะไร? มีกี่แบบ? มีกี่ชนิด? เปรียบเทียบ?

[Nick]

ปัจจุบันไม่ว่าจะเป็น Hard Drive, อุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ, LAN card, Sound Card, USB และ Firewire จะส่งข้อมูลภายในระบบโดยผ่าน I/O เดียวกัน ซึ่งเป็นแบบนี้ตั้งแต่สมัยเครื่อง PC รุ่น 486 ซึ่ง PCI bus จะส่งถ่ายข้อมูลที่ 33 MHz และสูงสุดได้ที่ 133 MHz ซึ่งในปัจจุบัน Pentium 4 กับ Memory DDR นั้นส่งข้อมูลซึ่งกันและกันได้ที่ 2.1 GB/s โดยผ่าน Memory Bus อีกทั้ง AGP 8x สามารถส่งข้อมูลได้ถึง 2.1 GB/s ด้วยเช่นกัน โดยยังคงมี PCI ซึ่งเป็น Technology เก่าและเป็นตัวที่ทำให้เกิดการกระจุกตัวของข้อมูลเนื่องจากความเร็วที่ยังไปไม่ถึงไหน

ณ ปัจจุบันได้มีแนวทางใหม่เพิ่มความเร็วสำหรับ PCI โดยมีการออกแบบ PCI-X (extended) และ PCI Express ขึ้นมาแต่ยังคงอาศัยหลักการและต้นแบบของ PCI ในสมัยปี 90 มาใช้ ซึ่งวิธีการทั้งสองได้ถูกแจ้งเกิดโดยกลุ่ม PIC-SIG (Peripheral component interconnect –specification) โดยแยก ให้ PCI-X นั้นสำหรับ Server และ PCI Express สำหรับ PC โดย ณ ที่นี้จะเน้นที่ PCI Express

ในวันที่ 17 เมษายน 2002 ได้มีการเปิดตัวมาตรฐาน PCI Express (3GIO หรือ 3rd Generation I/O โดยมี ISA เป็น 1st Generation และ PCI เป็น 2nd Generation) ซึ่งเป็น Technology PCI แบบใหม่ที่ยอมให้อุปกรณ์ภายใน PC นั้นเช่น CPU ติดต่อโดยตรงกับอุปกรณ์ที่ต้องการติดต่ออยู่ได้ทั้งหมดโดยแยกจากกันเป็นอิสระ และสามารถเชื่อมต่อกันได้เต็ม bandwidth ซึ่งเป็นแบบ Point to Point หรือติดต่อกันโดยไม่ต้องแบ่ง bandwidth กับอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆเลย

รูป Slot เทียบระหว่างบน PCI แบบเดิม กับ ล่าง PCI Express x16 164-pin

โดย PCI Express ได้ออกมา 2 Version คือ X1 ซึ่งใช้กับอุปกรณ์ที่ไม่ต้องการ Bandwidth สูง หรือเพียง 400 MB/s และ X16 ที่ใช้กับ Graphic Card ที่ 4 GB/s ระบบ Bus ยังคงเป็นแบบอนุกรมซึ่งสามารถส่งและรับข้อมูลได้พร้อมกันในเวลาเดียวกัน คล้าย Technology Hypertransport ของ AMD โดยจะส่งข้อมูลอยู่ในรูแบบของ Packet เป็นแบบเดียวกับการทำงานของ OSI model ใน Layer 3 (network Layer) การส่งข้อมูลของ PCI Express จะส่งไปตาม Line หรือ Lane ซึ่งต่อตรงกับอุปกรณ์ที่กำลังติดต่อด้วย และ ค่าที่ระบุว่ามีกี่ Line หรือ Lane คือ ตัวเลขหลัง “X” โดย x1 = 1 Line, x4 = 4 Line, x8 = 8 Line และ x16 = 1 6 Line สำหรับความเร็วนั้นเนื่องจาก PCI Express จะส่งข้อมูลไปกลับได้พร้อมกัน จึงต้องคิดเป็น 2 เท่า ฉะนั้น เมื่อความเร็วถูกระบุที่ 1 GB/s สำหรับ 4x ความเร็วรวมจะอยู่ที่ 2 GB/s

รูป Mainboard BTX ต้นแบบที่มีหลากหลาย Slot อยู่รวมกัน

PCI Express พร้อมที่จะรองรับ Driver ของ PCI ที่ใช้ Software และ OS ที่มีอยู่ในปัจจุบัน อีกทั้งยังประหยัดพลังงานโดย PCI จะใช้แรงดันที่ 5 V แต่สำหรับ PCI Express ใช้เพียง 3.3 V ยังรวมการทำงานแบบ Hot-Pluggable (เสียบ Card โดยไม่ต้อง ปิดเครื่อง) ส่วนการทำงานในด้าน Graphic ระดับ High end นั้น PCI Express ได้ถูกออกแบบให้รองรับการใช้พลังงานที่สูงถึง 75 W ซึ่งจะแบ่งเป็นชนิด x1 จะใช้พลังงานตามการออกแบบอยู่ที่ 25W ในความเป็นจริงใช้เพียง 10W และที่เกินนั้นรองรับ PCI Express x8 slot ขณะที่ AGP เองรองรับได้ 25 W ถึง 42 W เท่านั้น ในส่วนของอุปกรณ์ที่ต่อพ่วงที่ต้องการต่อออกจาก PCI Express Slot นั้นจะใช้ Cable ได้ยาวถึง 5 เมตร

PCI Express ที่มีความเร็วในการส่งข้อมูลต่างกันสามารถใช้งานด้วยกันได้ เนื่องจากการออกแบบที่ได้ถูกพิจารณาตั้งแต่แรกของ PCI Express สามารถที่จะใช้งานร่วมกันได้ เช่น ถ้ามี Card PCI Express ชนิด x8 ก็สามารถใช้ได้กับ Slot ที่มีความเร็วที่สูงกว่า คือ x16 แต่ยังคงวิ่งอยู่ที่ 4 เลนเหมือนเดิม

รูป Slot เทียบระหว่าง PCI Express x16 กับ PCI Express x1

ส่วน PCI-X เป็น Technology Bus ที่ใช้ใน PC โดยให้ Chip นั้นแลกเปลี่ยนข้อมูลได้เร็วกว่า PCI แบบเก่า PCI-X ในปัจจุบันมี 2 version PCI-X 1.0 และ PCI-X 2.0 โดย Version 1.0 รองรับในระดับความเร็วตั้งแต่ PCI-X66 ถึง PCI-X133 ส่วนใน Version 2.0 จะรองรับที่ PCI-X 66 ถึง PCI-X 533 ซึ่งจะสามารถส่งข้อมูลได้ถึง 4.2 GB/S โดยตัวเลขที่ต่อท้าย X นั้นระบุถึงค่า MHz ของ clock โดย BUS สำหรับ PCI-X อยู่ที่ 64 Bit

ตารางเปรียบ PCI ชนิดต่างๆ

ที่มา: expert2you.com, dcomputer.com