Что можно подключить к pci e в ноутбуке
Обновлено: 06.07.2024
PCI Express (PCIe, PCI-e) – один из наиболее распространенных протоколов передачи данных. Он используется в современной компьютерной технике для обеспечения взаимодействия различных ее функциональных блоков между собой.
Для самостоятельной сборки или апгрейда компьютера необходимо понимать, что такое PCI Express, какие существуют его версии, чем они отличаются и какие возможности обеспечивают.
Актуальности вопросу придает также то, что недавно компания AMD в своих последних процессорах и видеокартах начала использовать новую версию PCI Express (PCIe 4.0), позиционируя это как важное преимущество над устройствами конкурентов. Действительно ли это так?
Во всем этом мы и попытаемся разобраться.
Что такое PCI Express
PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express, сокращенно - PCIe или PCI-e) - это компьютерная шина, использующая высокопроизводительный протокол последовательной передачи данных.
Большинству непосвященных это определение наверняка покажется туманным. Чтобы стало понятней, разберем его более подробно.
Компьютерная шина - соединение, служащее для передачи данных между функциональными блоками компьютера.
Протокол – в данном случае значит "схема", "алгоритм", "порядок".
Последовательная передача данных – понятие более сложное, ему придется уделить больше внимания.
Все данные внутри компьютера циркулируют, обрабатываются и хранятся в виде двоичного кода, мельчайшими частичками которого являются биты. Подробнее об этом можно узнать здесь.
Передача данных между функциональными блоками компьютера может осуществляться либо параллельным, либо последовательным способом.
Параллельная передача данных
Параллельный способ подразумевает использование физического соединения из значительного количества проводников. Передача данных осуществляется "порциями", в которых количество битов соответствует количеству проводников в соединении. Каждая такая порция перед передачей как бы "развертывается в пространстве", разделяясь на биты, каждый из которых проходит к принимающему устройству по отдельному проводнику. Таким образом, каждую единицу времени каждый бит двоичного кода передается по отдельному проводу этого соединения, одновременно (параллельно) с другими битами, передающимися по остальным его проводам. Поэтому схема и называется параллельной.
Например, компьютерная шина PATA (IDE), которая в домашних компьютерах не так давно была основным способом подключения жестких дисков, состоит из 40 проводников (на изображении ниже). Из них только 16 используются непосредственно для параллельной передачи данных. За каждую передачу (такт) по такой шине проходит 16 битов информации. Частота шины - 33 МГц, то есть каждую секунду происходит 33 млн. передач. Таким образом, максимальная пропускная способность такого соединения равна 528 млн. битов в секунду (16 х 33 млн.), или, если перевести в мегабайты - 66 Мегабайт / с.
Несмотря на простоту, параллельная передача данных изжила себя и уже почти не используется в компьютерной технике. Главные ее недостатки:
• высокие затраты на создание каналов (нужно много проводников);
• высокая помеховосприимчивость из-за взаимного влияния передаваемых сигналов друг на друга (особенно, на длинные расстояния);
• необходимость обеспечения синхронного прохождения данных одновременно по всех проводниках соединения, из-за чего достижение высокой частоты отправки сигналов (частоты шины) является слишком сложной задачей.
Последовательная передача данных
Влиянию указаных выше негативных факторов в значительно меньшей степени подвержены схемы последовательной передачи данных. Сегодня они являются очень распространенными. Все USB-устройства, современные жесткие диски, SSD, видеокарты, сетевые карты и т.д. взаимодействуют с другим оборудованием с использованием последовательной передачи данных. Способ ее реализации в каждом из этих видов устройств, конечно же, отличается, но принцип везде одинаков.
Для последовательной схемы не нужно много проводников. Передача данных осуществляется через один коммуникационный канал по одному биту за каждую передачу, последовательно, один за одним (что-то на подобие азбуки Морзе).
На первый взгляд, такая схема кажется менее эффективной, чем в случае с параллельной передачей. Но это далеко не так. Высокая скорость здесь достигается за счет огромной частоты передачи данных (несколько миллиардов в секунду). А для устройств, требующих особо высоких скоростей обмена данными, одновременно используется несколько таких каналов (линий). Например, современные игровые видеокарты подключаются к компьютеру через 16 линий PCIe (PCIe x16).
Особенности стандарта PCI Express, его версии
Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel. Спецификации первой его версии появились еще в 2002 году. Сейчас развитием PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group, в совет директоров которой входят представители основных разработчиков аппаратного и программного обеспечения (Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems, HP, NVIDIA и другие). В своем развитии PCIe прошел несколько этапов и уже развился до версии 5.0.
PCIe является полнодуплексным протоколом, то есть предусматривает использование независимых друг от друга каналов приёма и передачи данных (устройство может одновременно отправлять и получать данные).
Перед отправкой данные кодируются в блоки. Это необходимо для синхронизации передающего и принимающего устройств, а также уменьшения влияния помех.
В PCIe 3.0 и боле новых ее версиях данные кодируются по более эффективной схеме 128b/130b (каждые 128 бит кодируются в 130-битный блок). Доля полезного содержания в передаваемых данных здесь составляет уже около 98,46%.
Разные версии PCIe отличаются не только способом "упаковки" битов в блоки, но и частотой передачи данных. В PCIe 1.0 она составляет 2,5 ГТ/с (гигатранзакций в секунду), то есть за одну секунду передается 2,5 миллиарда битов. Для лучшего восприятия переведем это в привычные единицы:
2,5*10 9 Бит / с = 312,5 Мегабайт / с.
Учитывая, что только 80% из них являются полезными данными, реальная пропускная способность PCIe 1.0 составляет 250 Мегабайт / с.
В PCIe 5.0 частота передачи данных возросла аж до 32 ГТ/с. Переведем это в удобный вид:
32*10 9 Бит / с = 4000 Мегабайт / с = 4 Гигабайт / с.
Поскольку полезные данные составляют 98,46%, реальная пропускная способность PCIe 5.0 равна 3,938 Гигабайт / с.
Применение PCI Express в компьютере. Разъемы PCI Express
Контроллер (управляющее устройство) линий PCIe не так давно встраивался только в чипсет (главную микросхему) материнской платы. Но, начиная с 2009 года, контроллер PCIe добавляется производителями также и непосредственно в центральный процессор. Это уменьшает задержки и позволяет процессору более эффективно взаимодействовать с другими устройствами.
Версии и количество линий PCIe в разных моделях процессоров и чипсетов отличается. Бо́льшая их часть формируется в разъемы, размещаемые на материнской плате. Они позволяют подключать к компютеру разнообразные устройства (видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, Wi-Fi-адаптеры и др.).
На материнской плате современного компьютера можно найти разъемы PCIe нескольких видов, отличающихся количеством используемых в них линий PCIe (от х1 до х16 линий). Не зависимо от того, насколько старым является компьютер, и какая версия PCIe в нем используется, эти разъемы всегда выглядят одинаково:
на изображении: верхний разъем - PCIe x4, по средине - PCIe x16, внизу - PCIe x1
Разные версии PCIe являются полностью совместимыми. То есть, если в старый компьютер, где используется версии PCIe 2.0, установить, например, видеокарту с PCIe 4.0, она будет нормально работать. Однако, реальная скорость обмена данными при этом у нее будет ограничена возможностями PCIe 2.0.
И наоборот, в самый новый компьютер с PCIe 4.0 можно без проблем установить старую видеокарту с PCIe 2.0.
Еще одной особенностью PCIe является совместимость разных ее разъемов. В разъем PCIe x16 можно подключить не только видеокарту, но и абсолютно любое другое устройство PCIe, в том числе и с разъемом PCIe x8, PCIe x4 или PCIe x1.
Совместимость разъемов сохраняется также и в обратную сторону. То есть, в разъем PCIe x1 можно установить видеокарту с разъемом PCIe x16. Физически она туда не войдет, но если разрезать заднюю стенку разъема (как на изображении ниже), то все получится.
Это, конечно же, "кустарщина" и без крайней надобности так делать не нужно. Тем более, что видеокарта при таком подключении будет работать в режиме PCIe x1, что весьма негативно скажется на ее быстродействии.
В ноутбуках для установки дополнительных устройств вместо упомянутых выше разъемов используется более компактный вариант - Mini PCIe. Линии PCIe используются также для создания некоторых других разъемов, в чатности, разъемов M.2 (служат для подключения современных запоминающих устройств, а также устройств некоторых других типов).
на изображении - разъем M.2 с запоминающим устройством в нем
Нужно ли апгрейдить компьютер ради PCIe 4.0
Как уже говорилось выше, последней из официально вышедших версий PCIe является версия 5.0 (опубликованы официальные спецификации, но на практике она не используется). Самой "свежей" версией из используемых по состоянию на конец 2019 года является PCIe 4.0, и, судя по всему, еще долго будет таковой оставаться. Она вышла в 2017 году, однако внедрена в конкретные устройства лишь недавно, в 2019 году. Ее начала использовать компания AMD в процессорах Ryzen архитектуры Zen 2, а также в видеокартаx Radeon серии RX 5700 / 5500.
Несомненно, это значительное достижение AMD, однако, оно пока является лишь заделом на будущее и не дает никаких практических преимуществ перед конкурентами. Компания Intel внедрять PCIe 4.0 в свои процессоры не торопится. Не спешит делать это и компания nVidia, видеокарты которой пока довольствуются PCIe 3.0.
Все дело в том, что на современном этапе развития компьютерной техники возможностей PCIe 3.0 вполне достаточно. Превосходство PCIe 4.0 можно увидеть лишь в синтетических тестах. В практических же сценариях необходимости в настолько высоких скоростях обмена данными пока нет.
Видеокарты с PCIe 4.0 вполне нормально работают и в системах с PCIe 3.0. Более того, даже в компьютерах с PCIe 2.0 они показывают почти такую же производительность в играх и других приложениях, как в компьютерах с PCIe 4.0.
Но продлится это, судя по всему, не долго. Направлением, где в ближайшее время станет реально востребованной PCIe 4.0, являются современные М.2 SSD-накопители, быстродействие которых уже почти "уперлось в потолок " стандарта PCIe 3.0. Затем черед дойдет до видеокарт и другого оборудования.
Так что апгрейдить старый компьютер только ради PCIe 4.0 пока нецелесообразно. Однако при покупке нового компьютера, который планируется к использованию достаточно длительнное время, брать во внимание версию PCIe, поддерживаемую его внутренними устройствами, однозначно нужно.
Есть универсальный способ и для MacBook, и для Windows-устройств.
Видеокарта – наиболее узкое место ноутбуков. Даже если разместить в нем полноценный процессор, не всегда габариты и энергопотребление позволяют установку мощного ускорителя.
Пример тому – ультрабуки, в которых производительные видеокарты практически не встречаются.
Как подключить внешнюю видеокарту?
Для этого необходимы специальные переходники-(док)станции. Внешние доки для видеокарты знакомы нашим читателям, среди которых существуют и специальные варианты для MacBook.
Почему они не получили широкого распространения? Цена. Смотрите сами:
У каждого из них свои особенности и требования. На этом фоне очень выгодно выглядит EXP GDC за 46 долларов.
EXP GDC подойдет для всех MacBook (со свободным MiniPCI-Express, Thunderbolt, M.2), а так же для большинства Windows/Linux ноутбуков.
Как работает EXP GDC?
EXP GDC — активный переходник (eGPU) со стандартного для настольных видеокарт разъема PCI-Express 16x на одну из вариаций miniPCI-Express.
Он необходим для того, чтобы ноутбук мог использовать внешнюю полноразмерную видеокарту вместо или вместе с интегрированной в процессор. Поддерживается два способа работы:
- вывод с дискретной внешней графики на экран лэптопа,
- вывод с внешней карты на внешний монитор или мониторы (через выходы карты).
Не смотря на совместимость разъемов, просто перекинуть провода с видеокарты на мини-разъем не получится, требуется конвертация. Для этого и требуется питание, необходимость которого скрывает слово «активный».
Система представляет собой конструктор: на ней есть базовые входы-выходы: порт для подключения кабеля к компьютеру, USB 2.0, гнезда питания для видеокарты и дока.
Для подключения ПК в продаже есть следующие варианты кабелей:
- miniPCI-E 1x;
- M.2 (SATA/miniPCIe);
- ExpressCard;
- NGFF;
- переходник с ExpressCard на Thunderbolt 2.
Один из этих разъемов обязательно есть у ноутбука. В частности, miniPCI-E и M.2 используются для подключения Wi-Fi модуля ноутбука и для дополнительных жестких дисков. Многие лэптопы обладают дополнительным слотом для подключения устройств расширения (например, 4G-модема).
Интерфейс ExpressCard, пришедший на смену давно устаревшему PCMCIA, представляет собой MiniPCI-E, из которого убраны линии подключения светодиодов и SIM-карты. С его помощью EXP GDC через соответствующий переходник можно подключить к разъему Thunderbolt.
Впрочем, у MacBook есть miniPCI-E или его вариант M.2 (а вот у миниатюрных настольных «маков»).
Реальные системные требования
Фактически, разработчики EXP GDC не выдвигают требований к ноутбуку для подключения. Единственным условием является наличие поддерживаемого разъема. Так им удалось создать практически универсальное устройство — подойдет даже для древних систем до линейки Intel Core i3/i5/i7.
Для собственного ноутбука это можно проверить в подробных спецификациях. В том случае, если свободного слота не указано (нет), подойдут разъемы M.2 для дополнительного жесткого диска, внутреннего модема или модуля Wi-Fi. Придется их демонтировать.
На практике может случится, что слот есть, но внешняя карта работать не будет. При работе через miniPCI-E/M.2 нужно учитывать тип слота ноутбука. Нам требуется тип А (key A). Тип В скорее всего окажется неработоспособен.
Не стоит забывать и о балансе между видеокартой и процессором. EXP GDC работает через интерфейс с максимальной скоростью передачи около 5 Гбит/c. Что-то вроде GTX 1080 будет работать — но от нее не получить даже 30% процессорного времени.
Идеальным вариантом станет карта уровня NVidia GTX 560/670. Именно на этих моделях производительность предельно упирается в скорость передачи интерфейса. Отрисовки изображения на матрице ноутбука при помощи внешней видеокарты можно добиться только при использовании видеокарт NVidia с поддержкой NVidia Optimus.
ВНИМАНИЕ. Двухчиповые видеокарты и SLI связки из-за особенностей адресации ввода-вывода работать через такой переходник не будут. Операционная система может быть любой. Причем, ноутбуки на Windows с объемом оперативной памяти свыше 4 ГБ требуют шаманизма при подключении внешней карты через EXP GDC. В Linux или OS X эта операция не требуется.
Что потребуется дополнительно?
Блок питания. EXP GDC продается с блоком питания и без него. Стоит ли переплачивать, если система будет функционировать с любым компьютерным БП с мощностью 350 Вт и выше, который можно купить за 5 долларов на местной барахолке?
Корпус. В противном случае система будет иметь не самый эстетичный вид. Если рабочее место стационарное — и так сойдет.
Кабели. Выбор необходимого для подключения к ноутбуку зависит от модели. Так же потребуется провод для подключения питания внешней видеокарты.
Это и правда работает?
Еще как. Например, для системы из
- Lenovo x220 i7-2640M\8GB\SDD Samsung 840 Pro 256GB
- eGPU EXP GDC
- ZOTAC GeForce GTX 670 AMP! Edition 2 GB
Результаты такие: раз два Конечно, со встроенным ядром они недостижимы.
Правда, в случае с доком EXP GDC максимальной производительности можно добиться только при работе с внешними мониторами. Их количество ограничено только возможностями карты.
О том, насколько использование узкой шины влияет на результаты, можно почитать здесь. В среднем получается около 10-35% потерь. Критично? Не думаю.
Важно, что процент потерь практически не меняется вплоть до 9 линейки Nvidia. Конечно, разница есть: но 90% возможностей GTX 560 и 65-70% GTX 960 — различаются в несколько раз.
Стоит ли покупать внешний док?
Все зависит от финансовых возможностей и поставленных целей. С помощью EXP GDC можно реализовать несколько интересных, востребованных сценариев.
Сценарий первый: превратить производительный ультрабук в игровую машину. Как ни крути, игровые ноутбуки — то еще удовольствие, особенно если с ними необходимо много и часто ездить. А мощности легких лэптопов часто не хватает именно со стороны графического адаптера.
Скажем, популярный Intel Core i7-6700 легко раскачает Nvidia GTX 960/1060. Этот процессор можно найти в устройствах стоимостью около 600-800 долларов, или 35-50 тысяч рублей.
Что значительно дешевле игрового лэптопа. (Конечно, существует еще серьезная машина Dell с видеокартой GTX 1060 и массой около 2 кг в районе 1000 долларов, но это совсем другая история.)
Сценарий второй: увеличить производительности уже имеющегося старого устройства 2011-2014 года выпуска достаточно дешевой и производительной GTX 560/580 (кстати, это последняя карта NVidia с аппаратным декодированием наиболее популярного кодека видео с разрешением 4К).
Сценарий третий: получить дополнительные возможности, предлагаемые новыми видеокартами для настольных ПК. Их довольно много, но наиболее привлекательны:
- работа с видео,
- расширение количества и разрешения мониторов,
- возможность использовать CUDA для вычислений.
Этот вариант я использую для подключения Maxsun GTX 1060 с кучей CUDA-процессоров (для расчетов математических моделей) к разнообразным рабочим машинам вроде 7-летних Dell. Игровые ноутбуки с этим не справляются.
Для тех, кто боится трудностей настройки, существуют более производительные, чем EXP GDC за 46 долларов, решения с высокопроизводительным интерфейсом Thunderbolt 2/3. Но их цена значительно выше, и рассмотрим мы их чуть позже.
Николай Маслов
Kanban-инженер, радиофизик и музыкант. Рассказываю о технике простым языком.
экспресскард в полном разборе
Распайка экспресскард
экспресскард с кабелем
3.Для minipci-e переходника я использовал дохлую (можно рабочую, т.к они дохнут гораздо реже материнских плат) wi-fi сетевую, купил по 100р 2 шт. Аккуратно отпаиваем этим же феном экран и все детальки, вызваниваем заветные контакты и припаиваем мгтф-ом 9 проводков.
minipci-e халф переходник
Подпаиваться к родным контакным площадкам нежелательно, т.к. они отпадают уже при лужении, выдирая дорожки. Я зачищал от лака в удобном для пайки месте дорожку, лудил и подпаивал туда мгтф, вырвать её из лака уже гораздо сложнее.
4.Разъемы и Кабель hdmi. Тут все зависит от вашей фантазии и желания оставить совместимость c китайцами. Разъем с ушами стоит 1$, кабель на 1.3м где-то 6$, mini и micro hdmi в продаже не нашел, с ними сложнее работать.
Три переходника
общий вид
5.Я развел мини платки для стыковки ушастого hdmi разъема со шлейфом, а также установкой некоторых джамперов и переключателей временных реле, распечатал лазерником на глянцевом журнале, перевел утюгом на текстолит, вытравил хлорным железом, просверлил тонкой иголкой (0.5мм) и запаял. Шлейфы экранировал фольгой от шоколадки и скотчем. Получился откровенный совок, зато надежно.
hdmi ушастые и заготовка-переходник
страшный пайка
Есть задел на кейс для видяхи и бп (приобрел по случаю ezcool w100) . Когда будет готов рабочий прототип, можно будет заказать платки на заводе.
кейс
кейс в разборе
c mini pci-e 55$
(кликните по картинке для увеличения)
Панель Nvidia
Максимальная производительность достигается при отрисовке на внешний дисплей. На экране ноутбука результат ниже, чем на внешним, но лучше, чем без optimus. Пользоваться такой системой очень неудобно, но все шаги реально автоматизировать.
Из тестов немного синтетики.
3dmark2006
10500 на внешний,
8600 на внутренний и
5200 без optimus, на компе (Phenom II 4x3GHz)
16000. На ноуте с core i5 480m и видеокартой 460gtx( данные с форума)
14000 марков.
3dmarkVantage
10200 на внешний,
8200на внутренний и 7800 без optimus, на компе
На внутренний
Работа на внешний монитор
Эксперимент №3
По воле случая я стал обладателем скромного и дохлого девайса samsung r428 на 4500MHD чипе, с разбитым дисплеем, дохлой мамкой и винтом.
samsung r428 без матрицы
Восстановлению не подлежал из экономических соображений. Но материнку я всё же восстановил. Любопытно было опробовать систему на убогом. Беда в том что expresscard у него нет. Единственный способ – minipci-e в ущерб беспроводной связи.
низ самса
У данного ноута есть перспектива вывести ушастый hdmi вместо заглушки e-sata.
заглушка esata
Без дисплея использовать спецсофт было проблематично, поскольку эти sams-ы не работают на внешний моник без винды, в отличие, например, от asus. Даже в bios не зайти.
Адресные ресурсы устройству требовались, ноут не загружатся с устройством либо видеокарта не определялась с ошибкой 43.
(кликните по картинке для увеличения)
Ошибка 43
Я поступил хитро – загрузил винду с родной wi-fi картой, ресурсы выделились. Увел в сон, поменял на видеокарту и разбудил. Драйвер встал, видеокарта заработала. Драйвер 270.51beta 32 bit пока без optimus.
(кликните по картинке для увеличения)
msiafterburner
270.51 с активированной десктопной optimus доступна пока только ввиде Verde 64bit для мобильных видеокарт + файл поддержки десктопных видеокарт. К сожалению пока нет дисплея, 7-ку 64bit поставить нет возможности. На момент написания статьтьи уже вышли 270.61 сертифицированные драйвера. Будем надеяться optimus и там разблокируется.
В планах
1. Доделать кейс для видяхи.
2. Дождаться матрицы, поэксперементировать с W7 64 и задействовать Optimus на samsung-е, автоматизировать с помощью спец флэшки выделение ресурсов под видяху для удобства без перетыков, вывести разъем на бочину.
Чтобы прикинуть возможности поддержки (Да/Нет) своего железа, предлагаю воспользоваться таблицой.
- Зеленый Nvidia Ферми (GTS450 или лучше)
- Красный ATI HD5750 или лучше.
- Синий Выбираем из потребностей: DX9 (ATI HD5750 или лучше) или DX10/DX11 (Nvidia Ферми). Ферми NVidia дает лучшую общую производительность и технологию Optimus с правильным ноутбуком, не забываем про физику.
Обычно домашний ПК обходится одной видеокартой, вставленной в PCI-E слот перпендикулярно материнской платой, или вообще встроенным видеоядром, но так бывает не всегда.
До недавнего времени удлиннители PCI-E были экзотикой. С ними сталкивались в основном сборщики серверного оборудования и энтузиасты, собиравшие ПК в уникальных корпусах наподобие такого:
Гибкий удлиннитель позволял расположить карту расширения параллельно материнской плате, за счёт чего можно было выиграть несколько сантиметров в толщине корпуса, или облегчить тепловой режим устройства, а в корпусах типа 1U по-другому было вообще никак.
Выглядели они тогда вот так:
Всё изменилось тогда, когда в широкие массы шагнул майнинг криптовалют.
Удлиннители оказались широко востребованы, так как без них 5-6-7-10-12-15 видеокарт в одну материнскую плату просто невозможно включить физически — одна видеокарта с учётом системы охлаждения занимает два(а иногда и три) слота по толщине и ещё требует рядом с собой хоть немного свободного пространства для доступа воздуха. Могут последовать возражения, что система жидкостного охлаждения позволяет уменьшить толщину «бутерброда» из плат, но на практике она при этом ещё и увеличит срок окупаемости фермы, так как качественный жидкостный теплообменник — довольно недешёвое изделие.
Одной из особенностей интерфейса PCI-E является совместимость устройств и шин с различной шириной.
Устройство, рассчитанное на ширину шины х1/х2/х4/х8, свободно работает в разъёме большей ширины, оставляя незадействованными часть линий данных, а видеокарта для шины с шириной х16, как правило, способна работать в разъёмах с меньшей шириной шины, хоть и на несколько сниженной скорости:
Вывод: устройство полностью работоспособно в рамках заявленной производителем функциональности и рекомендуется к покупке тем, кто занимается ремонтом и диагностикой компьютерного железа. Длина кабеля позволяет вытянуть разъём для видеокарты из корпуса на стол и не дёргать каждый раз крышку и материнскую плату.
Читайте также: