תקן PCI Express - מה זה בעצם?

אי שם בשנות ה-80 המוקדמות פרצה IBM דרך לשוק המיחשוב הביתי. בתחילה, המחשב האישי שסיפקה החברה הספיק לרוב הפעולות הביתיות הבסיסיות אף עד מהרה רצו ארגונים ומוסדות מחקר שונים להוסיף לו תכונות נוספות, וכך נולד תקן ה-ISA (ראשי תיבות של Industry Standard Architecture) – הראשון אשר הגדיר את האפשרות של הוספת כרטיסים אלקטרוניים למחשב הביתי לשם הוספת יכולות.

תקן זה, שהיה מצוין בשעתו, מיצה את מלוא יכולתו (מבחינת מהירות ורוחב פס) תוך כ-10 שנים – עם התגברות הדרישה ליותר משאבים וההתפתחות הטכנולוגית של המחשב הביתי. את מקומו תפס בתחילת שנות ה-90 תקן ה-PCI (ראשי תיבות של Peripheral Component Interconnect), שסיפק ליצרני הכרטיסים יותר מרחב מחייה, והציע יותר מהירות, יותר רוחב פס ותפס פחות מקום על לוח האם.

הופעת הכרטיסים הגרפיים

כמו כל דבר בתעשיית המחשבים, גם התפתחות זו הייתה זמנית ועד מהרה נדרש שקע חדש עבור תחום חדש שהלך והתפתח

 במחצית השניה של שנות ה-90 - משחקי המחשב. משחקים אלה דרשו יותר ויותר יכולות עיבוד גרפי, יותר מאשר עיבוד מתמטי פשוט. חריץ ה-AGP המיוחד נולד מתוך צורך מיוחד זה ויועד אך ורק על מנת להאיץ את כרטיס המסך ואת הגישה שלו למעבד הראשי והזיכרון (ומכך גם שמו, Accelerated Graphic Port).

כרטיסי המסך השונים החלו לתפוס תאוצה בשנים שלאחר הופעת ה-AGP ובעצם הביאו את תעשיית המעבדים הגרפים להיכן שהיא נמצאת כיום, כאשר את רוב הונן חייבות ATi ו-nVIDIA לתקן זה ולאפשרויות הגלומות בו.

עידן ה-PCI-X

במהלך שנים אלה כמעט וחדל ה-PCI מלהתפתח, כאשר לא הייתה דרישה ליותר רוחב פס עבור הכרטיסים הביתיים; לעומת זאת, שרתים דווקא דרשו יותר רוחב פס לכרטיסי הרחבה שונים כגון כרטיסי RAID וכרטיסי רשת מהירים – כך נולד תקן ה-PCI-X. תקן זה, שהיה נפוץ בשנים האחרונות עבור השרתים בלבד סיפק צרכים ספציפיים אלה.

הקפיצה הטכנולוגית הבאה באה שוב מתחום יצרניות המעבדים הגרפים, שהרגישו כי ניצלו את כל רוחב הפס שיכל ה-AGP להציע – והחליטו שוב להתקדם ולהחליף תקן תקשורת לכרטיסי הרחבה וכך הגיע תקן ה-PCI-Express למחשב הביתי. תקן זה, אשר אמור לעשות מהפכה לא קטנה במבנה לוחות האם, החל לצוץ כבר לפני כמה שנים בשוק השרתים, ולפני כשנה הגיע גם למחשבים האישיים.

התקן החדש בישר על כמה מההתפתחויות החשובות ביותר במיחשוב הביתי בזמן האחרון, כאשר עיקרו הוא הגמישות שלו, ובזכות תכונה זו הצליחו חברות רבות ליצור טכנולוגיות תקדימיות כמו ה-SLI וה-CrossFire (שימוש בשני כרטיסי מסך במקביל), וכמובן כרטיסי הרחבה מהירים יותר כגון כרטיסי טלוויזיה בעלי רזולוציה גבוהה וכרטיסי רשת מהירים במיוחד.

תקן זה, שכאמור הוא האחרון בגלגוליו של מחבר כרטיס ההרחבה, הוא מבחינת מחשבה חדשה על כל תחום התקשורת בין הרכיבים בלוח. קודם לכן התקשורת בין הרכיבים השונים הייתה מקבילית (כלומר כמה קווי תקשורת בין רכיב לרכיב המשדרים וקולטים במקביל), וה-PCI-Express הופך את התקשורת הזו לטורית בנוסף למקבילית (כמה קווי תקשורת המשדרים וקולטים לסירוגין). לכאורה, נראה כי התקשורת הטורית יעילה פחות מהמקבילית, שכן נראה כי יותר מידע עובר בצורה

מקבילית מאשר בשיטה הטורית העושה שימוש בפחות קווי תקשורת, וכן משתמשת באותם הקווים עבור תקשורת בשני הכיוונים.

פיתוחים טכנולוגיים בשנים האחרונות הצליחו להוכיח את ההפך הגמור - בעוד קיימת מגבלה במהירות שבה ניתן לשדר על גבי קווי התקשורת המקבילים (מבחינת הפרעות והמרחק בין הקווים), קווי התקשורת הטוריים אינם מוגבלים באותו אופן, שכן יש צורך בפחות קווי תקשורת ולכן ניתן להגיע למהירות תעבורת מידע גבוהה יותר. דוגמה לכך ניתן לראות בהשוואה בין חיבורי המדפסות המקבילים הישנים, לבין חיבורי ה-USB הנוכחיים (הטוריים), כאשר בחיבור ה-USB ניתן לראות גמישות רבה יותר ותוספת תכונות לעומת החיבור המקבילי הישן, שלא לדבר על תוספת המהירות הניכרת.

גישה חדשה

ה-PCI-Express מבשר על גישה חדשה שונה לגמרי עבור תקשורת הרכיבים, הדומה יותר לגישה שאנו מוצאים ברשתות מחשבים גדולות כגון האינטרנט. בגישה זו נארז המידע באריזות מידע קטנות (Packets) ומשודר בתוספת ביטים עבור כתובות שונות ובדיקות שגיאה עבור המידע המצוי ב-Packet. חבילות מידע אלו משודרות במהירות גבוהה הרבה יותר מאלו המשודרות ברשת הביתית שלכם, ויוצרות את היתרון הגדול של ה-PCI-Express מול שאר שיטות התקשורת על גבי לוח האם – כל חבילת מידע יכולה להיות מועברת לכל רכיב ביעילות רבה יותר.

גישה זו לתקשורת נתונים בלוח האם הופכת למעשה את הגשר הדרומי לרכיב רשת שנקרא Switch המנתב את חבילות המידע בין רכיב לרכיב. תכונה זו מאפשרת את טכנולוגיות ה-SLI וה-CrossFire (שימוש בשני כרטיסי מסך במקביל על לוח אם אחד) שכן גם ATI וגם nVIDIA נסמכות על האפשרות של מעבר מכרטיס לכרטיס באופן יעיל ומהיר, תוך אפשרות לשלוט במידע המגיע מכל אחד מהם בנפרד.

ארכיטקטורה זו של תקשורת מאפשרת גמישות רבה במיקום הפיזי של חריצי ההרחבה של ה-PCI-Express וכן מאפשרת צימוד של כמה חריצים על מנת ליצור ערוץ תקשורת בעל רוחב פס גדול יותר מכמה חריצים המסודרים מזה אחר זה. כרטיסי המסך הנוכחיים עושים שימוש בכמה מחברים של PCI-Express המסודרים בשורה, ויוצרים למעשה מחבר יחיד המאפשר העברת רוחב פס גדול פי 16 ממחבר יחיד.

אז למרות שתקן ה-PCI-Express כבר אינו חדש ומצוי בשוק הרחב כבר יותר משנה, עדיין אין אנו רואים נהירה של יצרניות כרטיסים ולוחות אם אל תקן זה. נכון, כרטיסי המסך ורוב לוחות האם החדשים הנמכרים כיום מגיעים עם חריץ זה, אך עדיין קשה למצוא כמה מוצרים שהובטחו לנו, עם יציאת התקן, בחנויות. כרטיסי טלוויזיה התומכים ב-PCI-Express (למרות שהוכרזו) לא נמצאים עדיין במלאי בחנויות, כרטיסי עריכת וידיאו אפילו לא הוכרזו (למרות שצפויים כאלו) וכן אין אנו רואים כרטיסי קול איכותיים או כרטיסי רשת בתקן זה.

החשש מהימור

שוק המחשבים למעשה "מפחד" לעזוב את ה-PCI ששירת אותו נאמנה כל כך הרבה זמן ולשים את כל הכסף על ה-PCI-Express, בדומה לתקופה בה התבצע המעבר ל-PCI מתקן ה-ISA שהתישן. עד היום לא נמצאה הצדקה להעביר רבים מהכרטיסים לתקן זה, שכן עד היום סיפק ה-PCI את כל רוחב הפס שהכרטיסים היו זקוקים לו, אך עם התקדמות הטכנולוגיה ופלישת המחשב הביתי לתחומים נוספים של מולטימדיה - אולי רק אז נראה מעבר כולל אל ה-PCI-Express.

השימוש העתידי ל-PCI-Express עשוי לבוא לידי ביטוי בטכנולוגיה שהייתה אולי הכי מדוברת באמצע שנות ה-90 – ה-Virtual Reality. עד היום, כל טכנולוגיה שניסתה להשיג אפקט זה נחלה כישלון או כלכלי או טכנולוגי, אך עם כרטיסי המסך המתקדמים של העתיד והמעבדים מרובי הליבה, הדורות הבאים יוכלו לאפשר יישום איכותי של רעיון טכנולוגי זה.

הכתבה המקורית פורסמה באתר HWzone.co.il