پی سی آی ای یا پی سی آی اکسپرس که به صورت PCIe نیز نوشته می‌شود و مخفف کلمه لاتین peripheral component interconnect express است، به معنای اتصال سریع قطعات جانبی است. PCIe در واقع استانداردی برای اتصال پرسرعت تجهیزات و قطعات جانبی رایانه است.

در همه‌ی مادربردهای دسکتاپ می‌توان یک سری اسلات یا شیار یافت که می‌توان از آن‌ها برای نصب کارت‌های جانبی از جمله کارت گرافیک، کارت RAID، کارت Wi-Fi یا کارت SSD استفاده کرد. نوع شیار PCIe استفاده‌ شده در کامپیوتر شما بستگی به نوع مادربرد خواهد داشت.

اسلات‌های پی سی آی ای با مشخصات فیزیکی متفاوتی عرضه‌ شده‌اند که عبارت‌اند از: x1, x2, x4, x8, x16, x32. عدد نوشته شده بعد از x نمایانگر تعداد لاین‌ها (مسیری که داده دریافت یا ارسال داده انجام می‌شود) در هر شیار است.

به‌ عنوان مثال یک شیار PCIe x1 شامل یک لاین انتقال داده است که می‌تواند با سرعت یک بیت بر سیکل انتقال داده را انجام دهد و یک شیار PCIe x2 شامل دو عدد لاین بوده و با سرعتی معادل با دو بیت بر سیکل انتقال داده را انجام خواهد داد.

هرچند که می‌توان یک کارت PCIe x1 را به یک شیار PCIe x16 وصل کرد اما پهنای باند آن کم می‌شود. همچنین می‌توان یک کارت PCIe x8 را روی یک شیار PCIe x4 نصب کرد اما از نصف پهنای باند واقعی می‌توان استفاده برد. معمولاً کارت‌های گرافیکی برای بهترین بازده به یک شیار PCIe x16 نیازمندند.

نسل‌های مختلف پی سی آی ای: PCIe 4.0 و PCIe 5.0

استانداردهای PCIe در حال حاضر در چهار نسل عرضه می‌شوند: PCIe 1.0، PCIe 2.0، PCIe 3.0 و PCIe 4.0 و در هر نسل پهنای باند دو برابر نسل قبلی خود است.

پایین‌ترین نسل استفاده‌ شده تعیین‌کننده کارایی نهایی شما از کارت نصب ‌شده خواهد بود. به این معنا که اگر یک کارت PCIe 2.0 را بر روی یک شیار PCIe 3.0 نصب کنید در نهایت کارایی PCIe 2.0 را خواهید داشت.

نسل PCIe 4.0

استاندارد PCIe 4.0 که از سال 2017 به کار گرفته شد قادر به انتقال 4 گیگ بر ثانیه بوده و قابل‌استفاده برای سرورهای سنگین است؛ اما به‌تازگی با SSDها نیز سازگار شده است.

پردازنده‌های AMD سری Ryzen 3000، اولین پردازنده‌های دسکتاپ بودند که PCIe 4.0 x16 را براحتی پشتیبانی کردند.

نسل PCIe 5.0

نسل پنجم PCIe نیز که قابلیت انتقال GBps 128 را خواهد داشت، در دست ‌ساخت است. این نسخه با وجود سازگاری با نسل‌های قدیمی، از قابلیت‌های جدید نیز برخوردار خواهد بود: ازجمله تغییرات الکتریکی در راستای بهبود کیفیت سیگنال و سازگاری با نسل‌های قدیمی CEM کانکتورها برای نصب کارت‌های توسعه. انتظار می‌رود که نمونه‌های اولیه PCIe 5.0 در سال 2019 شروع به کار کرده و تا 2020 دسترسی گسترده‌تری را ایجاد کنند.

گروه مهندسی PCI-SIG که استانداردهای PCIe را طراحی و تعریف می‌کنند، انتظار دارند که برای مدتی نسل PCIe 4.0 و PCIe 5.0 بطور همزمان وجود داشته باشند، بدین ‌صورت که PCIe 5.0 بیشتر برای پردازش‌های سنگین که نیاز به انتقال داده با حجم بالا دارند استفاده شوند.

بطور مثال پردازش‌های مربوط به کارت‌های گرافیکی هوش مصنوعی و نرم‌افزارهای شبکه؛ بنابراین PCIe 5.0 عمدتاً در مرکز داده‌ها و محیط‌های ابررایانه‌ای (HPC) مورد استفاده قرار می‌گیرند، درحالی‌که PCIe 4.0 برای استفاده‌های عمومی‌تر همانند کامپیوترهای دسکتاپ کافی خواهد بود.

مقایسه سرعت نسل‌های PCIe

برای مقایسه سرعت انتقال داده در نسل‌های مختلف PCIe، کافی است به جدول زیر مراجعه کنید:

واضح است که سرعت انتقال داده از نسل سوم PCIe به بعد، با توسعه هر نسل، دو برابر می‌شود. همچنین مقایسه نسل سوم و چهارم PCIe از نظر تعداد لاین‌ها نیز در جدول زیر ارائه شده است:

همانطور که در جدول بالا نیز مشاهده می‌شود، به عنوان مثال سرعت انتقال داده در PCIe 3.0 با 8 لاین برابر 8 GB/s است. در حالی که در نسل چهارم PCIe، این سرعت برابر 16 GB/s خواهد شد.

قابلیت backward و forward در نسل‌های جدید PCIe

نسل‌های جدیدتر PCIe یعنی از نسل سوم به بعد، قابلیت backward و forward یا به زبان ساده‌تر، انتقال داده در مسیرهای رو به جلو و رو به عقب را بصورت همزمان دارا می‌باشند.

قطعات جانبی که روی مادربرد تعبیه می‌شوند نظیر GPU، NVME SSD و غیره را می توان به لطف قابلیت backward و forward، روی PCIe های مختلف متصل نمود. این قابلیت امکان اتصال قطعات جانبی قدیمی را روی اسلات‌های نسل جدید و بالعکس فراهم می‌آورد.

بیشتر بخوانید : تمام آن چیزی که باید در رابطه با مادربرد و قطعات آن بدانید

به عنوان مثال، یک کارت گرافیک PCIe 4.0 را می‌توان در اسلات PCIe 3.0 مادربرد قرار داد. با این حال، پهنای باند کارت گرافیک نسل چهارم محدود شده و تنها در محدوده پهنای باند اسلات نسل سوم می‌توان از آن استفاده کرد.

بطور مشابه، یک کارت گرافیک PCIe 3.0 را می‌توان در اسلات PCIe 4.0 مادربرد قرار داد، در این حالت هم محدوده کارت گرافیک نسل سوم، تعیین‌کننده پهنای باند و سرعت انتقال داده است، هرچند اسلات نسل چهارم با سرعت و پهنای باند بیشتر استفاده شده باشد.

ارتباط درایو SSD و کارت گرافیک GPU با PCIe چیست؟

همانطور که قبلاً ذکر شد، PCIe 4.0 قابلیت backward و forward دارد. بنابراین، می‌توانید یک PCIe 4.0 GPU را در یک اسلات PCIe 3.0 قرار دهید، اما پهنای باند شما محدود به اسلات نسل سوم خواهد شد.

به عبارت دیگر، نمی‌توانید از سرعت فوق‌العاده GPU PCIe 4.0 نهایت استفاده را ببرید. همین امر در مورد SSD های PCIe نیز صدق می‌کند، بنابراین هنگام خرید به این نکته توجه داشته باشید.

PCIe 4.0 GPU چیست؟

همان قواعدی که برای SSD در مورد پهنای باند و نرخ انتقال داده اعمال می‌شود، برای GPU های PCIe 4.0 نیز قابل‌اعمال است.

اگر یک GPU یا همان پردازنده گرافیکی PCIe 4.0 برای سیستم خود خریداری می‌کنید و به دنبال بهره‌برداری از عملکرد فوق‌العاده آن و کاهش تأخیر هستید، مادربرد شما باید دارای یک اسلات PCIe 4.0 با تعداد لاین مناسب برای پشتیبانی از GPU PCIe 4.0 داشته باشد.

در غیر این صورت، پردازنده گرافیکی PCIe 4.0 شما محدود به سرعت انتقال نسل قبل خواهد شد.

PCIe 4.0 SSD چیست؟

اگر به دنبال یک SSD پرسرعت PCIe 4.0، مانند PCIe 4.0 NVMe SSD هستید، باید بدانید که مزیت‌های متعددی با استفاده از این SSD عاید شما می‌شود، از جمله افزایش نرخ انتقال داده، پهنای باند و کاهش تاخیر در گذرگاه PCIe. البته با این فرض که مادربرد شما مجهز به اسلات‌های PCIe 4.0 بوده و می‌توانید SSD های PCIe 4.0 را در آن قرار دهید.

به یاد داشته باشید، نسل PCIe مورد استفاده در اسلات‌های PCIe مادربرد، تعیین‌کننده نرخ انتقال داده و پهنای باند هر کارتی است که در آن قرار می‌دهید. SSD های PCIe 4.0 فقط می‌توانند با سرعت اسلات PCIe 4.0 برابری کنند و SSD های PCIe 3.0 نمی‌توانند سرعت انتقال داده و پهنای باند را به اندازه PCIe 4.0 افزایش دهند.

بنابراین، اگر هر درایو SSD PCIe 4.0 را در اسلات‌های PCIe نسل قبلی قرار دهید، پهنای باند و افزایش سرعت انتقال داده‌ای را که از PCIe 4.0 انتظار دارید، دریافت نخواهید کرد، بلکه تنها پهنای باند و نرخ انتقال داده مربوط به نسل PCIe آن اسلات قابل دریافت است.

چرا PCIe 4.0 برای ذخیره‌سازی اهمیت دارد؟

آخرین نسخه PCIe 4.0 می‌تواند داده‌ها را با سرعت تقریبی 2 گیگابایت در ثانیه (GB/s) در هر لاین (در مقابل 1 گیگابایت بر ثانیه در هر لاین در نسل سوم) منتقل کند. این نسل پهنای باند را در یک ساختار 4 لاین نزدیک به 8 گیگابایت بر ثانیه افزایش می‌دهد.

این سرعت بالا و عملکرد بهتر، می‌تواند عملیات پردازش سنگین نظیر یادگیری ماشینی (ML)، آنالیز پایگاه داده NoSQL، و محاسبات ابری متمرکز یا مجازی را برای کاربر ساده نماید. همچنین می‌تواند تراکم خطوط داده را کاهش داده و در مصرف برق سیستم نیز صرفه‌جویی کند.

آیا نیازی به ارتقای PCIe به نسل چهارم وجود دارد؟

PCIe 4.0 از پهنای باند دو برابر PCIe 3.0 پشتیبانی می‌کند، بنابراین اگر می‌خواهید از قابلیت‌های پهنای باند کارت توسعه PCIe 4.0 که به تازگی خریداری کرده‌اید استفاده کنید، به اسلات PCIe 4.0 روی مادربرد خود نیاز خواهید داشت.

اما ممکن است سرعت انتقال و پهنای باند چندان برای شما اهمیت نداشته و لزومی برای صرف هزینه بیشتر از نظر شما وجود نداشته باشد. در این صورت، برای تصمیم‌گیری در مورد ارتقا به PCIe 4.0، دو سوال کلیدی زیر را پاسخ دهید:

• آیا کارت‌ها و اسلات‌های PCI Express فعلی سرعت‌هایی را که برای برنامه‌های مختلف نیاز دارم در اختیارم می‌گذارند؟
• آیا برنامه‌های نصب شده در آینده‌ای نزدیک به افزایش پهنای باند نیاز دارند تا بتوانند با حجم بالای ورودی/خروجی خود هماهنگ باشند؟

با پاسخ به این سؤالات می‌توانید مطمئن شوید که آیا سیستم شما نیاز به ارتقای PCIe دارد یا خیر.

بررسی چند نمونه SSD و کارت گرافیک

بیشتر محصولات درایوهای SSD ارائه شده در آونگ، از نسل چهارم بوده که بر روی اسلات‌های نسل چهارم PCIe قابل‌نصب هستند. البته این درایوها را می‌توان روی اسلات‌های نسل سوم نیز نصب کرد، اما محدودیت پهنای باند و سرعت انتقال متناسب با PCIe 3.0 عملکرد آ‌ن‌ها را تضعیف خواهد کرد.

چند نمونه‌ها از درایوهای SSD که از فناوری PCIe 4.0 پشتیبانی می‌کنند عبارت‌اند از: