PCI Express نسل بعدي درگاه كارت هاي گرافيكي:
تكنولوژيPC در 10 سال گذشته پيشرفت عظيمي داشته و برخي از اجزا آن اكنون نسبت به گذشته خود كاملا متحول شده است. گرافيك كامپيوتر از جمله بخشهاي PC‌ مي باشد كه در طي اين چند سال تغييرات عمده اي داشته است. گرافيك كامپيوتر در ابتدا براي انتقال اطلاعات از يك اسلات ISA‌ استفاده مي كرد كه اين اسلات متصل به باسي با نام باس ISA بود. اين باس داراي نرخ انتقال اطلاعات پاييني بود و علاوه بر داده هاي گرافيكي، داده هاي ديگري همانند داده هاي صوتي و اطلاعات مرتبط با هارد درايو و ديگر اجزا سيستم از آن عبور مي كرد. نرخ انتقال اطلاعات پايين اين باس سبب شد تا سازندگان باس PCI، ‌را جايگزين اين باس كنند. باس PCI داراي نرخ انتقال اطلاعات بيشتري نسبت به باس ISA بود ولي هم چنان براي ارسال اطلاعات گرافيكي از اين باس استفاده مي شد. با ظهور قطعات و وسايل پيشرفته تر از يك طرف و پيشرفت گرافيك كامپيوتر از طرفي ديگر، اين باس ديگر قادر به برطرف كردن نيازهاي كاربران كامپيوتر نبود. براي همين منظور اينتل باس جديدي را طراحي كرد. توسط اين باس داده هاي گرافيكي بطور مستقل به پل شمالي فرستاده مي شوند و به غير از داده هاي گرافيكي هيچ گونه داده ديگري از آن عبور نمي كند. اين باس و نيز درگاهي كه به آن متصل است AGP نام دارد.
مادربردهاي پيشرفته امروزي داراي پهناي باند باس PCI در حدود 133 مگابايت بر ثانيه مي باشند كه بين همه اسلات هاي PCI سيستم تقسيم مي شود. اين موضوع يك تنگنا به حساب مي آيد زيرا پهناي باند 133 مگابايت بر ثانيه كه براي دستگاه ها و وسايل جانبي اين روزها خيلي اندك است بين همه وسايل متصل به اين باس تقسيم مي شود. در سيستم هايي كه ازگذرگاه PCI براي انتقال اطلاعات گرافيكي استفاده مي شود اجزا سريع تري همانند هارد درايوها،USB و Gigabit Ethernet براي انتقال اطلاعات نيز از اين باس استفاده مي كنند حال زماني كه چندين وسيله سعي به ارسال اطلاعات بطور همزمان از اين باس داشته باشند هر وسيله مسير و پهناي باند مورد نياز را براي خود معين مي كند. البته در برخي از چيپ ست هاي مدرن امروزي بعضي از اين وسايل ديگر به باسPCI متصل نمي شوند. براي مثال رابط CSA كمپاني اينتل كه در چيپستهايi875P به كار رفته است سبب شده Gigabit Ethernet ديگر از اين باس استفاده نكند. باس AGP در نيمه سال 1995 براي كارت هاي گرافيكي معرفي شد و اكنون پهناي باندي برابر با 2 گيگابايت بر ثانيه را در بالاترين نسخه (AGP 8X) فراهم مي كند كه اين پهناي باند بالا براي كاربردهاي گرافيكي آينده نيز كافي خواهد بود.

PCI Express:
باس جديدي كه قرار است در آينده جايگزين هر دو باس PCI و AGP شود باسPCI Express نام دارد. اساس طراحي معماريPCI Express بطور كلي با باس PCI تفاوت دارد. PCI Express از طرح انتقال اطلاعات سريال استفاده مي كند و بنابراين در فركانس هاي بالاتري مي تواند كار كند و نيز نرخ انتقال اطلاعات قابل دسترس بطور همزمان در هر دو جهت (ارسال و دريافت داده ها) يكسان است. اسلاتهاي PCI Express به صورت كانال هايي (يا مسيرهاي) با نامهاي 1x تا 16x‌ بستگي به ميزان پهناي باند شناخته مي شود.

اسلاتPCI Express براي مادربردهاي كه در آينده توليد خواهند شد اسلاتPCI Express 1x خواهد بود اين اسلات در حقيقت جايگزين اسلات PCI حال حاضر خواهد شد. 1x به معني اين است كه اسلاتPCI Express داراي يك مسير مي باشد و پهناي باند 250 مگابايت بر ثانيه (500 مگابايت بر ثانيه در هر دو جهت، حالت Full Duplex) را فراهم مي كند كه اين ميزان تقريبا 2 برابر پهناي باند باس PCI مي باشد. در اين روش وسايل براي بدست آوردن پهناي باند بيشتر با يكديگر رقابت نخواهند كرد به طوري كه هر اسلات بطور مستقل داراي پهناي باند 250 مگابايت بر ثانيه براي خودش است. كارت هاي گرافيكي از اسلات x16 PCI Express استفاده خواهند كرد كه اين موضوع بدين معني است كه از 16 مسير براي ارسال داده هاي گرافيكي استفاده خواهد شد كه در نتيجه پهناي باند برابر با 4 گيگابايت بر ثانيه در هر جهت (مجموعا 8 گيگابايت بر ثانيه در 2 جهت) خواهد شد كه اين ميزان تقريبا 2 برابر ميزان پهناي باند AGP 8x مي باشد. اين پهناي باند بالا براي بازي ها و برنامه هاي امروزي هيچ گونه افزايش كارايي را به همراه نخواهد داشت همان طور كه در حال حاضر هيچ گونه اختلاف كارايي بينAGP4x وAGP8x نيز وجود ندارد. اين حقيقت در ادامه مقاله با ارائه آزمايشاتي نمايش داده شده است. در ادامه شكلي قرار گرفته و معماري انتقال اطلاعاتPCI Express را نمايش مي دهد.

براي آزمايش اختلاف كارايي بين AGP4x وAGP8x سايت Tomshardware از مادربرد گيگابايت با نام GA-8IG1000 Pro (چيپست865G) همراه با 1024 مگابايتRAM و پردازنده Pentium4 3.2 GHZ استفاده كرده است. بايوس اين مادربرد به كاربر امكان مي دهد كه توسط گزينه اي سرعت AGP (AGP 4x ياAGP 8x) را تنظيم كند.

براي اين آزمايش از كارت گراcفيكيRadeon 9800XT وGeForce FX 5950 Ultra با 256 مگابايت حافظه وGeForce FX 5700 Ultra‌ با 128 مگابايت حافظه استفاده شده است. در اين سري از ازمايشات كارتها يكبار در وضعيتAGP 4x و يكبار ديگر باAGP 8x تست شده اند. هر ازمايش در دو رزوليشن1024 * 768 و 1600 * 1200 تست شده است. اين ازمايشات شامل اجراي چند بازي ميباشد. اين بازيها جزو برترين بازيهاي كامپيوتري محسوب ميشوند و همه انها در وضعيت بهترين كيفيت تصوير اجرا شده است و نيز از تمامي خصوصيات ويژه گرافيكي همانندAnti-Aliasing، Anistropic و .... استفاده شده است. در ادامه اين مقاله نتايج اين ازمايشات ارائه شده است و نيز در ادامه هر ازمليش تو ضيحاتي ارائه شده است.


آزمايشات:

بازيCall Of Duty :
در اين بازي از بالاترين وضعيت كيفيت قابل دسترس در بازي استفاده شده است. در اين بازي هيچ گونه تفاوت كارايي بين AGP 4x و AGP 8x در هر دو رزوليشن 1024*768 و 1600*1200 وجود ندارد.

آزمايش بعدي اجراي همين بازي مي باشد كه امكانات Anisotropic Filtering 8x و FSAA 4x‌ در آن فعال شده است. اين پيكربندي نيازمند حافظه بيشتري است اما همواره GeForce FX5700 Ultra ‌با 128 مگابايت حافظه داراي هيچ گونه تفاوت كارايي بين AGP 8x وAGP 4x نمي باشد. در اين آزمايشRadeon 9800 XT‌ در رزوليشن 1600*1200 قادر به نمايش هيچ گونه تصويري نبوده است.

آزمايشHalo
آزمايش بعد اجراي بازي Halo مي باشد. در اين آزمايش تفاوت كارايي بين AGP 4x وAGP 8x در كارت Radeon 9800 XT‌ در رزوليشن1024*768 تقريبا 5 فريم در ثانيه است. در حالي كه زماني كه رزوليشن افزايش يافته اين اختلاف به 1 فريم در ثانيه رسيده است و در كارتهاي سري NVIDIA‌ هيچ گونه تفاوتي كارايي وجود نداشته است. البته اختلاف 5 فريم در ثانيه به هيچ عنوان قابل مشاهده نيست.

آزمايشAquamark
اين آزمايش از چندين سايه زن و اشكال هندسي استفاده مي كند. در اين آزمايش اختلاف كارايي ناچيزي بينAGP4x و AGP 8X‌ وجود دارد كه براحتي مي توان از اين اختلاف صرف نظر كرد زيرا به قدري ناچيز است كه اصلا در نمايش تصاوير ديده نخواهد شد.

زماني كه از خصوصياتAnisotropic 8x و FSAA 4x استفاده شده هچ گونه اختلاف كارايي وجود نداشته است.

در ادامه جدولي ارائه شده است كه اختلاف كارايي بينAGP4x وAGP 8x‌ را در آزمايشات ديگر نشان مي دهد:

اگرچه هيچ تفاوت كارايي بينAGP 4x وAGP 8x در بازيها وجود ندارد اما ممكن است در برخي از كاربردهايWorkstation اختلاف اندكي در كارايي به وجود آيد.


نتيجه گيري:
در اين آزمايشات هيچ گونه تفاوت كارايي قابل محسوسي بين AGP 4x و AGP 8x براي كاربردهاي امروزي وجود نداشته است. در حقيقت مي توان اين موضوع را اين طور بيان كرد در حال حاضر هيچ گونه تفاوت كارايي بين پهناي باند 1گيگابايت بر ثانيه و پهناي باند 2 گيگابايت بر ثانيه وجود ندارد. حال اگر پهناي باند به 4 گيگابايت بر ثانيه برسد آيا اختلاف كارايي بوجود خواهد آمد؟ مسلما پاسخ اين سوال منفي خواهد بود و براحتي مي توان درك كرد كه پهناي باند 4 Gb/s كه PCI Express‌ فراهم مي كند براي كاربردهاي امروزي بيش از حد نياز است و شايد بتوان گفت اين پهناي باند بالا تا چند سال آينده اصلا كاربردي نخواهد داشت. دليل اين كه چرا كارايي در زماني كه پهناي باند تقريبا 2 برابر شده، افزايش پيدا نكرده است كاملا روشن است. بازيهاي امروزي قادر نيستند كه اطلاعاتي با اين حجم (1 مگابايت بر ثانيه) را ايجاد كنند و به كارت گرافيكي از طريق باسAGP ارسال كنند.
با توجه به آنچه كه گفته شد پس چه نيازي به PCI Express براي گرافيك مي باشد؟ آيا هميشه جديدترين محصول، بهترين محصول است؟ آياPCI Express سريع تر ازAGP عمل خواهد كرد؟ اين سؤالاتي است كه بايد منتظر پاسخ آن در آينده باشيم. البته لازم به ذكر است كه تمامي اين سؤالات بستگي به محصولات گرافيكي دارد كه بر پايه PCI Express توليد مي شود. اگر سازندگان چيپ هاي گرافيكي، چيپ هاي قدرتمندي را بر پايه PCI Express توليد كنند بطور قطع شاهد برتري PCI Express بهAGP 8x خواهيم بود. البته توسط باس PCI Express مي توان به عملكرد بهتري در كاربردهاي Edit كردن تصاوير ويدئويي رسيد. دليل اين امر نيز واضح است زيرا با PCI Express پهناي باند در جهت Upstream پيشرفت كرده است و كاملا از جهت Downstream مستقل شده است اما در باسAGP نرخ انتقال اطلاعات در هر دو جهت Upstream و Downstream از يك مسير است در نتيجه در زماني كه از پهناي باند باس AGP در جهت Upstream استفاده مي شود پهناي باند در جهت Downstream كاهش پيدا مي كند كه اين امر سبب كاهش كارايي و كيفيت در كاربردهاي Edit كردن تصاوير ويدئويي مي شود.
كمپاني NVIDIA‌ كه يكي از سازندگان چيپ هاي گرافيكي مي باشد در نمايشگاه IDF اولين كارتهاي گرافيكي خود بر پايه PCI Express‌ را معرفي كرده است. اين كمپاني به جاي توسعه يك خط توليد كاملا جديد براي چيپ هاي گرافيكي بر پايه PCI Express، از همان چيپ هاي گرافيكي گذشته خود كه بر پايهAGP بودند در اين سري از محصولات استفاده كرده است. اين كارتها را NVIDIA سري GeForce PCX ناميده است و با باس PCI Express از طريق يك چيپ پل (Bridge Chip) ارتباط برقرار خواهند كرد. اين پل HSI (High Speed Interconnect) نامگذاري شده است. با يك نگاه اجمالي به مشخصات اين كارت مسلما پي خواهيد برد كه اين كارت از تمامي خصوصيات و ويژگيهاي PCI Express استفاده نخواهد كرد زيرا رابط بين پل و چيپ گرافيكي همان رابطAGP مي باشد.

پل HSI در كارتهاي سريGeForce PCX شركت NVIDIA

كارتGeForce PCX از شركت

مشكلات و معايبNVIDIA HIS Bridge:
زماني كه از يك پل PCIe به AGP‌استفاده مي شود برخي از مشكلات بوجود آيد كه از مهم ترين اين مشكلات مي توان به مسئله مربوط به پهناي باند اندك رابط بين چيپ HSI و پردازنده گرافيكي (رابطAGP) اشاره كرد. زماني كه از يك درخواست با پهناي باند كافي استفاده مي شود رابط AGP به يك تنگنا تبديل مي شود. بواسطه برخي از طراحي هاي اضافي بر روي مدار بردهاNVIDIA توانسته پهناي باند رابطAGP را تا AGP 12x (3.1 Gb/S) براي مدلهاي سطح پايين PCX و AGP 16x (4.2GB/s) براي مدل هاي حرفه ايPCX افزايش دهد.

دياگرام معماري HSI NVIDIA كه در كارت هاي سري GeForce PCX اين شركت استفاده شده است.
 

اين پل همچنين داراي مشكل ديگري نيز مي باشد كه باعث ايجاد تاخير مي شود. سيگنال هايي كه ب HSI ارسال مي شوند بايد ترجمه شوند و بطور قطع ترجمه اين سيگنال ها زماني را صرف مي كند و در نتيجه باعث كاهش كارايي مي شود. در زير دياگرام عملكرد HSI قرار گرفته است:

آيندهPCI Express وAGP:
اولين كارت PCI Express حقيقي در تابستان آينده توليد خواهد شد و اينكه چراNVIDIA در حال حاضر تلاش مي كند با پل HSI كارت هاي PCI Express را توليد كند در حالي كه نسل بعدي كارت هاي اين شركت از PCI Express پشتيباني مي كند سؤالي است كه در ادامه در مورد آن توضيحاتي را ارائه مي كنيم:
اولا با اين كارNVIDIA خواهد توانست نظر تعداد مصرف كنندگان كمي كه در اين روزها قصد دارند از كارت هايPCI Express استفاده كنند را به خود جلب مي كند و مي تواند محصولات متنوعي براي كاربران متوسط و حرفه اي توليد كند. دوما با اين كار NVIDIA هر دو بازار محصولات AGP وPCI Express را در دست خواهد گرفت. در حقيقت NVIDIA با معرفي يك چيپ گرافيكي مي تواند دو محصول بر پايه PCI Express وAGP توليد كند و در نتيجه كاربران حال حاضر كامپيوترها را براي خريد يك كارت گرافيكي جديدتر مجبور به تعويض مادربرد، RAM و پرازنده خود نمي كند.
در آينده سازندگان چيپ هاي گرافيكي دو راه در پيش روي خود دارند:
راه حل اول اين است كه براي هر محصول خود دو نوع چيپ توليد كنند. يك نسخه با پشتيباني ازPCI Express و يك نسخه ديگر با پشتيباني ازAGP كه در اين صورت ساخت 2 چيپ متفاوت باعث افزايش هزينه ها خواهد شد.
راه حل دوم اين است كه مانندNVIDIA از يك پل براي تبديل باس AGP به PCI Express استفاده كنند. مسلما راه حل NVIDIA خيلي مقرون به صرفه تر بنظر مي رسد زيرا استفاده از پل HSI مسلما از ساخت يك چيپ ديگر براي پشتيباني از PCI Express ارزان تر است. لازم به ذكر است كه اين چيپ قادر است در هر دو جهت يعني تبديلAGP به PCI Express وPCI Express بهAGP عمل كند. بطور قطعATI نيز در آينده از اين استراتژي براي تبديل اين 2 باس به يكديگر استفاده خواهد كرد. چيپ پل ATI فقط در يك جهت نياز به ترجمه دارد (PCI Express بهAGP) و اين چيپ مي تواند در درون خود هسته گرافيكي مجتمع شود. اين پلها در هر دو كارتNVIDIA و ATI به دليل تعداد ترانزيستور زيادي كه داخل آنها است حرارت زيادي توليد مي كنند. بنابراين هر دو كمپاني ATI وNVIDIA براي خنك سازي پل هايشان از Heatsink استفاده خواهند كرد. لازم به ذكر است كه تا زماني كه باس PCI Express‌ به عنوان يك باس عمومي مطرح شود و اكثريت مادربردها از آن پشتيباني كنند مي توان از اين پل ها بر روي كارت هاي گرافيكي استفاده كرد.


امكانات PCI Express:
توسط اين تكنولوژي سازندگان برد قادر هستند كه از 2 اسلاتPCI Express 16x استفاده كنند در نتيجه مي توان تصوير و يا توسط امكانات 2 مانيتوري كارت هاي گرافيك 4 تصوير را به صورت همزمان مشاهده كرد. بطور قطع با اين پيكربندي اگر داريور كارت ها قابليت تقسيم هوشمند كار بين دو كارت را داشته باشند مي توان كارايي 3D را افزايش داد. تصاوير ارائه شده بوسيله كارت دوم به يك مسير انحرافي از ميان حافظه سيستم قبل از اينكه نمايش داده شوند، نياز خواهد داشت. علاوه بر مدارات داخلي مادربرد، برخي از سازندگان نيز كارت هايي را توليد خواهند كرد كه توسط يك رابط به همديگر متصل مي شوند و در نتيجه بار گرافيكي را بين خود تقسيم مي كنند. در حال حاضر كمپاني Voodoo كارتي مبتني بر اين تكنولوژي را معرفي كرده است.

در نمايشگاه IDF اينتل تازه ترين چيپست خود كه از PCI Express پشتيباني مي كند را معرفي كرد. اين چيپ ست با استفاده از پل شمالي خود يك اسلات PCI Express x16 را براي درگاه گرافيكي و با استفاده از پل جنوبي خود 4 اسلاتPCI Express x1 براي كارتهاي جانبي ارائه مي كند. اسلاتهاي 12x وPCI Express 8x براي مادربردهاي سرور به كار گرفته خواهد شد. اندازه طولي اسلاتهاي PCI Express با گذشته متفاوت مي باشد و بستگي به تعداد مسيرها از آنها استفاده مي شود. با توجه به آنچه كه در بالا گفته شد پل شمالي مي تواند از 2 اسلات PCI Express x16 استفاده كند كه در اين صورت پهناي باند هر اسلات به x8 كاهش پيدا خواهد كرد كه اين پهناي باند معادل باAGP 8x خواهد بود. اسلاتPCI Express x16 داراي يك برجستگي داخل شكاف مي باشد كه از نصب ناصحيح كارت ها درداخل شكاف جلوگيري مي كند. اين اسلات داراي ويژگي برجسته ديگري نيز مي باشد. در اين اسلات كارت هايPCI Express 1x نيز نصب خواهد شد و در نتيجه با پهناي باند كارت هاي1x عمل خواهد كرد. در ادامه تصويري از اين 2 اسلات قرار گرفته است. با مشاهده اين تصوير به راحتي مي توان پي برد كه كارتهايPCI Express x1 در اسلات هاي x16 قابل نصب هستند.

نتيجه گيري:
اين باس جديد همانند اكثر تكنولوژي ها در زمان ظهور خود شايد هيچ گونه بهبود كارايي از خود نمايش نگذارد و با گذشت زمان بطور يقين ارزشمند خواهد شد. در زماني كه باس AGP معرفي شد هيچ گونه افزايش كارايي را گرافيك كامپيوتر شاهد نبوديم ولي با گذشت زمان و ظهور بازي هاي 3D‌ پيشرفته اين باس ارزش پيدا كرد و اكنون بجاي رسيده ايم كه بدون اين باس هيچ گاه نمي توان يك بازي 3D را بطور طبيعي اجرا كرد. از زماني كه باس AGP معرفي شد تا كنون اين باس در چندين نسخه معرفي شده كه با معرفي هر نسخه جديدتر اين باس داراي پهناي باند بيشتري شده است و اكنون در نسخه آخر خود يعني AGP 8x اين باس داراي پهناي باند2.1 GB/s مي باشد كه بيش از نياز مصارف امروزي محسوب مي شود. باس PCI Express نيز در حال حاضر در ابتداي راه است و تا به عنوان يك باس عمومي در تمامي مادربردها كار گرفته شود مدت زمان طولاني را طي خواهد كرد در طي اين زمان بطور قطع نرم افزارهاي گرافيكي و بازي ها نيز پيشرفت خواهند كرد و احتياج به پهناي باند بيش از2.1 گيگابايت بر ثانيه خواهند داشت. البته در حال حاضر كارت هاي گرافيكي كه قابليت Edit كردن تصاوير ويدئويي را نيز دارند به پهناي باند2.1 GB/s نياز خواهند داشت. البته فقط پهناي باند تعيين كننده كارايي يك تكنولوژي جديد نمي باشد و بايد به موارد ديگري نيز توجه كرد. PCI Express علاوه بر پهناي باند بالاتر نسبت بهAGP 8x از تكنولوژي هاي كارآمدتري نيز استفاده مي كند. اين باس جديد داراي نحوه ارسال اطلاعات به صورت سري مي باشد و قادر است در فركانس هاي بالاتر نيز عمل كند. بطور كلي بايد گفت درگاهPCI Express 16x تكنولوژي انقلابي براي گرافيك كامپيوتر خواهد بود.