1.4.4.5    PCI Express / PCIe

PCI Express ist angetreten, um AGP als separate Grafikkarten-Schnittstelle und Steckplatz ein Ende zu bereiten. Mit AGP 8x ist definitiv das Ende der Fahnenstange erreicht. Doch nicht nur das, auch der übliche Erweiterungssteckplatz PCI ist vom Aussterben bedroht. Denn moderne Erweiterungskarten und Peripherie benötigen eine schnelle Schnittstelle zum Chipsatz und dem Prozessor. Dazu gehören vor allem Grafikkarten und Gigabit-Netzwerkkarten.

In Desktop-Computer bietet PCI Express 16x maximal 8 GByte/s. Das sind 4 GByte/s pro Richtung. Diese Datentransferrate ist mehr als genug. Die aktuelle (Stand: März 2004) Hauptspeicherarchitektur bietet zwei 200 MHz Speicherkanäle für PC3200-Module mit DDR400-Chips. Das entspricht einer theoretischen Datentransferrate von 6,4 GByte/s.

Neben der Desktop-Computer-Variante gibt es mit dem PCI Express Advanced Switching die Variante, die in modularen Servern als Backplane-Standard zum Einsatz kommen soll. PCI Express würde dann mehrere Server und Baugruppen zu einem Computersystem oder Telekommunikations-Server verbinden.

Nahaufnahme eines 1x PCIe Steckplatzes	Motherboard mit zwei großen 16x PCIe Steckplätzen und drei 1x PCIe Steckplätzen

Klassisches Bridge-Modell (Bus-Topologie)	Modernes Switch-Modell (Stern-Topologie)

Im Gegensatz zu PCI, mit der Busstruktur, wird bei PCI Express eine serielle Verbindung von einem Switch geschaltet. Die Taktfrequenz der seriellen Verbindung ist immer gleich. Soll die Datentransferrate erhöht werden, wird die Anzahl der Verbindungen erhöht.

Die Stern-Topologie erlaubt langsame und schnelle Erweiterungskarten, je nach Anwendung, ganz ohne gegenseitige Beeinträchtigung zu nutzen.

Der Umstieg von der bewährten Busstruktur zu seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen liegt in der riesigen Anzahl von Adress- und Signalleitungen, die z. B. die 64-Bit-Prozessorgeneration benötigt. Die steigende Anzahl an Signalleitungen auf dem Motherboard benötigt sehr viel Platz, verbunden mit einem hohen Stromverbrauch.

Eine Speichertechnik, die bereits diese Misere löste, war mit der Rambus-Technik bereits auf dem Markt. Weil zu teuer scheiterte diese Speichertechnik zumindest in günstigen Computersystemen.

PCI Express ist einer der neuen Techniken, die Transferraten durch geschaltete Punkt-zu-Punkt-Verbindungen steigern. Statt über eine Busstruktur, bei der sich alle angeschlossenen Endgeräte die verfügbare Bandbreite teilen müssen, verbindet ein Switch jeweils zwei PCIe-Komponenten mit der vollen Bandbreite und Geschwindigkeit.

PCIe arbeitet mit Vollduplex-fähigen Kanälen, die auch Lanes genannte werden. Pro Lane stehen bis zu 250 MByte/s pro Richtung zu Verfügung. Architekturbedingt wird pro Lane nur ein Gerät gehängt. Zur Steigerung der Geschwindigkeit darf ein Gerät auch mehrere Lanes benutzen. Die Aufteilung der Lanes des Controllers auf die Hardware-Slots und Onboard-Komponenten werden beim Design des Mainboards festgelegt. Man unterscheidet zwischen x1-, x4-, x8- und x16-Slots. Letzter ist ein Grafikkarten-Slot, der als PEG (PCI Express for Graphics) bezeichnet wird. Ihm stehen laut x16 also 16 Lanes zu Verfügung.

Die Leistungsfähigkeit eines Motherboards mit PCI Express wird in Zukunft auch über die Anzahl der Lanes entschieden. Je mehr Lanes, desto mehr leistungsfähige Schnittstellen- und Erweiterungskarten können in einen Computer eingebaut werden. Die Standard-Anzahl dürfte 20 Lanes sein. Jeweils 1 Lane für 4 x1-Slots und 16 Lanes für 1 PEG-Slot.

Ok = kompatibel / - = nicht kompatibel / ? = nicht vorgeschrieben aber möglich