Auswahl des passenden PCs für Ihre PCI-Express-Hardware

Die Wahl eines geeigneten PCs erfordert heute mehr als nur die Entscheidung für die größte Festplatte und den schnellsten Prozessor. Zu den gängigen Kriterien bei der Auswahl eines PCs gehören Prozessorgeschwindigkeit, verfügbarer RAM-Speicher, Größe der Festplatte und Anzahl der für Peripheriegeräte vorhandenen Steckplätze. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Busarchitektur, die innerhalb des PCs zum Anschluss für Peripheriegeräte zur Verfügung steht. Mit der Weiterentwicklung des PCs kamen Busarchitekturen wie PCI, AGP, PCI-X und ISA auf. Seit der Einführung von PCI Express kann sich die Auswahl des passenden PCs für PCI-Express-Geräte schwierig gestalten, da verschiedene Anschlussgrößen und Spezifikationen zur Verfügung stehen. In diesem Whitepaper erfahren Sie mehr über die Technologie hinter PCI Express und die Überlegungen beim Kauf eines PCs mit PCI-Express-Busarchitektur.

Bei PCI Express handelt es sich um eine Weiterentwicklung des am weitesten verbreiteten Peripheriebusses für Computer überhaupt: PCI. Die PCI Special Interest Group (PCI-SIG), das Industriekonsortium, das sich für die Wahrung und Entwicklung der PCI-Spezifikation einsetzt, entwickelte PCI Express, um Anforderungen an die Bandbreite gerecht zu werden. Dabei ging es v. a. um Anwendungen für Peripheriegeräte wie etwa Gigabit Ethernet, modulare Speichermedien und professionelle Grafikmodule. In diesem Zusammenhang ist die Wahrung der Softwarekompatibilität mit vorhandenen Betriebssystemen und PCI-basierten Anwendungen ebenfalls wichtig. PCI Express ist dabei u. a. als Ersatz des Accelerated Graphics Ports (AGP) vorgesehen, der in der Vergangenheit Einschränkungen der PCI-Bandbreite aufgehoben hat. PCI Express liefert eine 30 Mal höhere Bandbreite als PCI und ermöglicht, dass nun auch Grafikmodule wieder direkt über den Standardgerätebus eingebunden werden können. Zudem erhöht PCI Express sogar die Videobandbreite für PCs.

Tabelle 1: Vergleich der Bandbreiten von PCI Express und PCI

Tabelle 1 zeigt die skalierbare Bandbreite, die PCI Express in seinen unterschiedlichen Konfigurationen im Vergleich zu PCI bereitstellt. So liefert beispielsweise ein PCI-Express-x1-Steckplatz (eine Lane) 250 MB/s in jede Richtung. Werden mehrere dieser seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen kombiniert, kann eine Bandbreite von bis zu 4 GB/s (x16) erreicht werden. Zu den Anwendungen, die von dieser höheren Bandbreite und Softwarekompatibilität von PCI Express profitieren, gehören u. a. Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungsanwendungen, Bildverarbeitungssysteme, modulare Ethernet-Speichersysteme und Digital-I/O-Systeme mit hoher Kanalanzahl.

Aktuelle PCs werden mit mindestens einem PCI-Express-Steckplatz ausgeliefert. Leider ist manchmal nicht auf den ersten Blick herauszufinden, ob ein PC über PCI-Express-Steckplätze verfügt. Die verfügbaren Erweiterungssteckplätze sind jedoch in der Regel in der Spezifikationenauflistung oder der technische Übersicht zu finden. Heutzutage werden die meisten PCs mit einer Kombination an PCI- und PCI-Express-Steckplätzen ausgeliefert.

Die Verbindungsbreite der PCI-Express-Steckplätze ist bei Desktops, Workstations und Servern unterschiedlich. Desktopsysteme bieten einen x16-Steckplatz für Grafikkarten und einen x1-Steckplatz für PCI-Express-Peripheriegeräte. Workstations bieten einen x16-Steckplatz für Grafikkarten und einen x4-Steckplatz für hochwertigere PCI-Express-Peripheriegeräte. Systeme der Serverklasse bieten sowohl einen x4- als auch einen x8-Steckplatz für hochwertige Peripheriegeräte, die auf dem Servermarkt Verwendung finden. Der x16-Grafiksteckplatz steht bei Systemen der Serverklasse nicht zur Verfügung, da hochwertige Grafiken bei Servern nur eine untergeordnete Rolle spielen. Allerdings ist eine höhere Bandbreite für Peripheriegeräte wie zusätzliche Gigabit-Ethernet-Anschlüsse wichtig.

Bei der Auswahl des geeigneten PCs für PCI-Express-Karten sind die folgenden fünf Faktoren zu berücksichtigen:

1. Es wird ein PCI-Express-Steckplatz von der Größe der PCI-Express-Karte empfohlen. Wird eine x4-PCI-Express-Karte verwendet, sollte ein Computer mit einem x4-Steckplatz erworben werden.
   
2. Wird eine PCI-Express-Karte normaler Größe verwendet, sollten die Spezifikationen für Low-Profile-PCI-Express-Systeme überprüft werden, um sicherzustellen, dass die PCI-Express-Karte passt.
   
3. Der PCI-Express-x16-Steckplatz sollte im Allgemeinen nur für Grafikmodule genutzt werden. In vielen Fällen sind diese Steckplätze für den Gebrauch mit Grafikkarten entwickelt worden.
   
4. Eine begrenzte Anzahl an PCs verfügt über einen PCI-Express-x8-Steckverbinder, der nur vier Lanes umfasst. Wird ein solcher PC erworben, sollten x4- bzw. x1-PCI-Express-Karten verwendet werden.
   
5. Die Motherboard-Steckplätze von PCI Express 2.0 sind mit PCI Express 1.x abwärtskompatibel. Des Weiteren sind PCI-Express-2.0-Karten mit PCI-Express-1.1-Motherboards kompatibel und werden unter Verwendung der gesamten verfügbaren Bandbreite von PCI Express 1.1 ausgeführt.
   

Abwärts- und Aufwärtskompatibilität

Wie bereits erwähnt, kann eine x4-PCI-Express-Karte in einen x8-Steckplatz gesteckt werden. Es besteht also eine so genannte „Aufwärtskompatibilität“ der Steckplätze untereinander. Eine Anbindung in Gegenrichtung – also das Verbinden einer x8-PCI-Express-Karte mit einem x4-Steckplatz – wird als Abwärtskompatibilität bezeichnet und wird nicht unterstützt. In Tabelle 3 werden die unterschiedlichen Konfigurationen (PCI-Express-Karte und -Stecker) aufgeführt.

In allen Fällen ist ein Anbinden einer kleineren Karte an einen größeren Steckplatz physikalisch möglich. Die PCI-Express-Spezifikation fordert jedoch nur, dass Steckplätze in solch einem Fall eine Verbindungsbreite von x1 aufweisen. Obwohl es für Hersteller von Motherboards möglich ist, diese Aufwärtskompatibilität ohne Einbußen hinsichtlich der Bandbreite zu integrieren, sind sie dazu nicht verpflichtet. Wird also beispielsweise eine x4-PCI-Express-Karte in einen x8-PCI-Express-Steckplatz gesteckt, kann es sein, dass die Karte nur mit einer x1-Bandbreite arbeitet, obgleich sie eine x4-Bandbreite bietet. Dieses Verhalten wird vom Hersteller des Motherboards festgelegt. Wird Aufwärtskompatibilität benötigt, sollten sich Anwender mit dem Hersteller des Motherboards in Verbindung setzen, um herauszufinden, welche Bandbreite unterstützt wird. Auf der anderen Seite verhindert bereits die Größe des PCI-Express-Steckers eine Abwärtskompatibilität. Eine x8-PCI-Express-Karte ist zu groß für einen x4-Anschluss. (Hinweis: Die CompactPCI-Express-Spezifikation unterstützt jedoch eine Abwärtskompatibilität.)

Die Einführung von PCI Express bescherte PCs eine höhere Bandbreite sowie einen skalierbaren Peripheriebus. Durch diese skalierbare Architektur stehen bei der Auswahl eines PCs zusätzliche Konfigurationsoptionen zur Verfügung. Obwohl zukünftige PCI-Express-Spezifikationen Abwärtskompatibilität unterstützen werden, sollten vor dem Kauf eines PCs die Anschlussgrößen sowie die Kompatibilität der PCI-Express-Module mit dem PC überprüft werden.