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PCI Express : Présentation
Après le Socket et la DDR-II, parlons maintenant de la troisième évolution majeure de cette plate-forme, l'intégration du PCI Express. Venant (enfin) remplacer nos bons vieux ports PCIs et AGP, le PCI Express n'est pas une évolution de la norme PCI que l'on connaissait mais bien un nouveau bus à part entière. La base de son fonctionnement est la sérialisation, qui est décidément très à la mode en ce moment. Ainsi, on peut dire que le PCI Express est au PCI ce que le SATA est au PATA. Un bus série de nouvelle génération qui vient remplacer un bus parallèle vieillissant. Comme pour le SATA, qui dit bus serie dit facilité d'intégration, ne serait-ce que pour les fabricants de cartes mères. En effet, comme on peut le voir sur la photo si dessous, le design d'une carte mère PCI Express est largement plus simple que celui d'une carte mère PCI classique :
Sur ce schéma, on voit clairement en jaune les pistes necessaires aux routage du bus PCI alors que sur la capture de droite, on voit à peine le trais rouge du lien Southbridge <-> PCI Express 1x. La base du PCIE est le bus PCI Express primaire, ou 1x. Il s'agit d'un bus bi-directionnel, point à point. Si la piste est si fine, c'est parcequ'un slot PCIE 1x ne necessite que quatre conducteurs pour les signaux de communications. En fait, un bus serie n'en necessite que deux, mais vu que le PCI Express est bi-directionnel, il utilise 2 conducteurs comme lien montant et 2 conducteurs comme lien descendant. Le principal avantage de ce nouveau protocole de communication est bien sur la bande passante énorme qui peut être atteinte :
Fonctionnant à une fréquence de base de 2.5 GHz, le bus PCI Express 1x peut délivrer un maximum théorique de 2.5 / 8 = 312 Mo/s dans un seul sens. Comme le bus est bidirectionnel (a la manière d'un contrôleur Ethernet Full Duplex), ceci nous donne une somme de 624 Mo/s. Sur ces 624 Mo/s, il convient de retirer 20%, qui correspondent aux headers des trames PCI Express, il reste donc 500 Mo/s par lien PCIE 1x. Actuellement, les standards 1x, 4x, 8x et 16x sont définis. Le premier est principalement destiné à remplacer les ports PCI traditionnel et le dernier, à remplacer le port AGP 8x. Les déclinaisons 4x et 8x quant à elles ne serviront que dans un environnement serveur. A ce sujet, voyons tout de suite le format physique des différents connecteur PCI Express :
Comme on le voit, le slot PCI Express 1x ressemble aux anciens connecteurs AMR ou CNR qu'on trouvait il y a quelques temps sur les cartes mères. Quant au slot PCI Express 16x, il est en fait constitué de 16 liens PCI Express 1x et offre une bande passante de 4 Go/s par sens, soit 4 fois plus au total que l'AGP 8x.
Outre la bande passante offerte, le PCI Express se distingue également
par le fait qu'il soit un bus de communication point à point, comme
l'HyperTransport d'AMD. Ainsi, un périphérique (une carte
son PCIE) n'est relié qu'a un seul autre périphérique
PCI Express (le Southbridge) et n'a pas d'interaction avec les autres
devices PCI Express qui peuvent se trouver dans le PC, contrairement à
l'ancien bus PCI. Voyons un schéma de principe :
On pourrait ainsi comparer le PCI Express à un switch Ethernet et le PCI à un hub. Autre avantage, la ou tous les périphériques PCI se partageaient la bande passante disponible, chaque slot PCI Express dispose de sa propre bande passante dédiée. Ensuite, la taille du bus (le nombre de canaux PCI Express 1x utilisés) définis le débit. Un hypothétique PCI Express 2x ressemblerais donc à ceci :
Deux liens PCI Express 1x (LANE sur le graphique) formant un bus PCI Express 2x (en rouge) entre les deux périphériques. la nature bi-directionnelle des liens est particulièrement intéressante dans le cas du bus 'graphique' PCIE 16x. En effet, là ou le bus AGP ne pouvait effectuer simultanément une opération de lecture et une opération d'écriture, le bus PCI Express dispose de deux liens distincts et se passe donc d'arbitrage sur le bus :
Comme on le voir, alors que l'AGP ne bénéficie 'que' d'une bande passante de 2 Go/s, partagée entre la lecture et l'écriture, le PCI Express bénéficie de deux liens à 4 Go/s. Ceci est particulièrement intéressant pour les applications graphiques professionnelles qui nécessitent de gros transferts concourants mémoire <-> carte graphique.
A noter également que le PCI Express n'a pas pour seul ambition de remplacer les bus PCI et AGP classiques. Dans sa ligne de mire se trouve également le bus PCI-X, Mini-PCI, CompactPCI et même CardBus. Pour le Mini-PCI, par exemple, le remplaçant PCI Express permettra de loger deux cartes MiniPCI Express dans le même espace qu'une seule carte MiniPCI. Ce qui permettra deux cartes d'extension dans les futurs portables i915. De même, le CardBus actuel (ex-PCMCIA) se verra remplacer par l'ExpressCard, plus petite et bien plus performante :
De même, et ce dont peut de gens ont parlés, le PCI Express est également prévu pour fonctionner sous forme externe, grâce au PCI Express Cable. Principalement destiné au monde des serveurs, cet exo-bus permettra de relier un serveur avec un filer d'une manière bien plus rapide qu'actuellement, et ce, sans interface dédiés type FiberChannel :
Prévu pour une expansion rapide, nulle doute que le PCI Express dispose d'arguments techniques suffisants pour accélérer son adoption dans tout les domaines ou il pourra remplacer l'ancien standard PCI et ses dérivés (PCI-X, AGP, ...etc.).