[ مقـال تقني ] الفرق بين PCI-Express Gen1.1 vs PCI-Express Gen2.0 vs PCI-Express Gen3.0 ]

[phenomenon]

للضرورة أحكـام , PCI-EXPRESS هي أحدى وسائل نقل المعلومات الإلكتروني السريع بين الأجهزه الطرفيه و مكونات هاردوير الحاسب ,
فيستطيع المعالج المركزي CPU أو ذاكرة التخزين RAM أو شريحة النظام Chipset التواصل مع المكونات الطرفيه ( كـالبطاقات الرسوميه
و الصوتيه و كروت الإنترنت و غيرها من الملحقات الطرفيه ) عن طريق ناقل PCI-Express الإلكتروني .
-
PCI-EXPRESS عباره عن رقاقه إلكترونيه تحتوي على مجموعه من الروابط و التـي يطلق عليها PCIe Lanes و تعمل على
شكل P2P اختصاراً لمفهوم إنتقال المعلومات من نقطه بداخل رقاقة PCI-E Controller Chip إلى نقطه أخرى غيرها .
-
خلال الأعوام الماضيه بدأت تتطور أساليب و تقنيات الهاردوير من أجل تحقيق الإستفاده الأفضل من سرعات ناقل PCI-Express ,
فبالبدايه كـان يتم إنتقال البيانات عبر روابط PCIe Lanes بسرعه تصل حتى [ 250MB/s ] للرابط الإلكتروني الواحد ,
في حين أن رقاقة ناقل PCI-EXPRESS قد تحتوي على العديد من روابط PCIe Lanes .
-
و هذا كان الإصدار الأول من الناقل الإلكتروني PCI-Express Gen1.1 دليل على التحديث لمعالجة أول خطأ تقني بنظام التصميم
الذي تم ملاحظته بمجرد تطوير ( Rev 1.0 ) .
-
و بدأت الشريحه المركزيه Chipset في الإحتواء على رقاقة ناقل PCI-E قادره على تقديم X16 PCIe Lanes لمنفذ البطاقات الجرافيكيه
لهذا تم تسمية المنفذ بأسم PCI-Express X16 Slot , هذا يعنـي أن سرعة إنتقال البيانات وصلت حتـى [ 4GB/s ] بين الشريحه المركزيه
و البطاقه الرسوميه من خلال 16 رابط إلكتروني و الواحد منها بسرعة [ 250MB/s ] .
-
بعد ذلك تم تطوير رقاقة ناقل PCI-Express لتصبح روابط PCIe Lanes قادره على إرسال [ 500MB/s ] من حجم
المعلومات بالثانيه الواحده , و هو الإصدار الثانـي من الناقل الإلكتروني بأسم PCI-Express Gen2.0 , و بهذا الشكل أصحت الشرائح
المركزيه Chipsets قادره على تقديم الدعم لعدد أكبر من منافذ الآليات الطرفيه أو زيادة سرعات عملها .
-
و لكن لطبيعة وجود رقاقة ناقل PCI-E Chip بداخل شريحة النظام المركزيه Chipset فكـانت تتسبب في تأخير إرسال
معلومات المعالج المركزي إلى البطاقه الرسوميه و حتى بعد زيادة عدد البيانات التي يمكن أن تتراسلها روابط PCIe Lanes إلى الضعف .
-
معالج Intel الجيل الثاني الملقب بأسم Sandy Bridge 32nm كـان هو أول معالج مركزي يحتوي على رقاقة PCI-Express Gen2.0 قادره
على الإتصال مباشرةً مع البطاقه الرسوميه من خلال 16 رابط إلكتروني بسرعة PCIe Gen2 أي تصل السرعه الإجماليه إلى [ 8GB/s ] من
حجم البيانات التي يمكن إنتقالها .
-
أصبحت فرصة تحسين مستويات الأداء و سرعة إنتقال البيانات متوفره للبطاقات الرسوميه الحديثه التـي بدأ تصميمها
يعتمد على سرعة PCI-E Gen2.0 و خاصةً القويه منها التـي يمكن أن تتطلب عرض النطاق الأكبر القادر على إستيعاب إرسال و إستقبال
حجم البيانات الأكبر مع المعالج المركزي .
-
-

-
-
فأصبحنا أمام بطاقات رسوميه PCIe Gen2 بالرغم من إمتلاك بعضنا حتـى الآن على اللوحات الأم التي لا تمتلك سوى منفذ
البطاقه الرسوميه الأول الداعم لسرعة PCIe Gen1.1 , و من ضمن هذه المنصات الكثير من لوحات الأم ذات مقبس LGA 775 ,
فهل يمكن أن يتسبب منفذ PCI-Express X16 Gen1.1 في مشكلة عنق زجاجه لهذه البطاقات و إختناق عمل البطاقه!! .
-
بعد ذلك تم تطوير روابط نقل البيانات PCIe Lanes للعمل بسرعة [ 1GB/s ] تقريباً للرابط الواحد , و لهذا تم تسمية رقاقة روابط نقل
البيانات بأسم متحكم PCI-Express Chip Gen3.0 ,
-
معالج Intel الجيل الثالث الملقب Ivy Bridge 22nm كـان الأول في إمتلاك هذه الرقاقه , أي أصبحت الفرصه لإمتلاك عرض النطاق القادر
على تمرير 16GB/s بين المعالج المركزي و البطاقه الرسوميه متوفره لبعضنا , و أصبحت البطاقات الرسوميه الحديثه جميعها
مطوره للإستفاده من هذه السرعه بل يصل الأمر أحياناً على إحتياج هذه السرعه بالفعل .
-
بالرغم من هذا فـإمتلاك معالج مركزي يحتوي على متحكم PCI-E Controller Gen3.0 و بطاقه رسوميه PCI-E Gen3.0 لا يعنـي أن
السرعه أصبحت بالفعل 16GB/s بينهما ,
السبب في هذا أنه حتـى بعد إنتقال رقاقة متحكم PCI-E Chip من الشريحه المركزيه لداخل المعالج المركزي إلا أن توفير
الدعم المؤكد من قبل Chipset للعمل بالسرعات الجديده لابد من توافرها , و هذا ما لم يكن متوفراً لشرائح معالج الجيل الثالث .
-
بهذا الشكل فنمتلك معالج Core I7-3770K / Core I5-3570K و كلاهما بمتحكم PCI-E Gen3.0 إلا أن الشريحه المركزيه لعمل
هذه المعالجات كانت لا تزال غير داعمه للتواصل مع المعالج المركزي من خلال I/O Chip إلا بسرعة PCIe Lanes Gen2.0 ,
و هذا يعني إنتقال البيانات بين المعالج و الشريحه المركزيه لن يزداد عرض نطاقه عن تمرير 8GB/s في أقصى الحالات , بالتالي لن تزداد عن
هذه النسبه عملية إنتقال البيانات بين المعالج و البطاقات الرسوميه الحديثه PCIe 3.0 .
-
لهذا السبب نستنتج أن عائق واحد فـي إصدار التدعيم قد يتسبب في هبوط عملية إنتقال البيانات حتـى لو كان المعالج مستعد
على إرسال 16GB/s للبطاقه الرسوميه لأن التأخير في المقام الأول من دعم الشريحه المركزيه و الذي قد يتسبب في هبوط السرعه إلـى
النصف بالضبط , و هذه النتائج هي الحسابات النظريه التـي يجب الإعتبار بها , و لكن ماذا عن النتائج الحقيقيه بالتحديد!! .
-
إذا أردنا شراء بطاقه رسوميه كبطاقة GTX 1050Ti / RX 470 / GTX 980 / GTX 960 / GTX 780Ti / GTX 970 / HD 7990 / GTX 690 ;
فالأمر كـان مخيف جداً بالماضي لبطاقات الفئه العليا فهـي لديها القدره على طلب أكبر قدر من البيانات من الممكن أن تستوعبه
روابط النقل الإلكترونيه ( PCIe Lanes ) فـي بعض الألعاب و برمجيات الأعمال ,
هذه البطاقات و كـلما تطورت أساليب تصنيع المعالج الرسومي و جيل التطوير فأصبحت حتـى بطاقات الفئه المتسوطه الحديثه أن
تتساوى معها فـي القوه و حجم البيانات التي يمكن أن تتطلبها من المعالج المركزي بالثانيه لقدرتها على المعالجه الأقوى .





-
فهل معالج I5-2500K سيتسبب في عنق زجاجه لبطاقة GTX 970 بسبب عدم إحتوائه على الناقل الأحدث PCIe Controller Gen3.0 ؟
و ربما معالج I7-3770K يتسبب في عنق زجاجه لبطاقة R9 390X بسبب عدم تدعيم شرائح Chipsets اللوحات الأم LGA 1155 ؟
-
و ماذا عن منصات C2Q / C2D & LGA 775 و حواسب الأعمال المستورده التي لا تمتلك سوى منفذ PCI-Express Gen1.1 على الرغم من
تساؤلنا حول إمكانية شراء بطاقه مثل GTX 960 / GTX 1050 / R9 270 / GTX 750Ti و غيرهم ,
فما هي نسبة عنق الزجاجه و التأخير التـي يمكن أن تتسبب فيها تلك المنصات للبطاقات الرسوميه الحديثه ؟
-
العديد من المواقع الإلكترونيه حاولت الإجابه على هذا السؤال سابقاً و لكن على الأغلب خرجت جميعها مبكره , فإغلبها إشتملت
على وجود معالج I7-3770K فـي عمليات الإختبار بسبب كونه أول معالج مركزي يحتوي على ناقل PCI-E Gen3.0 Controller
و لكننا تفاجئنا بعدها أن شرائح Intel 60 / 70 Chipsets المدمجه باللوحات الأم مثل P67 / Z68 / B75 / Z77 لم توفر له عرض النطاق
المناسب لهذه السرعه و بالتالي هذه الإجابه غير كاـفيه وحدها إذا أردنا معرفة نسبة عنق الزجاجه المتوقع لبطاقات الأجيال الحديثه .
-
لذلك فكرنا في إجابة هذا السؤال مره ثانيه مع بطاقة GTX 1060 على الثلاثة منافذ PCIe Gen1.1 vs PCIe Gen2.0 vs PCIe Gen3.0 .
و بهذا الشكل كانت منصة المراجعه :

أبعاد الشاشه : 1920x1080 Resolution
اللوحه الأم : Intel Z87 Chipset
المعالج : Intel Core I5-4670K @4.2GHz
الذاكره : 8GB DDR3 CL11 2133MHz 1.600v
حالات التخزين : 240GB SSD 16nm
البطاقه الرسوميه : Geforce GTX 1060
مزود الطاقه : 750W Gold Certified




في البدايه تجربة برنامج 3DMARK Timespy ,
فرق النسبه بين منفذ PCI-Express Gen2.0 vs PCI-Express Gen3.0 لم يتعدى نسبة %0.2 أي أقل من %1 .
هذه النتيجه مطمئنه جداً فهـي تعنـي عدم وجود أي فرق تقريباً سواء كانت البطاقه الرسوميه PCIe Gen2.0 / PCIe Gen3.0 .
أما عن نسبة عنق الزجاجه بمنفذ PCIe Gen1.1 فإزادت قليلاً لتصل حتى %0.8 و لكنها أقل من %1.0 أيضاً .
-
برنامج 3DMARK هو عباره عن محاكـاه شبهه واقعيه جداً بما تتعامل معه أجهزة الحواسب في البرمجيات الجرافيكيه و الألعاب أيضاً على
وجهه التحديد . و مع ذلك فلا ينبغـي الإعتماد على نتائجه في معظم الأحوال بسبب أساليبه المحدوده بخصائص المعالجه
التي تواجهها البطاقات الرسوميه مع العديد من المحركات الجرافيكيه و برمجة الألعاب المختلفه وأنظمة العمل .
-
-


من خلال مراجعة 6 ألعاب يتضح أن نسبة عنق الزجاجه التي يتسبب فيها منفذ PCI-Express X16 Gen1.1 من الممكن أن تصل %7 فـي
بعض الحالات .
-
في جميع الألعاب كانت النتائج دائماً أقل من إصداراته الأحدث ( PCI-Express Gen2.0 / PCI-Express Gen3.0 ) ,
نسبة الهبوط ببعض الألعاب بسيطه جداً مقارنةً باسباب عنق الزجاجه الأكثر خطوره التي تتسبب فيها أحياناً بعض مكونات
الهاردوير حينما يتضح عجزها عن التوافق مع البطاقه الرسوميه كـالمعالج المركزي الضعيف أو عجز سعة ذواكر الرام بالنسبه لما تتطلبه
الألعاب الحاليه .
-
من الواضح أن نسب هبوط منفذ PCI-Express X16 Gen2.0 لم تكن بنفس الخطوره أو تكاد تكون معدومه بالفعل فهي لم تتعدى %3 .
-
منفذ PCI-E Gen1.1 يتسبب في هبوط النتائج بوضوح و تحديداً مع بعض الألعاب ,
في لعبة GTA V و بالرغم من شهرتها بالتأثيرات الجرافيكيه و لكنه لم يخسر سوى 3FPS فقط ,
و في لعبة The Witcher 3: WH لم تتعدى خسارته 5FPS, لكنه يتسبب في خساره أكبر مع إزدياد عدد الحسابات و المعلومات المطلوب
إنتقالها للبطاقه الرسوميه من المعالج المركزي و هذا يظهر بوضوح في لعبة TOMB RAIDER ,
-
نسبة عنق الزجاجه في لعبة TOMB RAIDER تقدر قيمتها %12 تقريباً ,
و هذه النسبه قد تزداد مع الألعاب التي تشتهر بالجرافيكيات المعقده و التأثيرات الأحدث - بالرغم من ذلك فلم يتم ضبط اللعبه إلا على
مستوى High Preset لخصائص الجوده الجرافيكيه .
-
في لعبة FARCRY PRIMAL نسبة عنق الزجاجه تصل إلى %8 و بلعبة ME: Shadow Of Mordor تصل إلى %5 تقريباً و النتيجه الإجماليه
في 6 العاب كانت %7 .
-
إذن بحكم الضروره قد نجد إستمرارنا حتى الآن مع منصات الجيل الثاني و الثالث مربحه ولا داعي للقلق حول النتائج بسبب إعتماد تلك
المنصات حتى الآن على سرعة [ 8GB/s ] من أقصى عرض النطاق المسموح لإنتقال البيانات بين البطاقه و المعالج المركزي .
في الواقع [ 8GB/s ] كـافيه جداً بالفعل و لكننا لا نعلم كـل شيء حول طرق برمجة الألعاب و كيفية تعاملها مع مكونات الهاردوير و ما هي
السرعات المطلوبه لروابط PCIe Lanes في أقصى الحالات ,
ربما المنصات التي ستتعطش لمنفذ PCI-Express X16 Gen3.0 قد تكون 4K بما أن البطاقات الرسوميه معها مُرغمه على العمل بأقصى
طاقتها حتـى و على الإعدادات الجرافيكيه المتوسطه .
-
إلا أن منصات PCIe Gen1.1 لم تعد المثاليه للبطاقات الحديثه حتـى و مع إمتلاك بطاقه رسوميه متوسطة الأداء أو حتـى حين ضبط اللعبه
على الإعدادات الضعيفه أو المتوسطه من جودة الرسوميات بالألعاب .



-
-
و لكن إن توقف الأمر حتـى على لعبه واحده فلا أنصحك بالإستمرار على منصه لا تحتوي على الأقل على منفذ PCI-Express X16 Gen2.0 ,
في لعبة BATTLEFIELD 1 حاولت قياس أقل وأعلى عدد إطارات و نسبة متوسط عدد الإطارات ,
مع الألعاب الحديثه نهايه منفذ PCI-Express Gen1.1 ليست سعيده .
-
المشكله لن تظهر في حالة رغبتك في تشغيل لعبة Battlefield 1 مع بطاقه مثل GTX 1060 بالتأكيد و على الرغم من ذلك فأي معالج مركزي
من معالجات تلك المنصه LGA 775 سيتسبب في عنق زجاجه خطير لبطاقه تتساوي مع بطاقة Geforce GTX 1060 بالأداء ,
و لكن المشكله الكبيره عند محاولة تشغيل الألعاب مع البطاقات الإقتصاديه مثل GTX 750 / R7 265 و جميع البطاقات التي نتمنى لها
تحقيق 60FPS / 30FPS على إعدادت رسوميه مقبوله قادره على تمكيننا من الإستمتاع باللعبه و خاصةً داخل طور الأونلاين ; فالجوده
الجرافيكيه مع مستويات الأداء السريعه بداخل العاب الاونلاين ضروريه إلى حد بعيد .
-
-

-
-
في الواقع لحساب نسبة عنق الزجاجه قد تحتاج إلى دقه شديده , فقد نحتاج لرؤية شكل أداء بطاقة GTX 750 / RX 460 قبل أن نحكم
بالتأكيد على ضرورة وجود منفذ PCI-Express 3.0 فربما هي لن تحتاج إلى X16-GB/s Per PCIe Lane مثل إحتياج بعض
البطاقات الرسوميه الأعلى وقد يكفيها إصدارات المنافذ الأولى .
-
لكن للإعتراف فمع كل تطوير جديد يحدث بتقنيات الهاردوير وأساليب المعالجه نحصل بالفعل على نتائج أفضل في مستويات الأداء ,
إلا أنه بحكم الضروره أحياناً ندًعي أن ليس هناك داعي من أجل التسهيل قدر الإمكان و المجازفه بالمحاوله أفضل من التردد الطويل فيها .
-
فإذا كانت لدينا المقدره على ترقية و تحديث الحاسب لمنصات DDR3 على الأقل فهـو التفكير الصحيح قبل التسارع في شراء بطاقه
رسوميه قد تتسبب لها أنواع ذاكرة DDR2 في نسبه من عنق الزجاجه بسبب ترددادها الضعيفه بطبيعة حالها ,
من ناحيةً أخرى فهناك نسبة عنق زجاجه متوقعه بنسبه تزيد عن %90 مع أغلب الألعاب الحديثه بسبب تأخير نواة معالجات Core 2 ,
ثم عنق الزجاجه المتوقع بسبب منفذ PCI-Express 1.1 . هذه أسباب كثيره جداً لإختناق البطاقات الرسوميه و هبوط نتائجها !! , نتمنى
لو أستطعنا الهروب منها تحديداً مع البطاقات الرسوميه التي نتعشم فيها القدره على تشغيل الألعاب القادمه .
-
بناء الأساس القوى المتين أهم من البنيان نفسه ,
جانب كبير من الناس يهتمون بكـارت الشاشه على حساب كـل شىء أخر و ها هي التجربه التي تثبت أن حتـى سرعه ناقل ال PCI-E ممكن
أن يتاثر بها الأداء العام ,
فهى منظومه كـامله السرعات العاليه للنواقـل ; ترددات الرام المرتفعه , تردد و قوه المعالج المركزى ( أهم نقطه بالموضوع ) , أداء القرص
الصلب وهل هو hdd أو ssd أو m2 .
عالم تحكمه السرعه بالأداء و لتحقيق هذا لابد من توافر الأساس القوى و المؤهل للعمل بسرعه وسلاسه , أكيد من الأفضل أن يكون
باللوحه الأم منفذ PCI-Express Gen3.0 رغم أن الفارق بينها و بين PCI-Express Gen2.0 متواضع لكن من يعلم بقادم الأيام فائدة
منفذ PCI-Express Gen3.0 .