PCle là gì? PCIe có tầm quan trọng lớn trong trung tâm dữ liệu vì nó cung cấp khả năng truyền dữ liệu và băng thông cao hơn so với các chuẩn giao tiếp khác như PCI và AGP. Điều này cho phép các máy chủ trong trung tâm dữ liệu truyền tải, xử lý, lưu trữ dữ liệu với tốc độ nhanh hơn và hiệu suất cao hơn.

1. PCIe là gì?

PCIe hay còn được gọi là PCI Express, là một giao diện kết nối được sử dụng để truyền tải dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống máy tính. Nó đã trở thành một chuẩn giao tiếp phổ biến thay thế cho giao diện PCI (Peripheral Component Interconnect) truyền thống. Được phát triển bởi PCI-SIG (PCI Special Interest Group), PCIe mang lại khả năng truyền tải dữ liệu cao hơn và hiệu suất tốt hơn so với các chuẩn giao tiếp trước đây.

PCIe được thiết kế dựa trên kiến trúc điểm đến điểm (point-to-point), có nghĩa là mỗi kết nối PCIe liên kết hai thành phần trực tiếp với nhau thông qua các đường lõi truyền dẫn. Các đường lõi này có thể được xem như các kênh riêng biệt để truyền dữ liệu, cho phép kết nối song song và tăng cường băng thông của hệ thống.

2. Các phiên bản PCIe là gì?

Giao diện PCIe đã trải qua một số phiên bản khác nhau từ khi ra đời. Mỗi phiên bản mang lại cải tiến về hiệu suất và tính năng so với phiên bản trước đó. Dưới đây là một số phiên bản PCIe quan trọng:

• PCIe 1.0: Phiên bản đầu tiên của PCIe, được giới thiệu vào năm 2003. Nó sử dụng các đường lõi 2.5 Gbps và 2.5 GT/s. Phiên bản này có thể hoạt động với các khe cắm x16, x8, x4 và x1.
• PCIe 2.0: Ra mắt vào năm 2007, PCIe 2.0 tăng tốc độ truyền dẫn lên 5 Gbps và 5 GT/s trên mỗi đường lõi. Nó cũng hỗ trợ các khe cắm x16, x8, x4 và x1.
• PCIe 3.0: Được giới thiệu vào năm 2010, PCIe 3.0 đạt tới 8 Gbps và 8 GT/s trên mỗi đường lõi. Phiên bản này cung cấp khả năng tương thích ngược với các phiên bản PCIe trước đó và hỗ trợ các khe cắm x16, x8, x4 và x1.
• PCIe 4.0: Ra mắt vào năm 2017, PCIe 4.0 là phiên bản có hiệu suất cao nhất khi đạt tới 16 Gbps và 16 GT/s trên mỗi đường lõi. Nó cung cấp khả năng tương thích ngược với các phiên bản trước đó và hỗ trợ các khe cắm x16, x8 và x4.
• PCIe 5.0: Là phiên bản mới nhất và được giới thiệu vào năm 2019, PCIe 5.0 đạt tới 32 Gbps và32 GT/s trên mỗi đường lõi. Phiên bản này cung cấp tốc độ truyền dẫn gấp đôi so với PCIe 4.0 và hỗ trợ các khe cắm x16, x8 và x4.

3. Các loại cổng PCIe là gì?

Có ba loại cổng chính được sử dụng trong giao diện PCIe: x1, x4 và x16. Chữ "x" ở đây thể hiện số đường lõi có sẵn cho cổng đó. Dưới đây là một số thông tin chi tiết về từng loại cổng:

• Cổng PCIe x1: Đây là phiên bản nhỏ nhất của PCIe và chỉ sử dụng một đường lõi. Cổng PCIe x1 thường được sử dụng cho các card mở rộng nhỏ như card âm thanh, card mạng, hoặc card chuyển đổi USB.
• Cổng PCIe x4: Cổng PCIe x4 sử dụng bốn đường lõi và cung cấp băng thông lớn hơn so với cổng PCIe x1. Nó thường được sử dụng cho các card đồ họa, card RAID hoặc các card mở rộng khác có yêu cầu băng thông cao hơn.
• Cổng PCIe x16: Đây là phiên bản lớn nhất của PCIe và sử dụng 16 đường lõi. Cổng PCIe x16 thường được sử dụng cho card đồ họa chuyên nghiệp và card mở rộng có yêu cầu băng thông cực kỳ cao.

4. Kích thước cổng PCI-E là gì?

Để phù hợp với các khe cắm trên bo mạch chủ, các cổng PCIe có kích thước và cấu trúc khác nhau. Dưới đây là một số kích thước cổng PCIe phổ biến:

• PCIe x1: Kích thước của cổng PCIe x1 tương đương với một khe cắm PCI truyền thống và có chiều dài khoảng 25 mm.
• PCIe x4: Cổng PCIe x4 có chiều dài gấp đôi so với PCIe x1, khoảng 39 mm.
• PCIe x16: Cổng PCIe x16 là phiên bản lớn nhất và có chiều dài khoảng 89 mm.

Ngoài ra, cũng có các phiên bản cơ bản của PCIe được thiết kế dưới dạng khe cắm ngắn hoặc khe cắm cấu trúc nhỏ để phù hợp với các hệ thống máy tính nhỏ gọn.

5. Vì sao PCIe lại phổ biến?

PCIe đã trở thành một chuẩn giao tiếp phổ biến vì những lợi ích và tính năng nổi trội mà nó mang lại. Dưới đây là một số lý do tại sao PCIe được sử dụng rộng rãi:

• Băng thông cao: PCIe cung cấp băng thông truyền dẫn cao hơn so với giao diện PCI truyền thống, giúp tăng cường hiệu suất truyền tải dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống.
• Tương thích ngược: PCIe được thiết kế để tương thích ngược với các phiên bản PCIe trước đó và có khả năng hoạt động với các card mở rộng và bo mạch chủ PCIe từ các thế hệ trước.
• Kiến trúc điểm đến điểm: Với kiến trúc điểm đến điểm, PCIe cho phép kết nối trực tiếp giữa các thành phần trong hệ thống, giảm thiểu sự trì trệ và tăng cường tốc độ truyền dẫn dữ liệu.
• Hot-plugging: PCIe hỗ trợ tính năng hot-plugging, cho phép người dùng kết nối và ngắt kết nối các card mở rộng trong khi hệ thống vẫn hoạt động, mà không cần tắt máy tính.
• Đa nhiệm: Giao diện PCIe cho phép cùng một đường lõi truyền dẫn dữ liệu có thể được chia sẻ bởi nhiều thiết bị khác nhau thông qua công nghệ switch PCIe. Điều này cho phép quản lý và phân chia tài nguyên hiệu quả, đồng thời tăng cường khả năng đa nhiệm của hệ thống.

6. PCIe sử dụng như thế nào?

PCIe sử dụng cho máy tính cá nhân

Trong máy tính cá nhân, PCIe được sử dụng để kết nối và mở rộng các thành phần quan trọng như card đồ họa, card âm thanh, card mạng, ổ cứng SSD, USB Expansion Card, và nhiều loại card mở rộng khác. Mỗi loại card mở rộng này sẽ được cắm vào các khe cắm PCIe trên bo mạch chủ.

Ví dụ, khi bạn muốn nâng cấp card đồ họa của máy tính, bạn có thể tháo ra card đồ họa cũ khỏi khe cắm PCIe x16 trên bo mạch chủ và thay thế bằng một card đồ họa mới hơn để nâng cao hiệu suất đồ họa của hệ thống.

PCIe sử dụng trong môi trường trung tâm dữ liệu

PCIe cũng đóng vai trò quan trọng trong môi trường trung tâm dữ liệu, nơi có hàng ngàn máy chủ và thiết bị lưu trữ được kết nối với nhau. Trong môi trường này, PCIe được sử dụng để kết nối các card mở rộng như card mạng, card RAID, card xử lý số liệu (FPGA), card giao diện NVMe, và nhiều loại card mở rộng khác.

Ví dụ, để tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu giữa máy chủ và ổ cứng, các ổ cứng SSD PCIe có thể được sử dụng. Các ổ cứng SSD PCIe này kết nối trực tiếp vào các khe cắm PCIe trên bo mạch chủ và tận dụng băng thông lớn của PCIe để cung cấp hiệu suất đọc/ghi dữ liệu nhanh hơn so với các ổ cứng truyền thống.

7. Tốc độ truyền tải của các PCIe là gì?

Tốc độ truyền dẫn dữ liệu của PCIe được đo bằng đơn vị gigabits (Gbps) hoặc gigatransfers trên giây (GT/s). Tổng tốc độ truyền của mỗi phiên bản PCIe phụ thuộc vào số lượng đường lõi được sử dụng.

Dưới đây là một số ví dụ về tốc độ truyền dẫn của các phiên bản PCIe:

• PCIe 3.0 x1: Tốc độ truyền dẫn là 8 Gbps hoặc 8 GT/s trên mỗi đường lõi.
• PCIe 4.0 x16: Tốc độ truyền dẫn là 64 Gbps hoặc 64 GT/s trên mỗi đường lõi.
• PCIe 5.0 x8: Tốc độ truyền dẫn là 128 Gbps hoặc 128 GT/s trên mỗi đường lõi.

Lưu ý rằng tốc độ truyền dẫn của PCIe có thể khác nhau tùy thuộc vào phiên bản, kích thước cổng và số lượng đường lõi được sử dụng.

8. Kết luận

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) là một giao diện kết nối quan trọng trong máy tính và trong môi trường trung tâm dữ liệu. Nó cung cấp băng thông cao, tương thích ngược, kiến trúc điểm đến điểm, và hỗ trợ tính năng hot-plugging. PCIe được sử dụng để kết nối và mở rộng các thành phần như card đồ họa, card mạng, ổ cứng SSD, và nhiều loại card mở rộng khác. Phiên bản PCIe khác nhau có tốc độ truyền dẫn dữ liệu và kích thước cổng khác nhau, dựa trên số lượng đường lõi và phiên bản giao diện.