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Tutoriel de Carte PCIe : Tout ce que vous devez savoir sur la Carte PCI Express

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Sheldon

Publié le 9 mai 2019
2020-12-04 15:16:12
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Dans les domaines du réseau et de l'informatique, chaque invention vise à résoudre des problèmes précédents. L'apparition de la norme PCIe (Peripheral Component Interconnect express) vise à répondre aux besoins d'une largeur de bande plus élevée, d'une plus grande flexibilité et de meilleures performances des périphériques réseau. Depuis son apparition en 2001, PCIe a été rapidement développé et largement appliqué dans de nombreux périphériques réseau, en particulier pour la carte PCIe (appelée également carte PCI Express, carte basée sur PCIe). La définition, le principe de fonctionnement, les avantages, les types et la sélection des cartes PCI Express sont tous inclus dans cette introduction complète.

Qu'est-ce que la Carte PCI Express ?

La carte PCIe est une sorte de carte réseau avec une interface PCIe, utilisée dans les connexions au niveau de la carte mère comme interface de carte d'extension. Plus précisément, les cartes d'extension PCIe sont conçues pour s'insérer dans les rainures PCIe de la carte mère de périphériques tels que l'hôte, le serveur et le commutateur réseau. Les cartes mères de PC les plus récentes ont des rainures PCIe uniquement pour les cartes PCIe. La carte PCI Express peut être installée dans la rainure PCIe correspondante. Normalement, la rainure est aussi large ou plus large que la carte.

Comment Fonctionne la Carte PCI Express ?

La carte PCI Express peut réaliser une série de connexions point à point via des commutateurs afin de contrôler la direction des données au lieu de fonctionner comme un bus qui gère des données provenant de plusieurs sources. Après avoir inséré une carte réseau PCIe, une connexion logique sera établie entre la rainure pour se communiquer. Cette connexion, appelée interconnexion ou liaison, permet un canal de communication point à point entre deux ports PCIe, et leur permet d'envoyer et de recevoir des requêtes et des interruptions PCI ordinaires. Comme le schéma ci-dessous illustre, la rainure PCIe contient une ou plusieurs voies. Pour la liaison x2, chaque voie est composée de deux paires de transfert de données différentes, une paire pour transmettre des données et l'autre pour recevoir des données. Par conséquent, chaque voie se compose de quatre fils ou traces de signal.

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Figure 1 : Comment Fonctionne la Carte PCIe ?

Pourquoi Choisir la Carte PCI Express ?

Avant l'introduction de la carte PCIe, il existe deux cartes réseau principales sur le marché : la carte PCI et la carte PCI-X. Avec un connecteur et une conception électrique complètement différents, la carte PCI-E nouvellement lancée apporte une amélioration basée sur les deux versions précédentes et devient la plus utilisée. L'article PCI vs PCI-X vs PCI-E, Pourquoi Choisir PCI-E explique pourquoi nous utilisons le plus souvent PCI-E.

Combien de Types de Cartes PCIe ?

Divers formats ont été développés pour les cartes PCI Express. La partie suivante introduit les types de cartes PCI Express en termes de tailles et de versions.

Basé sur les Tailles de Cartes PCIe

La taille d'une carte PCI Express est normalement indiquée par le nombre de voies. Généralement, il existe cinq tailles physiques de cartes PCIe : x1, x4, x8, x16 et x32. (Pour info, PCIe x32 existe avec un maximum de 32 voies, mais il est ultra-rare et particulier.) Le nombre après le "x" fait référence au nombre de voies dans la rainure PCIe. Par exemple, une carte PCIe x4 signifie que la carte a quatre voies.

Comparaison des Différentes Tailles de Cartes PCIe.jpg

Figure 2 : Comparaison des Différentes Tailles de Cartes PCIe

Dans les applications, vous devrez insérer la carte PCIe dans une rainure PCIe d'un hôte ou d'un serveur qui a une même taille et des mêmes configurations. Cependant, lorsque la rainure manque, la carte PCIe peut également être insérée dans une rainure plus large. Par exemple, vous pouvez placer une carte PCIe x8 dans un rainure PCIe x16 lorsque la rainure PCIe x8 est occupée, mais cette carte fonctionnera toujours en mode PCIe x8. Pour plus de détails sur les tailles de carte PCIe, vous pouvez vous référer au tableau suivant.

Largeur de Rainure PCIe Nombre de Broches Longueur
PCIe x1 18 25 mm
PCIe x4 21 39 mm
PCIe x8 49 56 mm
PCIe x16 82 89 mm

Basé sur les Versions de Cartes PCIe

PCI Express est une norme de bus d'extension pour ordinateur à haute vitesse pour connecter les composants à haute vitesse, qui a remplacé les anciennes normes de bus AGP (Accelerated Graphics Port), PCI et PCI-X. La norme PCIe a passé de nombreuses révisions en améliorant les performances et d'autres fonctionnalités. PCIe 1.0 a été initialement lancé en 2002. Afin de répondre aux demandes croissantes de largeur de bande plus élevée, des versions successives ont été inventées et introduites sur le marché. Actuellement, il existe cinq générations différentes de normes PCIe : PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 et PCIe 5.0. Le PCIe 6.0 arrivera dans un proche avenir. Notez que le taux de transfert double à chaque génération.

Cinq versions de cartes PCIe sont appliquées en conséquence : PCIe 1.x, PCIe 2.x, PCIe 3.x, PCIe 4.x et PCIe 5.x sont toutes disponibles actuellement. Le PCIe 5.x avec des performances plus élevées est la dernière version, qui vient de sortir en 2019. Et le PCIe 6.x sera publié environs 2021.

Il faut mentionner que toutes les versions de cartes PCIe sont rétrocompatibles. C'est-à-dire que n'importe quelle version de carte PCIe et de carte mère peut fonctionner ensemble dans le mode de la version la plus basse. Dans le tableau suivant, on fait une comparaison des taux de transfert entre cinq versions PCIe typiques (prenez la version originale n.0 comme exemple) pour vous aider à mieux comprendre.

Version Date de Publication Taux de Transfert
(débit, x1)
Taux de Transfert
(débit, x16)
Code de Ligne
PCIe 1.0 2003 2.5 GT/s (250 MB/s) 40 GT/s (4.0 GB/s) 8b/10b
PCIe 2.0 2007 5.0 GT/s (500 MB/s) 80 GT/s (8.0 GB/s) 8b/10b
PCIe 3.0 2010 8.0 GT/s (984.6 MB/s) 128 GT/s (15.75 GB/s) 128b/130b
PCIe 4.0 2017 16.0 GT/s (1969 MB/s) 256 GT/s (31.51 GB/s) 128b/130b
PPCIe 5.0 2019 32.0 GT/s (3938 MB/s) 512 GT/s (63.02 GB/s) 128b/130b

Comment Sélectionner une Carte PCIe Idéale ?

Tout d'abord, pour utiliser une carte PCI Express, votre ordinateur doit disposer d'au moins une rainure PCI Express disponible. Si vous appliquez un réseau câblé sans acheter un système conçu, vous devez rechercher des cartes PCIe. Cependant, il est difficile de choisir une carte PCIe appropriée. Certains facteurs doivent être pris en compte lors de la sélection :


  • Version de Carte PCIe et Largeur de Rainure : Assurez-vous que le type de carte PCI Express est compatible avec votre équipement et votre environnement réseau actuels.

  • Norme de Protocole : Avant l'achat, il est nécessaire de savoir si la carte prend en charge les normes dont vous avez besoin comme RDMA, RoCE, iSCSI, et FCoE.

  • Contrôleur : Les puces d'Intel, Broadcom, Mellanox et Realtek sont la tendance.

Après avoir confirmé les trois facteurs mentionnés ci-dessus, il existe encore quelques éléments qui influencent vos choix comme la vitesse de transmission, le numéro de port, le type de connecteur, le système d'exploitation, la marque et le prix, etc. Un guide d'achat complet des cartes réseau peut vous aider : Comment Choisir une Carte Réseau ?

Conclusion

Le logiciel de pointe continue d'évoluer à une vitesse incroyable pour répondre à plus de demandes, ce qui est l'impulsion pour améliorer constamment les performances de PCIe. En répondant à la norme PCIe de facto, les nouvelles générations des cartes PCIe comme PCIe4.x, PCIe 5.x et PCIe 6.x à naître s'est prouvé qu'elles peuvent réduire l'écart de développement entre les cartes basées sur PCIe et les hôtes, ce qui possède un grand potentiel.