Что такое бифуркация PCI-E и зачем она нужна в современных компьютерах

Содержание: Введение Что такое бифуркация PCI-E? Типы разделения бифуркации PCI-E Способы применения бифуркации Переходники с бифуркацией Как включить бифуркацию PCI-E Альтернативы бифуркации PCI-E — PCI-E Switch Вывод Введение Все современные устройства, интегрируемые в вычислительные системы, используют лишь часть линий PCI-E при подключении, оставляя остальные линии неиспользуемыми, при этом занимая весь слот. Например, M.2-диски обычно используют только 4 линии PCI-E, а видеокарты используют лишь 8 линий. Прямое подключение устройства в таком случае было бы нерациональным, особенно, если требуется подключить сразу несколько устройств. Именно для решения этой проблемы существует такая технология, как бифуркация PCI-E. В этой статье мы поговорим о том, что такое бифуркация, как она работает, как включить ее на вашем устройстве и какие альтернативы бифуркации существуют. Что такое бифуркация PCI-E? Бифуркация PCI-E (PCI Express Bifurcation) — это технология, которая позволяет разделять доступные линии PCI Express на несколько меньших каналов для подключения нескольких устройств в один слот PCI. Стандарт PCI-E предполагает, что линия связи между системой и устройством может быть разделена на несколько логических потоков, таких как x16, x8, x4 и x1. Например, слот PCI-E x16, поддерживающий бифуркацию, может быть разделен на две группы по x8 или на четыре группы по x4, что особенно полезно при использовании нескольких NVMe SSD. Эта технология широко применяется в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях, где требуется эффективное распределение пропускной способности между различными устройствами. Настройка бифуркации обычно выполняется через BIOS материнской платы. С введением стандартов PCI-E 4.0 и 5.0 бифуркация стала еще более актуальной, так как увеличенная пропускная способность линий позволяет подключать большее количество высокоскоростных устройств без значительных потерь производительности. Переходник, способный подключить до четырех U2 дисков в PCI-E X16, используя бифуркацию PCI-E. Типы разделения бифуркации PCI-E Бифуркация PCI-E доступна нескольких режимах, наличие которых зависит от возможностей материнской платы и процессора. Основными типами разделения являются x8/x8, x4/x4/x4/x4 и x4/x4, где числа обозначают количество линий PCI-E, выделяемых для каждого подключенного устройства. Режим x8/x8 используется, например, для подключения двух высокопроизводительных устройств, таких как GPU, требующих высокой пропускной способности. Конфигурация x4/x4/x4/x4 чаще всего применяется в серверах и рабочих станциях для подключения нескольких NVMe накопителей или других периферийных устройств. Выбор типа разделения зависит от архитектуры системы и целей использования бифуркации, благодаря чему можно выстраивать масштабируемые, высокопроизводительные системы. Выбор режима работы бифуркации в BIOS на материнской плате Supermicro. Способы применения бифуркации У бифуркации PCI-E есть масса сценариев использования, связанных с подключением различных устройств с разными требованиями к пропускной способности, особенно в тех случаях, когда нужно рационально распределить ресурсы PCI-E. Одной из главных областей применения является построение массивов  из высокоскоростных NVMe SSD. Благодаря разделению линий PCI-E, один слот x16 можно использовать для подключения нескольких накопителей через переходники, что позволяет создавать системы с высокой производительностью и большим объемом памяти для обработки данных.  NVMe M.2 накопитель занимает только 4 слота В x16 слоте. Еще одним популярным применением является подключение нескольких видеокарт или ускорителей вычислений, что важно для работы в таких областях, как разработка искусственного интеллекта, рендеринг или анализ большой данных. Возможности бифуркации также полезны в рабочих станциях для расширения функционала устройства, например, для одновременного подключения карты видеозахвата, звуковой карты и других периферийных устройств.  Адаптер для GPU на шасси ALLEO, с помощью которого через SFF8654-8i можно подключить две видеокарты дистанцированно от материнской платы. Переходники бифуркацией Переходники с поддержкой бифуркации PCI-E представляют собой устройства, которые позволяют максимально эффективно использовать возможности разделения линий PCI-E для подключения нескольких устройств к одному слоту. Их главной отличительной чертой является отсутствие каких-либо специальных контроллеров, которые будут выступать в роли хаба между материнской платой и устройствами, благодаря чему такие переходники имеют высокую отказоустойчивость и продаются по более бюджетному ценнику. Такие переходники обычно оснащены несколькими разъемами, например, M.2 или U.2. Важной особенностью таких переходников является их зависимость от аппаратной бифуркации со стороны материнской платы и процессора: если система не поддерживает бифуркацию, адаптер не сможет полноценно разделить линии, так как переходник будет распознаваться как одно устройство, даже если подключено несколько логических устройств. Вот несколько примеров переходников, которые поддерживают бифуркацию: Supermicro AOC-SLG3-2M2; Supermicro AOC-SLG3-2E4T; Supermicro AOC-SLG3-4E4R; ASUS Hyper M.2 x16 Gen 4 Card. Переходник с поддержкой бифуркации ASUS Hyper M.2 x16 Gen 4 Card. Источник: ASUS. Как включить бифуркацию PCI-E  Следуйте этому пошаговому руководству для настройки бифуркации на вашей материнской плате: Проверьте совместимость оборудования. Убедитесь, что ваша материнская плата поддерживает бифуркацию PCI-E. Эту информацию можно найти в спецификациях устройства или на сайте производителя. Обновите BIOS. Перед началом настройки убедитесь, что на вашей материнской плате установлена последняя версия BIOS. Производители часто добавляют новые функции и исправления для поддержки бифуркации в обновлениях прошивки, поэтому при игнорировании обновлений, бифуркация может не включиться; Подключите устройство. Установите адаптер или устройство, которое вы планируете использовать с бифуркацией, в соответствующий слот PCI-E. Это могут быть несколько NVMe M2 накопителей на спеицаиизированном адаптере; Войдите в BIOS. Включите компьютер или сервер и войдите в BIOS; Найдите настройки PCI-E. Перейдите в соответствующий раздел BIOS для настройки работы линий PCI Express. Этим разделом может быть Advanced / PCI-E Configuration или Advanced / Chipset Configuration / North Bridge / IIO Configuration или другая вкладка, в зависимости от производителя материнской платы. Если у вас не получается найти нужную вкладку, ознакомьтесь с пользовательской инструкцией от производителя; Включите бифуркацию. В параметрах PCI-E найдите настройки, позволяющие выбрать режим работы слота. Выберите подходящий режим в зависимости от ваших требований; Сохраните изменения и перезагрузите устройство. После выбора нужного режима сохраните изменения BIOS. После этого устройства автоматически перезагрузится, применив новые настройки; Проверьте работу подключенных устройств. После загрузки системы убедитесь, что все подключенные устройства корректно распознаются операционной системой. Для проверки можно использовать диспетчер устройств в Windows или утилиты диагностики в Linux. Вкладка с настройками PCI-E Bifurcation в BIOS материнской платы Supermicro H11.  Если вы используете материнские платы от Supermicro, рекомендуем ознакомиться с нашими авторскими видеоматериалами по этой теме: Настройка Бифуркации на Supermicro X10 (Intel Xeon); Настройка bifurcation на Supermicro H11(AMD EPYC). Альтернативы бифуркации PCI-E — PCI-E Switch Хотя бифуркация PCI-E является популярным способом разделения линий для подключения нескольких устройств к одному слоту, существуют и другие подходы, с помощью которых можно разделить слоты PCI-E. Одной из главных альтернатив является использование PCI-E-коммутаторов(pci switch), которые функционируют как мост между процессором и устройствами. Такие коммутаторы позволяют подключать несколько устройств, распределяя линии между модулями автоматически, независимо от поддержки бифуркации на уровне материнской платы или процессора. Однако, у PCI-E свичей есть недостатки — из-за них увеличивается задержка и снижается показатель отказоустойчивости. Также существует разновидность PCI-E свичей, представляющие собой мультиплексор, но установленный не на отдельной плате, а припаянный к материнской плате. Такие устройства применяются, когда когда требуется подключить большее число PCI устройств при ограниченном числе линий PCI-E. Особенно часто эти устройства можно встретить на материнских платах десктопных устройств. Эти альтернативы часто выбираются в конфигурациях, где требуется простота настройки или материнская плата не поддерживает бифуркацию на аппаратном уровне. Некоторые контроллеры могут не использовать технологию бифуркации. Вместо этого они используют PCI Switch — устройство, которое на аппаратном уровне делит линии PCI-E и позволяет использовать несколько PCI-E устройств в одном слоте. Например, в этом адаптере встроен Broadcom PLX PEX8747, который помогает разделить слот на логические части. Источник: Kalea-Infomatique. Вывод Бифуркация PCI-E — это уникальная и очень полезная технология с широким спектром способов применения, благодаря которой пользователи могут удобно и гибко подключать различные устройства к слоту PCI-E. Такая функция особенно востребована, поскольку рынок вычислительных устройств активно меняется, и благодаря бифуркации, пользователи могут с легкостью адаптироваться к этим изменениям без необходимости закупать новые материнские платы для подключения передовых устройств.