Aktuality  |  Články  |  Recenze
Doporučení  |  Diskuze
Grafické karty a hry  |  Procesory
Storage a RAM
Monitory  |  Ostatní
Akumulátory, EV
Robotika, AI
Průzkum vesmíru
Digimanie  |  TV Freak  |  Svět mobilně

Čipové sady se sběrnicí PCI Express - dosavadní vývoj a shrnutí

13.10.2005, Karel Polívka, článek
Čipové sady se sběrnicí PCI Express - dosavadní vývoj a shrnutí
Rozhraní PCI Express je tu s námi již déle než rok, proto jsem se nyní rozhodl ohlédnout v čase zpět, připomenout si "první krůčky", probrat si desktopové čipové sady s její podporou od všech výrobců a následně si s odstupem času celou situaci zhodnotit. Bude tedy řeč o konkurenčním boji ATi vs. nVidia (prvotní vývoj v oblasti grafických karet) a hlavně o oblasti čipových sad (ATi, nVidia, Intel, SiS, ULi a VIA.)
Vraťme se ale zpět na počátek a podívejme se na to, jak k nové sběrnici přistupovali výrobci grafických karet (respektive čipů). Tuto kapitolu jsem tedy věnoval čistě této tématice. Postoj ze strany nVidie byl takový, že ještě poměrně dlouho před vypuštěním prvních čipových sad disponujících sběrnicí PCIe představila hned několik svých řešení s její podporou.


Víla Dawn - maskot první řady čipů série GeForce FX

Vydala se ovšem pro ni tou nejjednodušší cestou, a to s využitím konverzních můstků HSI (High Speed Interconnect), díky kterým umožnila již zaběhnutým čipům vyvíjeným původně pro AGP spolupráci s PCIe. Pokud bychom měli být přesní, tak dne 18.2.2004 nVidia představila následující modely pro PCIe:
  • GeForce PCX 4300 (analogie k GeForce 4 MX pro AGP)
  • GeForce PCX 5300 (analogie k GeForce 5200 Ultra pro AGP)
  • GeForce PCX 5750 (analogie k GeForce 5700 Ultra pro AGP)
  • GeForce PCX 5950 (analogie k GeForce 5950 pro AGP)

Nejslabší varianta GeForce PCX 4300 (GeForce 4 MX) se však posléze neuchytila. Jádra zůstala stejná, což na jednu stranu znamenalo rychlé nasazení pro PCIe, nicméně celou sérii GeForce FX lze spíše chápat jako neúspěch nVidie (zejména pokud se ke slovu dostane DirectX 9), a proto ani v případě převedení na PCIe nešlo o moc přesvědčivá řešení.


Víla Dusk - maskot druhé řady čipů série GeForce FX

Na druhou stranu zde měla platforma využívající sběrnici PCIe ještě před svým vlastním uvedením do praxe grafické karty, s kterými bude schopná ihned spolupracovat, což je vždy pro nasazení něčeho nového nesmírně důležité (podpora ze strany výrobců počítačových komponent). ATi na to ze začátku šla odlišným způsobem, a to nativní podporou přímo ze strany grafických čipů. Nyní je však třeba dát PCIe na chvilku "k ledu" a připomenout si situaci z globálního pohledu, tedy nezávisle na typu sběrnice.


Jak to však vypadalo s oběma grafickými giganty z globálního hlediska?

Společnost nVidia dne 14.4.2004 představila dlouho očekávanou šestou generaci svých grafických čipů, která ji díky mnoha aspektům ihned postavila do pozice technologického i výkonnostního "lídra" (jelikož se jednalo zprvu i o high-endový model GeForce 6800 Ultra využívající jádro NV40). Pokud vás zajímají detaily, odkáži vás na náš tehdejší článek nVidia GeForce 6800 - šestá generace GPU realitou. Změny oproti předchozí generaci byly vskutku impozantní, nicméně v té době se už také netrpělivě čekalo na nový čip od ATi s označením R420 vyvíjený pod kódovým značením Loki.



Pakliže šestá generace grafických čipů nVidie se nesla ve znamení zcela nové architektury (což bylo mimojiné po nepříliš podařené sérii FX takřka nutností), tak v případě ATi a jejího čipu R420 alias Loki se mělo jednat "jen" o vylepšení té dosavadní, která sklidila značný úspěch (Radeony 9800). Nové řešení od ATi bylo představeno 4.5.2004 v podobě Radeonu X800, a přestože se jednalo jen o inovovanou architekturu (která kladla velký důraz na značný paralelizmus díky šestnácti pixel pipelines stejně jako v případě GeForce 6800 Ultra), tak po výkonnostní stránce se jednalo o řešení na srovnatelné úrovni s nejnovějším počinem nVidie, tedy čipem NV40 (co se však schopností týče, má šestková řada nVidie oproti sérii X800 navrch především díky podpoře Shader Modelu 3.0 - což je ovšem u karet této výkonnostní třídy dost diskutabilní z hlediska reálného využití).



Představeny byly dvě verze lišící se frekvencemi a hlavně počtem aktivních pixel pipelines. Model Radeon X800 Pro jich má k dispozici aktivních jen 12, zatímco model Radeon X800 XT Platinum Edition jich má aktivních všech 16, které jsou v rámci jádra R420 fyzicky k dispozici.
  • Radeon X800 Pro (475MHz jádro, 900MHz paměť, 12 pixel pipelines)
  • Radeon X800 XT Platinum Edition (520MHz jádro, 1120MHz paměť, 16 pixel pipelines)

Pro více informací vás opět odkáži na náš tehdejší článek ATi Radeon X800 - grafická (r)evoluce. V obou případech čerstvého high-endu od nVidie i ATi se v době uvedení jednalo pouze o řešení pro sběrnici AGP.



Netrvalo dlouho a po uvedení Radeonu X800 pro AGP se i ATi na brzké uvedení čipových sad s podporou PCIe u Intelu připravila mírně předem, jelikož 1.6.2004 uvedla svá vlastní řešení pro tuto sběrnici, přičemž mezi nimi nechyběl čerstvě uvedený high-endový model Radeon X800 Pro (kvůli nativní podpoře PCIe se však z tohoto hlediska jednalo o mírně upravený čip R423 - architektura jako taková však odpovídala R420). Celkem tedy byly uvedeny následující modely:
  • Radeon X300 / SE - jádro RV370 (vychází z Radeonu X600, analogii pro AGP nemá, 4 pixel pipelines)
  • Radeon X600 Pro / XT - jádro RV380 (analogie k Radeonu 9600 Pro / XT s jádrem RV360 pro AGP, 8 pixel pipelines)
  • Radeon X800 Pro - jádro R423 (analogie k Radeonu X800 Pro s jádrem R420 pro AGP, 12 pixel pipelines)

Pokud bychom měli shrnout počáteční stav, tak při příchodu intelovských čipových sad s PCIe byla v lepší pozici společnost ATi. Ta totiž měla pro PCIe k dispozici svůj high-endový model Radeon X800 Pro, mainstreamový Radeon X600 Pro / XT a low-endový Radeon X300 / SE (ve všech případech šlo již o nativní podporu PCIe). Naproti tomu nVidia nabízela (přestože se značným časovým předstihem - na uplatnění v praxi musela stejně počkat) pouze staré modely nepříliš podařené série GeForce FX známé ze sběrnice AGP a doplněné konverzním můstkem HSI. Důležitý byl však fakt, že nVidia neměla v této době pro PCIe jediné high-endové řešení a ty mainstreamové byly v podstatě jen "aby se neřeklo", narozdíl od ATi se svými Radeony X800 Pro (ale naprostý high-end v podobě Radeonu X800 XT PE s aktivními všemi 16 pixel pipelines jako v případě AGP pro PCIe zatím nebyl).


Zbraně připraveny, první bitva ve znamení PCIe na dohled

Obě hlavní společnosti vyrábějící grafické čipy tedy měly ještě před vypuštěním intelovských čipových sad Grantsdale a Alderwood se sběrnicí PCIe svoje řešení připraveny a nezbývalo tedy již nic jiného, než počkat na onen osudný den D (21.6.2004). Jak již bylo zmíněno, tak v této době již existovaly pro sběrnici AGP high-endové karty v podobě GeForce 6800 Ultra a Radeon X800 XT PE (přestože zatím ve velmi omezené míře) a samozřejmě bohatá nabídka karet z předchozích generací vyplňující mnoha modely tehdejší oblast mainstreamu a low-endu.

Naproti tomu pro novou platformu Intelu s PCIe bylo vyhrazeno doslova jen pár řešení, které navíc v případě nVidie a její řady GeForce PCX (tedy řada FX) byly již pro náročnější nasazení neuspokojivé. Radeonů X800 s jádrem R423 jako jediného zástupce high-endu pro PCIe bylo stejně jako v případě top modelu ze stáje nVidie nedostatečné množství (nehledě na opravdu vysokou cenu), Radeony X600 (v podstatě Radeony 9600) svým výkonem již nikoho neoslnily a Radeony X300 byly vskutku low-end. Proto si v té době pořizovat nový systém založený na platformě LGA775 bylo přinejmenším neuvážené (pokud dotyčný samozřejmě nebral tehdejší grafické karty jako provizorní řešení, jež by později době vyměnil za něco jiného - takovéto uvažování by však nebylo z hlediska financí zrovna optimální).

Bylo jasné, že velice brzy se objeví množství nových řešení pro PCIe pokrývající všechny výkonnostní (a cenové) segmenty jak od ATi, tak zejména i od nVidie. Nicméně jelikož šlo o novou platformu Intelu, tak se kompletní počítačové sestavy, jež ji využívaly, začínaly na trhu stále více objevovat a vstup sběrnice PCIe do světa tvrdé reality započal. V této době tedy zatím nevadilo, že platforma AMD rozhraním PCIe nedisponovala, jelikož se jednalo o něco nového, na co nebyl trh ještě zcela připraven.

Avšak posléze se přes léto vyrojily informace o nových čipech nVidie určených právě pro sběrnici PCIe (musela vyplnit oblast high-endu a mainstreamu), podle kterých to vypadalo na opravdu slibné kousky. Na to samozřejmě reagovala i ATi a dala najevo, že též připravuje další řešení. Tuto druhou etapu závodu typu "kdo dříve" opět vyhrála nVidia, když 12.8.2004 představila nový mainstreamový čip NV43 v podobě GeForce 6600 a GeForce 6600 GT vycházející z architektury NV40, oproti níž obsahuje fyzicky poloviční počet pixel pipelines (místo 16 jen 8) i vertex jednotek (místo 6 jen 3) a paměťová sběrnice má také poloviční šíři (místo 256 jen 128 bitů).


Referenční design karet GeForce 6600 (nalevo) a GeForce 6600 GT (napravo)

Všechny schopnosti CineFX 3.0 však zůstaly zcela zachovány (tedy i všechny realizovatelné grafické efekty jako u NV40). Je však vhodné poznamenat, že NV43 byl první čip od nVidie s nativní podporou PCIe.
  • GeForce 6600 (300MHz jádro, 550MHz paměť, šíře paměťové sběrnice 128 bitů, 6pp, 3v)
  • GeForce 6600 GT (500MHz jádro, 1000MHz paměť, šíře paměťové sběrnice 128 bitů, 6pp, 3v)

Pokud jde o další modifikace karet založených na NV40, tak vedle verze GeForce 6800 GT (která u nás nebyla vůbec k sehnání) se později stala nováčkem verze GeForce 6800 LE mířená taktéž do oblasti mainstreamu. Tato verze se původně měla dodávat jen jako OEM výrobcům počítačů a na volný trh se podle původních zpráv dostat neměla, nicméně netrvalo dlouho a jednotliví výrobci začali představovat své vlastní karty založené právě na GeForce 6800 LE.



Jedná se stále o čip NV40, nicméně počet aktivních pixel pipelines je zde 8 a vertex jednotek je 4, přestože jádro fyzicky obsahuje plný počet (tedy 16pp a 6v). Z výroby se tak mohly u nepovedených GeForce 6800 Ultra/GT čipů deaktivovat vadné jednotky a čip mohl jít přesto do prodeje, jen pod jiným označením (ale samozřejmě též s odpovídajícím nižším výkonem a cenou). Byla zde ale jistá šance na odemknutí deaktivovaných pipelines, které posléze pracovaly správně - což byla však už jen otázka štěstí.
  • GeForce 6800 Ultra (400MHz jádro, 1100MHz paměť, šíře paměťové sběrnice 256 bitů, 16pp, 6v)
  • GeForce 6800 GT (350MHz jádro, 1000MHz paměť, šíře paměťové sběrnice 256 bitů, 16pp, 6v)
  • GeForce 6800 (325MHz jádro, 700MHz paměť, šíře paměťové sběrnice 256 bitů, 12pp, 5v)
  • GeForce 6800 LE (300MHz jádro, 700MHz paměť, šíře paměťové sběrnice 256 bitů, 8pp, 4v)

Jak již bylo řečeno, čip NV43 (GeForce 6600/GT) byl prvním od nVidie s nativní podporou sběrnice PCIe a jelikož se jednalo o mainstreamové řešení, bylo pro nVidii důležité, aby zde měla svého zástupce i z oblasti high-endu. V průběhu srpna se tak stalo díky představení čipu NV45, což byl v podstatě čip NV40 jen doplněný o konverzní můstek BR2 umožňující použití i pro sběrnici PCIe.



Konverzní můstek BR2 zde byl však umístěn v pouzdře hned vedle jádra, což bylo ze začátku při pohledu na první vzorky karet s NV45 dost matoucí, jelikož PCB a rozmístění součástek bylo takřka shodné (kromě přídavného napájení) jako v případě použití NV40 pro AGP. Díky absenci konverzního můstku na PCB karty, jako tomu bylo v případě série GeForce PCX, se tak množily spekulace, zda se nejedná o nový čip navržený pro PCIe. Pozdější nahlédnutí pod chladič (při příležitosti první demonstrace tohoto čipu na Computexu probíhajícího na začátku června) však tuto otázku dostatečně osvětlilo společně s pozdějšími výkonnostními testy (například zde), které potvrdily, že se jedná o "staré dobré" jádro NV40. Uvedení však bylo spíše "papírové", jelikož karty s jádrem NV45 na trhu ještě delší dobu nebyly (samozřejmě vyjma různých redakcí, které obdržely vzorky pro testování).


ATi představuje konkurenceschopné mainstreamové řešení pro PCIe

Na konci srpna situace kolem PCIe tedy vypadala tak, že nVidia měla představený high-end v podobě čipu NV45 (GeForce 6800 Ultra / GT) na jehož nasazení v praxi jsme ještě několik měsíců čekali. Dále v polovině srpna představila čip NV43 - první řešení nVidie s nativní podporou PCIe mířené do oblasti mainstreamu, přičemž specifikace dávaly jasně najevo, že se bude jednat o řešení s výborným poměrem cena/výkon. Důležitý byl také fakt, že karty s tímto čipem se měly začít objevovat na trhu již koncem září. Byla tedy řada na ATi, jak se jí její nové mainstreamové řešení (známé již pod čipovým označením RV410) pro PCIe povede, jelikož dosavadní řešení v podobě Radeonu X600 (vycházejícího z již postaršího Radeonu 9600) bylo málo výkonné a v přímé konfrontaci s nově představeným mainstreamem nVidie (tedy s GeForce 6600/GT) by nemělo šanci.



Trvalo ještě déle jak měsíc, než ATi odpověděla. Stalo se tak 21.9.2004, kdy představila čip RV410 pod označením Radeon X700, který vychází z architektury Radeonu X800 pro PCIe, tedy z čipu R423. Představeny byly hned 3 verze, které se odlišovaly frekvencemi jádra a paměti.
  • Radeon X700 (400 MHz jádro, 700 MHz paměť, 8pp, 6v)
  • Radeon X700 Pro (420 MHz jádro, 864 MHz paměť, 8pp, 6v)
  • Radeon X700 XT (475 MHz jádro, 1050 MHz paměť, 8pp, 6v)

Mezi další specifikace, jež odpovídají všem třem verzím, patří 8 pixel pipelines, 6 vertex jednotek a 128-bitová paměťová sběrnice. Díky architektuře pocházející ze série X800 zde chybí samozřejmě podpora Shader Modelu 3.0, což však nebylo u karet této generace a zejména v oblasti mainstreamu důležité. Pozdější testy ukázaly, že karty GeForce 6600 / GT mají oproti Radeonům X700 výkonnostně navrch a navíc disponují solidním přetaktovávacím potenciálem (zejména levnější GeForce 6600 u které lze bez problémů přetaktovat jádro na úroveň silnější GT verze).



Přestože Radeony X700 nijak neexcelovaly, měla ATi díky nim pokrytou i oblast mainstreamu pro PCIe, což bylo pro ni stěžejní. Tímto počinem tak lze uzavřít tuto kapitolu stejně jako první etapu nástupu sběrnice PCIe (nVidia i ATi již měly svá řešení pro PCIe v oblasti high-endu i mainstreamu). Můžeme se tedy posunout dále a zaměřit se na druhý aspekt - čipové sady se sběrnicí PCIe (vlastní téma tohoto článku).