بررسی تاثیر پهنای باند PCI Express بر عملکرد کارت گرافیکی

[Don_Corleone]

مقدمه
بر خلاف بازار پردازنده های High End، در سال های اخیر رقابت سنگین میان دو کمپانی AMD و nVIDIA موجب پیشرفت سریع تراشه های گرافیکی شده است. هر یک از این دو کمپانی برای عقب نماندن از کمپانی رقیب به دفعات معماری خود را تغییر داده و از فناوری های جدید تری در ساخت تراشه های خود استفاده می کنند. این امر موجب پیشرفت هر چه سریعتر تراشه های گرافیکی در مقابل پردازنده ها می شود. پردازنده های ساخت کمپانی اینتل معمولا در هر نسل نسبت به نسل قبل خود از لحاظ IPC نهایت تا 15% افزایش کارایی از خود به نمایش می گذارند و این رقم برای پردازنده های کمپانی AMD بسیار کمتر از این رقم می باشد و این در حالی است که تراشه های گرافیکی کمپانی های AMD و nVIDIA در هر نسل حتی تا 100% نسبت به نسل قبل خود افزایش کارایی دارند.
با این پیشرفت چشمگیر تراشه های گرافیکی در سال های اخیر شاهد ایجاد گلوگاه از سوی پردازنده ها برای کارت های گرافیکی بودیم و دیگر صرف مجهز بودن به کارت گرافیکی قدرتمند نمایانگر توانایی بالای گرافیکی یک سیستم نیست. حال این سوالات پدید می آیند: آیا پهنای باند شکاف PCI Express برای کارت گرافیکی گلوگاه ایجاد می کند؟ آیا کارت های گرافیکی جدید بدون استفاده از شکاف PCI Express 3 کارایی کافی دارند؟ آیا تعویض بورد و پردازنده برای ضروری است؟
کارت های گرافیکی سری Radeon HD 7000 کمپانی AMD نخستین کارت های گرافیکی عرضه شده به بازار بودند که از شکاف های PCI Express 3 پشتیبانی می کنند. بدنبال این کمپانی، nVIDIA نیز کارت های گرافیکی سری GeForce 600 خود را با این توانایی به بازار عرضه کرد.
پلتفورم Sandy Bridge-E کمپانی اینتل نخستین پلتفورمی بود که از پهنای باند PCI Express 3 پشتیبانی می کرد اما این پشتیبانی بصورت رسمی نبود. کارت های گرافیکی جزایر جنوبی (سری Radeon HD 7000) کمپانی AMD بر روی این پلتفورم می توانند از پهنای باند PCI Express 3 استفاده کنند ولی این امر برای کارت های گرافیکی سری GeForce 600 کمپانی رقیب تا به امروز میسر نشده است.

با توجه به انتقال کنترل کننده PCI Express به داخل پردازنده ها، پردازنده های Ivy Bridge کمپانی اینتل در ترکیب با مادربورد های Z77 همین کمپانی اولین پلتفورمی هستند که بطور رسمی از PCI Express 3 پشتیبانی می کنند و کارت های گرافیکی هر دو کمپانی می توانند از این پهنای باند بهره مند گردند. فناوری PCI Express 3 پهنای باند هر مسیر را در قیاس با PCI Express 2 دو برابر می کند.

هر مسیر (Lane) در نسخه اول فناوری PCI Express توانایی انتقال 250 MB/s در هر مسیر را دارا بود که این رقم در نسخه دوم این فناوری به 500 MB/s و در نسخه سوم به 1 GB/s رسید. به این ترتیب هر شکاف PCI Express 3 x16 دارای پهنای باند 32 GB/s می باشد. این عدد ممکن است بسیار زیاد بنظر برسد ولی پهنای باند بیشتر نسخه سوم این فناوری باعث می شود شکاف های x4 و x8 این فناوری دارای پهنای باند قابل قبولی باشند. برخی بورد های مبتنی بر چیپست Z77 اینتل از 3 کارت گرافیکی به صورت همزمان پشتیبانی می کنند. در این حالت آرایش این سه شکاف که ظاهر فیزیکی x16 دارند به صورت x8,x4.x4 خواهد بود. ولی باید دید آیا شکاف PCI Express 3 x4 استفاده شده در این حالت کارایی لازم برای استفاده از یک کارت گرافیکی قدرتمند را دارد یا خیر.
نتایج
در این قسمت با اجرای تست های گرافیکی متنوع تاثیر پهنای باند گرافیکی را بر عملکرد دو کارت گرافیکی قدرتمند AMD Radeon HD 7970 و nVIDIA GeForce GTX 680 بررسی خواهیم کرد. پردازنده استفاده شده برای تست ها Intel Core i7 3770K در فرکانس 4.7 GHz می باشد. این پردازنده به دلیل ایجاد گلوگاه کمتر تا حد امکان اورکلاک شده است.
نمودار حاصل شده نتیجه ترکیب بیش از 2000 مورد تست می باشد که توسط سایت techpowerup انجام گرفته است. اعداد استفاده شده بیانگر کارایی نسبی می باشد.

با استفاده از این نمودار می توان به پرسش های مطرح شده پاسخ مناسبی داد. نخست اینکه حتی کارت های گرافیکی پر قدرت جدید که از PCI Express 3 پشتیبانی می کنند نیاز چندانی به این پهنای باند بالا نداشته و نهایتا 1% افزایش کارایی دارند. ثانیا حتی شکاف PCI Express 3 x4 دارای پهنای باند مناسبی برای استفاده از کارت های گرافیکی پر قدرت جدید می باشد. نهایت افت کارایی در این حالت 4% می باشد. می توان نتیجه گرفت حتی شکاف PCI Express 2 x8 می تواند کارایی مناسبی برای این محصولات قدرتمند داشته باشد.
نتیجه دیگر استنباط شده از این نمودار افت قابل ملاحظه کارایی در شکاف PCI Express 1.1 x8 می باشد که نشان می دهد این شکاف دیگر پاسخ گوی کارت های گرافیکی جدید جدید نیست.
نکته جالب این نمودار تاثیر پذیری بیشتر کارت های گرافیکی کمپانی nVIDIA از پهنای باند گرافیکی می باشد.

پژمان ذوالفقاری

Overclockingheroes.com