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详解PCIe bifurcation

2024-07-16 14:46| 来源: 网络整理| 查看: 265

PCIe Lane(通道)

PCIe是串行总线,通过使用差分信号传输(differential transmission)

相同内容通过一正一反镜像传输,干扰可以很快被发现和纠正,从而可以将传输频率大幅提升。加上PCI原来基本是半双工的(地址/数据线太多,不得不复用线路),而串行可以全双工。

这样一对差分信号组成一个PCIe Lane,也叫做x1通道。把n组绑定在一起,可以让PCIe设备大幅提高传输带宽。如M.2接口的NVMe SSD一般用四组,四个Lane,也就是x4;而最耗带宽的显卡一般要用16组,就是x16。注意这个n应该是2的幂,所以不存在奇数组或者x10等组合。

计算机用户多种多样,有的用户需要插两组显卡,有的则需要很多x1的插槽。为了给主板厂商提供灵活的空间,芯片厂商通过一种叫做bifurcation(分叉)的方式让主板厂商可以灵活配置,组合或者拆分PCIe通道,来做出满足细分市场的产品来。

PCIe初始化一般分为:

1.bifurcation。

2.Root Port Training。根据信号完整性的不同,尽管Root port支持PCIe Gen3/4,但主板走线有问题,有干扰,可能只能Training出Gen2,甚至Gen1的速度来。:

3. PCI枚举。

4. PCI/PCIe的各种特性(Feature)设置,如CTO等等。

作为初始化的第一步,bifurcation的重要性自不待言。它决定了各个设备和PCIe插槽的通道宽度。它一般有三种方式:Hard Strap,Soft Strap或者Wait for BIOS。

Hard Strap

所谓Hard,是指这种方式是硬件连线,不能后期修改。在酷睿桌面CPU后面的PCIe通道通常采用这些方式。我们来看个例子,下面所有内容来自Intel官网,7代i5的Datasheet[1]

我们可以看到这种bifurcation,CPU后面的PCIe是一个x16,还是两个x8,亦或1个x8家两个x4,取决于CFG信号。

主板厂商根据自己主板样式,如提供了一个显卡插槽,则把CFG[6:5]信号都连高电平,就是一个x16;如果提供两个显卡插槽,则把CFG[6:5]信号连接一高一低,就是两个x8,即两个PCIe显卡就降成x8使用;还有些厂商喜欢把NVMe的m.2连接到CPU后面,来提高存储速度,则可以把CFG[6:5]信号都连低电平,则是1个x8连接显卡,两个x4来连接M.2 SSD。

这种bifurcation一旦确定,就不能更改,除非重新布线。

Soft Strap

所谓Soft,就是软件可以修改。PCH下PCIe root port一般是这种方式。这种配置一般储存在BIOS Image前面的discription中,可以通过工具修改

这种修改一般和BIOS程序无关,修改后直接烧录BIOS即可。当然BIOS在Image没有被锁定的情况下,可以重新修改这个区域,但修改后需要重新启动才可以生效。

主板厂商一般根据自己的主板设计情况,在烧录BIOS的时候就用软件改好了相应的值,BIOS一般没有界面去修改这个值。

Wait For BIOS

这种方式是纯BIOS设置,也就是在PCIe Training之前,通过BIOS对相关PCIe root complex的寄存器进行设置来确定通道宽度。

这种方式一般用于至强系列CPU,它们在CPU后面提供高达40个Lanes的支持:

结论

这许多细节也许比较枯燥,但只有了解现象后面的本质,我们才能够更深刻地理解计算机是怎么工作的。

最后来解决一下有些同学的实际问题,有的同学主板只有一个X16的槽,但想要插两个显卡(想想什么情况下需要),怎么办呢?可以借助一种叫做bifurcation卡的PCIe卡:

 



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