عند تجميع أو ترقية جهاز كمبيوتر، يركز معظم المستخدمين على وحدات معالجة الرسومات (GPU) ووحدات المعالجة المركزية (CPU) ومحركات الأقراص الصلبة (SSD)، لكن قليلين يدركون أن مسارات PCI Express (PCIe) هي بمثابة الطرق السريعة غير المرئية التي تربط هذه المكونات ببعضها. فهي تحدد سرعة تواصل وحدة معالجة الرسومات مع وحدة المعالجة المركزية، وعدد محركات أقراص NVMe SSD التي يمكنك استخدامها دون اختناقات، وما إذا كانت الترقية التالية ستعمل كما هو متوقع.
تشرح هذه المقالة ماهية مسارات PCIe، وكيفية عملها، وما الجديد في PCIe Gen4 و Gen5، وكيفية اتخاذ خيارات أكثر ذكاءً عند التخطيط لنظامك.
ما هو مسار PCIe؟
يُعد مسار PCIe قناة الاتصال الأساسية لواجهة PCI Express.
يتكون كل مسار من زوجين من الأسلاك - زوج واحد لنقل البيانات وآخر للاستقبال - مما يجعل PCIe مزدوجًا بالكامل (يمكن للبيانات أن تتدفق في كلا الاتجاهين في وقت واحد).
يمكن تجميع مسارات متعددة لإنشاء وصلات أوسع، والتي غالباً ما تراها مصنفة على أنها ×1 أو ×4 أو ×8 أو ×16.
×1: مناسب للبطاقات الإضافية الصغيرة مثل بطاقات الواي فاي أو بطاقات الالتقاط.
×4: يستخدم بواسطة محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe وفتحات M.2.
×16: مخصصة لوحدات معالجة الرسومات للحصول على أقصى عرض نطاق ترددي.
باختصار، المزيد من المسارات = المزيد من عرض النطاق الترددي.
للحصول على مزيد من المعلومات حول ماهية ممر PCIe، تحتوي مقالتنا السابقة على شرح أكثر تفصيلاً حول هذا الموضوع.
المسارات المدعومة بوحدة المعالجة المركزية مقابل مسارات مجموعة الشرائح
ليست جميع مسارات PCIe متساوية.
تحتوي الأنظمة الحديثة على مصدرين لمسارات PCIe:
مسارات وحدة المعالجة المركزية: متصلة مباشرة بالمعالج. توفر هذه المسارات أقل زمن استجابة وأعلى عرض نطاق ترددي.
مسارات مجموعة الشرائح (PCH): يتم توجيهها عبر مجموعة شرائح اللوحة الأم، والتي تتصل مرة أخرى بوحدة المعالجة المركزية باستخدام رابط (يسمى DMI على Intel أو Infinity Fabric على AMD).
لأن مسارات مجموعة الشرائح تشترك في رابط DMI واحد، فقد تصبح عنق زجاجة عندما تتنافس أجهزة متعددة عالية السرعة - مثل محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe أو بطاقات الالتقاط - على عرض النطاق الترددي.
على سبيل المثال، قد يوفر معالج AMD Ryzen أو Intel Core النموذجي 16-20 مسارًا مباشرًا، يتم تخصيصها عادةً على النحو التالي:
16 مسارًا لوحدة معالجة الرسومات (فتحة x16)
4 مسارات لمحرك الأقراص الصلبة NVMe SSD الرئيسي
أما الباقي فيُستخدم لربط مجموعة الشرائح
أما باقي المكونات - وحدات تحكم USB، ومنافذ SATA، ووحدات Wi-Fi - فتتصل عبر المسارات الأبطأ في مجموعة الشرائح.
أجيال PCIe وسرعاتها
كل جيل جديد من PCIe يضاعف معدل نقل البيانات لكل مسار مقارنة بالجيل السابق.
دعونا نلقي نظرة على الأرقام:
(GT/s = جيجا نقلة في الثانية)
بعبارات بسيطة:
فتحة PCIe Gen4 ×8 سريعة تقريبًا مثل فتحة Gen3 ×16.
تتجاوز فتحة Gen5 ×8 بالفعل سرعات Gen4 ×16 - مما يعني أن عددًا أقل من المسارات يمكن أن يوفر إنتاجية هائلة.
ولهذا السبب يمكن لأحدث وحدات معالجة الرسومات (GPUs) ومحركات الأقراص الصلبة (SSDs) تحقيق أداء مذهل حتى مع عدد أقل من المسارات المخصصة.
PCIe الجيل الرابع مقابل الجيل الخامس: قفزة هندسية
إن تقنية PCIe Gen5 ليست "أسرع بمرتين" فحسب، بل إن تصميمها أصعب بكثير أيضاً.
عند سرعة 32 جيجابت/ثانية، يُعدّ كل جزء من فقدان الإشارة مهمًا. يجب على مصنعي اللوحات الأم استخدام ما يلي:
مواد لوحات الدوائر المطبوعة عالية الجودة (رقائق منخفضة الفقد)
أطوال مسارات أقصر
إعادة الإرسال أو إعادة التوقيت للحفاظ على سلامة الإشارة
التحكم الدقيق في المعاوقة أثناء التوجيه
ولهذا السبب فإن اللوحات الأم من الجيل الخامس أغلى ثمناً - فهي تحتاج إلى هندسة متقدمة للتعامل مع هذه السرعات دون أخطاء في البيانات.
بالنسبة لمُجمّعي أجهزة الكمبيوتر، فإن الخلاصة هي كالتالي:
لن تشعر بسرعة الجيل الخامس في المهام اليومية إلا إذا كنت تُشغّل تطبيقات تتطلب نطاقًا تردديًا فائقًا (مثل عرض الرسومات ثلاثية الأبعاد، وتدريب الذكاء الاصطناعي، وأنظمة RAID متعددة وحدات NVMe). لكنك ستستفيد من ضمان التوافق مع التقنيات المستقبلية.
مثال من واقع الحياة: تخصيص المسارات في وحدات المعالجة المركزية الحديثة
دعونا نتخيل إعدادًا نموذجيًا باستخدام معالج Intel أو AMD حديث:
[وحدة المعالجة المركزية]
│
├── PCIe x16 → وحدة معالجة الرسومات
├── PCIe x4 ← NVMe SSD (فتحة M.2)
└── PCIe x4 → رابط مجموعة الشرائح (DMI / Fabric)
│
منافذ USB
محركات أقراص SATA
فتحات NVMe الثانوية
└── بطاقات الشبكة / واي فاي
عند تثبيت محرك أقراص NVMe ثانٍ، قد تقوم اللوحة الأم بمشاركة أو تقسيم مسارات البيانات، مما قد يقلل أحيانًا من سرعة معالج الرسوميات من ×16 إلى ×8. على الرغم من أن هذا لا يؤثر عادةً بشكل كبير على أداء الألعاب (الجيل الرابع ×8 = الجيل الثالث ×16)، فمن المهم مراجعة دليل اللوحة الأم لمعرفة المنافذ التي تتشارك في عرض النطاق الترددي.
لماذا تُعدّ مسارات PCIe مهمة؟
حتى مع المكونات فائقة السرعة، يمكن أن تحدث اختناقات في عرض النطاق الترددي إذا قمت بتحميل مجموعة الشرائح بشكل زائد أو تقسيم مسارات وحدة المعالجة المركزية بشكل غير فعال.
إليك كيف يؤثر نظام إدارة المسارات على الأداء:
عرض نطاق وحدة معالجة الرسومات: أمر بالغ الأهمية لمهام العرض والحساب.
عرض نطاق التخزين: يؤثر على معدلات نقل البيانات في محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe، وخاصة في RAID.
بطاقات إضافية: يمكن لبطاقات الالتقاط وبطاقات الشبكة والمسرعات أن تشبع مسارات مجموعة الشرائح بسهولة.
يضمن الاستخدام الفعال لمسارات وحدة المعالجة المركزية أن يكون لكل جهاز مسار واضح وسريع إلى المعالج.
ولهذا السبب توفر المنصات المتطورة مثل AMD Threadripper أو Intel Xeon 48-128 مسارًا - وهي مثالية لإعدادات وحدات معالجة الرسومات المتعددة أو محطات العمل.
نظرة مستقبلية: PCIe Gen6 وما بعده
الخطوة التالية، PCIe Gen6، ستضاعف السرعات مرة أخرى إلى 64 جيجابت/ثانية لكل مسار باستخدام إشارات PAM4 (تعديل سعة النبضة) - وهو تحول هائل في كيفية نقل الإشارات.
لكن هذا الأمر يطرح تحديات تصميمية أكبر:
استهلاك أعلى للطاقة
مواد لوحات الدوائر المطبوعة الأكثر تكلفة
ازدياد الحاجة إلى تصحيح الأخطاء (ترميز FLIT)
على الرغم من أن الأمر قد يستغرق بعض الوقت قبل أن يصل الجيل السادس إلى أجهزة الكمبيوتر الشخصية للمستهلكين، إلا أن خوادم المؤسسات ومراكز البيانات ستتبناه أولاً - مما يمهد الطريق للجيل التالي من وحدات معالجة الرسومات ومحركات الأقراص الصلبة.
نصائح عملية لمُجمّعي أجهزة الكمبيوتر
تحقق من مشاركة المسارات: قبل شراء اللوحة الأم، تحقق من فتحات M.2 أو فتحات PCIe التي تتشارك المسارات مع وحدة معالجة الرسومات الخاصة بك.
استخدم مسارات وحدة المعالجة المركزية للأجهزة الحيوية: يجب أن تشغل وحدة معالجة الرسومات ومحرك الأقراص الرئيسي NVMe دائمًا مسارات مباشرة لوحدة المعالجة المركزية.
لا تبالغ في التفكير في الجيل الخامس (حتى الآن): ما لم يكن عبء العمل الخاص بك مرتبطًا بشكل كبير بالإدخال/الإخراج، فإن الجيل الرابع يوفر نطاقًا تردديًا كبيرًا.
استعد للمستقبل بذكاء: اختر لوحة أم تدعم كلاً من الجيل الرابع والجيل الخامس - فهذا يضمن التوافق لسنوات قادمة.
الموازنة بين التبريد وعرض النطاق الترددي: تولد أجهزة PCIe عالية السرعة حرارة إضافية؛ لذا فإن تدفق الهواء الجيد والمشتتات الحرارية أمر ضروري.
خاتمة
تُعدّ مسارات PCIe بمثابة النظام الدوري لجهاز الكمبيوتر الخاص بك - غير مرئية، لكنها حيوية. إن فهم عدد المسارات التي يوفرها معالجك المركزي، وكيفية تخصيصها، يمكن أن يُحدث فرقًا كبيرًا بين جهاز متوازن وآخر مليء بالاختناقات الخفية.
مع انتشار تقنية PCIe Gen5 واقتراب Gen6 من الأفق، فإن معرفة كيفية عمل هذه المسارات ستساعدك على اتخاذ قرارات أكثر ذكاءً بشأن الأجهزة - سواء كنت تقوم ببناء جهاز ألعاب قوي، أو محطة عمل إبداعية، أو خادم تخزين عالي السرعة.
