nVidias PCI Express Bridge

3. März 2004 / von aths & Leonidas / Seite 2 von 2

Wir redeten hier bisher immer vom "Downstream", also der Richtung CPU -> Grafikkarte. In Zukunft wird der "Upstream" immer mehr an Bedeutung gewinnen, womit der Rückkanal gemeint ist. Traditionell ist die Rückrichtung bei AGP eher ein Flaschenhals, da hier bei PCI-Writes Daten nur im AGPx1 Modus mit maximal 266 MB/sec übertragen werden können. Bei AGP-Writes sind es zwar die vollen 2 GB/sec von AGPx8 - allerdings können Down- und Upstream bei AGPx8 zusammen immer nur maximal 2 GB/sec betragen.

PCI Express hingegen gestattet, in beide Richtungen gleichzeitig mit voller Bandbreite zu übertragen. Zählte man Hin- und Rückkanal zusammen, jeweils bis zu 4 GB/s, kommt man auf 8 GB/sec Total-Bandbreite für PCI Express x16. Da nVidias "AGPx16" Modus jedoch auf 4 GB/s für Down- und Upstream zusammen begrenzt ist, kann der virtuelle "AGPx16" Modus der GeForce PCX Grafikkarten das PCI Express x16 Protokoll natürlich nicht in Gänze ausnutzen.

Interessanterweise hat nVidia für den Rückkanal eine dynamische Technologie erschaffen, welche die Größe des Rückkanals so anpassen kann, wie sie gebraucht wird. D.h. die zur Verfügung stehenden 4 GB/sec Bandbreite können ganz dem Downstream zugeteilt werden - oder auch ganz dem Upstream, was für Multimedia-Anwendungen sicherlich interessant ist. Üblich wird dagegen eher eine solche Lösung mit 3 GB/sec Downstream und 1 GB/sec Upstream (Brutto-Bandbreiten) sein:

3 GB/sec Downstream und 1 GB/sec Upstream (Brutto-Bandbreiten)

Damit hat nVidia erstaunlich viel mit seiner PCI Express Bridge bewirken können: Man bietet im Downstream zumindestens theoretisch die Bandbreite von PCI Express x16 an, gleichzeitig sind aber - wenn auch unter dem Verlust von Downstream-Bandbreite Lösungen mit hohen Upstream-Bandbreiten realisierbar. Damit erreichte nVidia mit seinen PCI Express Bridge-Chips fast das Niveau von nativen PCI Express Lösungen. Nur bei Anwendungsfällen, wo sowohl die 4 GB/sec Downstream als auch die 4 GB/sec Upstream von PCI Express x16 benötigt werden, liegt die nVidia-Lösung mit dem virtuellen "AGPx16" Modus klar zurück. Um unsere anfängliche Tabelle noch mit "AGPx16" zu komplettieren:

Wir sprachen vorstehend schon kurz an, dass die normale Burstline-Größe für PCI Express ein ungünstig kleines Datenpaket ergibt. Dies wurde rechtzeitig bedacht, die neueren Grafikchips von nVidia cachen intern immer zu 512 Bit Paketen. Diese Methode vergrößert die Ineffizienz beim Speicherzugriff etwas (es gibt mehr Verschnitt), aber sie senkt die Ineffizienz durch den PCI Express Protokoll-Overhead.

Damit werden allerdings natürlich nie die vollen 4 GB/sec theoretische Bandbreite des PCI Express x16 Modus ausgenutzt werden können, sondern vielmehr ergibt dies "nur" eine maximal erreichbare Netto-Bandbreite von 3 GB/s pro Richtung bei PCI Express x16. Dies ist unabhängig von der Verwendung von "AGPx16" und wird auch bei den PCI Express x16 Lösungen anderer Hersteller in ähnlicher Form zu beobachten sein:

3 GB/s: mehr Netto-Bandbreite ist bei nVidia derzeit nicht realisierbar

Wer zufällig im Sommer 2004 sein Mainboard gegen eines mit PCI Express Steckplätzen austauscht, sollte natürlich lieber darauf achten, dass jenes auch über einen AGP-Steckplatz verfügt, um seine alte Grafikkarte weiterhin nutzen zu können (zumindestens Chaintech wird ein Mainboard sowohl mit PCI Express x16 als auch AGPx8 Steckplatz anbieten). Eine GeForceFX 5200 wird nicht dadurch besser, dass sie jetzt als PCI Express Karte kommt, bis zu 256 MB RAM haben mag und GeForce PCX 5300 heißt. Genauso wird wohl auch ATi Einsteiger-Produkte als PCI Express Version bringen - an deren Einsteiger-Performance wird dies aber nichts ändern.

Auch DirectX7-Hardware wird, mit dem Codenamen NV19 und unter dem Kartennamen GeForce PCX 4300 noch mit PCI Express Interface in den Markt kommen. Technisch handelt es sich hierbei um einen GeForce4 MX Chip mit PCI Express Bridge auf dem Grafikboard. Für einen Office-PC ist dies sicherlich keine schlechte Wahl: OEM-Mainboards für solche PCs werden wohl schon bald auf PCI Express umgestellt werden, und man spart hier den extra AGP-Port. Bei Spielern heißt es jedoch: Finger weg! Unseres Wissens wird es von nVidia hingegen keine DirectX8-Hardware als PCI-Express-Version geben. Wir empfehlen dem Spieler daher, wenn er denn eine PCI Express Karte von nVidia haben will, von der GeForceFX-Schiene nichts kleineres als die GeForce PCX 5750 zu kaufen.

Abschließend lässt sich sagen, dass wir anhand der nVidia-Unterlagen zur PCI Express Bridge den Eindruck gewonnen haben, dass nVidias Weg in das PCI Express Zeitalter gut durchgeplant ist. Dass die AGP-Chips, die mit der Bridge eingesetzt werden, intern in einem virtuellen "AGPx16" Modus arbeiten, ist ein Zeichen davon, dass für die höhere Bandbreite von PCI Express mitgedacht wurde.

Es bleibt nun abzuwarten, dass sich die guten technischen Ansetzungen auch in der Praxis bewähren. Wir durften zumindestens vorab in (von nVidia aufgenommenen) Diagrammen eine sehr gute Signalqualität dieser Lösungen feststellen. Und mittels den kommenden ersten Benchmarks der GeForce PCX Grafikkarten wird sich dann auch die momentan noch offene Frage nach deren Performance respektive dem performanten Funktionieren der PCI Express Bridge klären lassen.