ความรู้ทั่วไป
PCIe คือ อะไร แบบ x1, x4, x8 และ x16 ต่างกันยังไง มีกี่เวอร์ชั่น
Aug
เมื่อไหร่ที่จะซื้อฮาร์ดแวร์มาอัปเกรดเครื่องคอมพิวเตอร์ สิ่งที่ควรรู้ ก็คือเรื่อง Slot ในเมนบอร์ด ว่ามีเหลือช่องไหนว่างให้เราสามารถเพิ่มอุปกรณ์เข้าไปได้บ้าง และที่สิ่งเราจะมาพูดถึง และเจาะลึกกันในวันนี้ ก็คือเทคโนโลยี PCIe ว่ามัน คือ อะไร มีความสำคัญอย่างไร มีการทำงานอย่างไร รวมถึงมีกี่เวอร์ชันที่ต้องควรรู้ และนำไปเลือกซื้อฮาร์ดแวร์มาติดตั้งได้อย่างถูกต้องที่สุดกันครับ
PCIe คือ อะไร มีความสำคัญอย่างไร
PCIe คือ อะไร? คำว่า PCIe ย่อมาจาก Peripheral Component Interconnect Express หรือ PCI Xpress มันคือมาตรฐาน Bus Interface ที่ใช้สำหรับส่งข้อมูลความเร็วสูงภายในคอมพิวเตอร์ ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นโดยองค์กรที่ชื่อว่า PCI-SIG (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group) เพื่อนำมาใช้งานทดแทนรุ่นเก่าอย่าง PCI, PCI-X และ AGP เพราะปัจจุบันไม่สามารถตอบสนองต่อปริมาณข้อมูลขนาดใหญ่ได้แล้ว
จุดเด่นของ PCIe คือ การปรับเปลี่ยนสถาปัตยกรรมจาก Parallel Bus แบบขนาน มาเป็นการส่งข้อมูลแบบอนุกรมจุดต่อจุด (Point-to-Point Serial Architecture) ซึ่งหมายความว่า อุปกรณ์แต่ละชิ้นที่เชื่อมต่อผ่าน Slot PCIe จะมีช่องสัญญาณแยกกัน และส่งไปยัง Chipset หรือ CPU ได้ทันที่โดยไม่ต้องแบ่ง Bandwidth ระหว่างช่องสัญญาณเหมือนกับอุปกรณ์รุ่นเก่า ๆ นั่นเอง
PCIe Slot
มีความสำคัญอย่างไร
ความสำคัญของ PCIe slot บนเมนบอร์ด คือ การทำหน้าที่เป็นช่องทาง หรือทางด่วนสำหรับเคลื่อนย้ายข้อมูล ออกแบบมาให้เหมาะกับอุปกรณ์ที่ต้องการอัตราการรับส่งข้อมูลระดับสูง มี Bandwidth กว้าง ช่วยลดอาการคอขวด (Bottleneck) ในระหว่างการประมวลผล ทำให้อาร์ดแวร์ต่าง ๆ สามารถทำงานร่วมกันได้เต็มประสิทธิภาพสูงสุดนั่นเอง
อุปกรณ์สำคัญที่สามารถเชื่อมต่อผ่านช่องสัญญาณของเทคโนโลยี PCIe นั้นมีอยู่หลายอย่างเลย เช่น
- การ์ดจอ (Graphics Card): เพราะการ์ดจอแยก ต้องการ Bandwidth สูง เพื่อให้ส่งข้อมูลกราฟิกไปประมวลผลหนัก ๆ และส่งออกไปแสดงผลได้มีประสิทธิภาพสูงสุด การเลือก ใส่การ์ดจอ PCIe ลงในช่องที่ถูกต้องจึงมีความสำคัญมากเช่นกัน
- อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (Storage): เนื่องจาก PCIe SSD ทั้งแบบการ์ดเสียบ และแบบ M.2 จะใช้ช่องทางรับส่งข้อมูลความเร็วสูง ที่สามารถอ่าน – เขียนข้อมูลได้เร็วกว่าฮาร์ดดิสก์แบบดั้งเดิมหลายเท่าตัว
- การ์ด LAN (Network Interface Card): เช่น การ์ด LAN ระดับ 10GbE หรือการ์ด Wi-Fi 6, Wi-Fi 7 ที่ต้องการความเร็วสูง
- การ์ดขยายอื่นๆ (Expansion Cards): ไม่ว่าจะเป็น การ์ดเสียง (Sound Card), Capture Card รวมถึงการ์ดสำหรับเพิ่มพอร์ต เช่น USB, Thunderbolt และอื่น ๆ อีกมากมาย
รองรับอุปกรณ์หลายชนิด
PCIe x1, x4, x8 และ x16 ต่างกันอย่างไร
หากสังเกตดีๆ จะเห็นว่า PCIe slot บนเมนบอร์ด แต่ละตัวนั้น มีความยาวของช่องที่ไม่เท่ากัน รวมถึงสเปกของแต่ละช่องที่มีรถบุสัญลักษณ์ว่าเป็น PCIe x1 x4 x8 x16 อีกด้วย ซึ่งตัวเลขหลังอักษร X ไม่ได้ระบบเพียงแค่ความยาวของ Slot PCIe เท่านั้น แต่มันบ่งบอกถึงจะนวนเลน (Lanes) หรือเส้นทางในการรับ – ส่งข้อมูลอีกด้วย ยิ่งเลขเยอะ ก็ยิ่งมีช่องทางมากขึ้นตามไปด้วย
การทำงานของ PCIe Lane
ปกติแล้ว ใน 1 Lane ของ PCIe จะประกอบด้วยคู่สายสัญญาณ Differential Pair จำนวน 2 คู่ ซึ่งรวมเป็น 4 เส้น ซึ่งจะใช้ 1 คู่แรกสำหรับส่งข้อมูล (Transmit) และอีก 1 สำหรับรับข้อมูล (Receive) ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ PCIe สามารถรรับ และส่งข้อมูลพร้อมกันในเวลาเดียวกันได้แบบ Full-Duplex นั่นเองครับ โดยผมขอสรุปในตาราง คือ
| ชื่อ / ขนาด | จำนวนช่องสัญญาณ | เหมาะสำหรับ |
| PCIe x1 | 1 Lane | ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก หรือใช้ช่องสัญญาณน้อย เช่นการ์ด Wi-Fi, การ์ดเสียง, การ์ด LAN หรือการ์ดสำหรับเพิ่มช่อง USB |
| PCIe x4 | 4 Lanes | นิยมนำไปใช้งานกับ N.2 NVMe SSD |
| PCIe x8 | 8 Lanes | ส่วนใหญ่จะใช้กับการ์ด RAID Controller, และการ์ด LAN ความเร็วสูงระดับ Enterprise |
| PCIe x16 | 16 Lanes | เป็นช่องที่ยาวที่สุด และเหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการ Bandwidth สูงมากๆ มักจะนิยมใช้สำหรับติดตั้งการ์ดจอแยก |
นอกจากนี้สถาปัตยกรรม PCIe นั้นถือว่ามีความยืดหยุ่นสูง โดยมีหลักการเชื่อมต่อทางกายภาพ ที่สามารถใช้งานร่วมกันได้ อย่างการ์ดรุ่นที่มีความยาว แค่ X1 ก็สามารถนำไปติดตั้งกับ Slot PCIe ที่ยาวกว่าได้ โดยตัวโดยที่สามารถทำงานได้เต็มประสิทธิภาพ ไม่ต้องกังวลเรื่องของการจ่ายไฟ หรือประสิทธิภาพเลย เพียงแต่การนำการ์ดสั้น อย่าง X1 มาเสียบในช่อง X16 ก็จะทำให้เสียช่องไปโดยเปล่าประโยชน์เช่นกัน
Slot PCIe x1, x4, x8, x16
PCIe มีกี่เวอร์ชัน ต่างกันอย่างไร
นอกจากขนาด และความยาวของ Slot แล้ว PCIe ยังมีการพัฒนาด้านเทคโนโลยีมาอย่างต่อเนื่องอีกด้วย ทั้งนี้ก็เพื่อเพิ่มความเร็วในการรับ – ส่งข้อมูลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นไปเรื่อย ๆ โดยเรียกว่า Generation นั่นเอง ซึ่งในแต่ละเจนก็ยังมีการพัฒนาด้านมาตรฐานเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง แน่นอนว่าแต่ละ Gen ที่ถูกพัฒนาจะมีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าเสมอ โดยสามารถดูได้จากตารางต่อไปนี้ คือ
| Generation | Transfer Rate | Bandwidth (*เทียบเท่าต่อ 1 Lane) | Bandwidth สูงสุดโดยประมาณ ที่ทำงานบน slot x16 | ปีที่เปิดตัว |
| PCIe 1.0 | 2.5 GT/s | 250 MB/s | 4.0 GB/s | 2003 |
| PCIe 2.0 | 5.0 GT/s | 500 MB/s | 8.0 GB/s | 2007 |
| PCIe 3.0 | 8.0 GT/s | 985 MB/s (ประมาณ 1 GB/s) | 15.75 GB/s (ประมาณ 16 GB/s) | 2010 |
| PCIe 4.0 | 16.0 GT/s | 1.969 GB/s (ประมาณ 2 GB/s) | 31.51 GB/s (ประมาณ 32 GB/s) | 2017 |
| PCIe 5.0 | 32.0 GT/s | 3.938 GB/s (ประมาณ 4 GB/s) | 63.02 GB/s (ประมาณ 64 GB/s) | 2019 |
| PCIe 6.0 | 64.0 GT/s | 7.877 GB/s (ประมาณ 8 GB/s) | 126.04 GB/s (ประมาณ 128 GB/s) | 2022 |
อัตราการรับส่งข้อมูลของ PCIe นั้นจะคิดจาก Transfer Rate ที่มีหน่วยเป็น GigaTransfers per second (GT/s) คือ ค่าโดยประมาณ
เมื่อมีการทำงาน หรือใช้งานอุปกรณ์ข้าม Gen ให้ยึดจากความเร็วของอุปกรณ์ หรือช่อง PCIe ต่ำสุดเป็นหลัก เช่น
หากเมนบอร์ดใช้เทคโนโลยี PCIe Gen 4 แต่อุปกรณ์ที่นำมาเชื่อมต่อใช้เทคโนโลยี PCIe Gen 3 ความเร็วที่สามารถทำงานได้ก็คือความเร็วสูงสุดของ PCIe Gen 3 นั่นเอง และในทางกลับกัน หากอุปกรณ์ที่นำมาเชื่อมต่อ มีความเร็วสูงระดับ PCIe Gen 5 คือ ความเร็วสูงมาก แต่ Slot บนเมนบอร์ดใช้เทคโนโลยี PCIe Gen 4 ความสามารถทั้งหมดของอุปกรณ์ก็จะวิ่งอยู่ในระดับสูงสุดของ PCIe Gen 4 เท่านั้น
Slot PCIe มีความยืดหยุ่น
PCIe NVMe และ SATA ต่างกันอย่างไร
หากมองในเรื่องของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (Storage) ผมคิดว่าผู้ใช้งานหลายคนมักจะสับสนระหว่าคำว่า PCIe, NVMe และ SATA กันอยู่แน่ ๆ เพื่อให้เห็นภาพที่ชัดเจนมากขึ้น ขออธิบายถึง 2 ส่วนดังนี้
ความแตกต่างด้าน Interface
ด้าน Interface ของ PCIe กับ SATA ต่างกัน ถูกออกแบบมาให้มีความแตกต่างกันโดย
- SATA (Serial ATA): เป็นมาตรฐานการเชื่อมต่อที่ถูกพัฒนาขึ้นมาตั้งแต่ยุคฮาร์ดดิสก์ (HDD) แบบจานหมุน ซึ่งตัวพอร์ตเชื่อมต่อมีขีดจำกัดความเร็วทางกายภาพเอาไว้สูงสุดตามมาตรฐานของ SATA III ที่ 6Gbps หรือประมาณ 600 MB/s เท่านั้น
- PCIe: คือ Interface การเชื่อมต่อแบบตรงเข้ากับ CPU จึงมีการรับ-ส่งข้อมูลหลายเลน (Lenes) พร้อมกัน ทำให้มีความเร็วสูงตั้งแต่ 1,000 MB/s ไปจนถึงหลัก 10,000 MB/s ได้สบาย ๆ
ความแตกต่างด้าน Protocol
เรื่องนี้ถือว่าเป็นเรื่องที่สำคัญมากเช่นกัน ที่ทำให้ SATA กับ NVMe PCIe คือ สิ่งต่อไปนี้ คือ
- SATA ใช้ AHCI: หรือ Advanced Host Controller Interface เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบเก่า ที่ออกแบบมาสำหรับฮาร์ดดิสก์จานหมุน และมีค่า Latency ที่สูง รองรับคิวคำสั่งได้เพียง 1 Command Queue และประมวลผลพร้อมกันได้สูงสุด 32 Command Queue เท่านั้น อาจจะมีค้าง หรือช้าได้ในบางครั้ง
- NVMe (Non-Volatile Memory Express): มัน คือ Protocol แบบใหม่ ที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้กับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบ Flash Memory หรือที่เรานิยมเรียกกันว่า SSD นั่นแหละครับ ซึ่งแน่นอนว่า NVMe จะทำงานอยู่บน Interface แบบ PCIe นั่นเอง
ดังนั้น NVMe PCIe คือการทำงานร่วมกันระหว่าง Protocol สื่อสารยุคใหม่ เปรียบเสมือนรถสปอร์ทที่วิ่งอยู่บนทางด่วน เพื่อใช้ในการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง มีค่า Latency ตำมาก รองรับ Command Queue ได้สูงมากถึง 64,000 คิว นอกจากนี้ยังใช้การประมวลผลแบบ Parallel Processing ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพอีกด้วย
| คุณสมบัติ | SATA | PCIe NVMe (Gen 3) | PCIe NVMe (Gen 4) | PCIe NVMe (Gen 5) |
| Interface | SATA III | PCIe 3.0 x4 | PCIe 4.0 x4 | PCIe 5.0 x4 |
| Protocol | AHCI | NVMe | NVMe | NVMe |
| Max Speed | ประมาณ 550 MB/s | ประมาณ 3,500 MB/s | ประมาณ 7,500 MB/s | ประมาณ14,000 MB/s |
| Latency | สูง | ต่ำมาก | ต่ำมาก | ต่ำที่สุด |
| Form Factor | รองรับทั้ง HDD 2.5″, HDD3.5″ และ M.2 SATA | NVMe M.2 2230 – 2280 และแบบ PCIe Card | NVMe M.2 2230 – 2280 | NVMe M.2 2280 (*ควรติดตั้ง Heatsink เนื่องจากมีความร้อนสูง) |
PCIe vs SATA Slot
ตัวอย่าง SSD แบบ PCIe ของ WD
สรุป PCIe คือ อะไร
สรุปแล้ว PCIe ย่อมาจากคำว่า “Peripheral Component Interconnect Express” หรือเรียกสั้น ๆ ว่า PCI Express ก็ได้ มัน คือ เทคโนโลยีที่ใช้ในการรับส่งข้อมูลแบบ BUS ความเร็วสูง และเป็นหัวใจสำคัญของคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ พูดง่าย ๆ ก็คือมันทำหน้าที่เป็นช่องทางเชื่อมต้อระหว่าง CPU กับอุปกรณ์เสริมที่เน้นความเร็ว และประสิทธิภาพสูงเข้าด้วยกัน เช่น การ์ดจอ, SSD รวมถึงอุปกรณ์ Expansion Card อย่าง การ์ด LAN, การ์ดเสียง และการ์ดอื่น ๆ ที่ใช้ Interface แบบ PCIe นั่นเอง
Facebook Inbox : https://goo.gl/9wo8oL
Hotline : 063-819-7299
โทร : 02-713-2261
Line@ : @addinonline
Email : [email protected]
