Mitte segi ajada PCI Expressiga.

PCI-X (lühend PCI-eXtendedist) on arvuti siini ja lisakaardi standard, mis täiendab 32-bitist PCI kohalikku siini suurema ülekandekiirusega, mida eelkõige nõuavad serverid. PCI-X on topeltlai versioon standardsest PCI-st ning töötab kuni neli korda kiirema taktsagedusega, kuid on muidu sarnane selle elektriliste rakenduste ja protokollidega.^[1] See on praeguseks asendatud nüüdisaegsema PCI Expressiga, millel on täiesti teistsugune ühendus ja disain, mis kasutab paralleelühenduse asemel kitsast, kuid kiiret jadaühendust. Olemas on ka 64-bitine PCI täpsustus, mis on elektriliselt erinev, kuid kasutab samu ühenduspesi kui PCI-X.

PCI-Xi lõid ühiselt IBM, HP ja Compaq ning see esitati heakskiitmiseks 1998. aastal. Selle põhieesmärk oli parandada suure läbilaskevõimega seadmete jõudlust, näiteks Gigabit Etherneti, Fibre Channeli ja Ultra3 SCSI kaardid, ning lubada protsessoritel olla omavahel klastritesse ühendatud.

Tavaline PCI oli piiratud 66 MHz-ga, sest signaalid pidid jõudma punktist A punkti B ühe taktsükli jooksul. PCI-X võttis kasutusele registreeritud sisend-väljundi. See tähendab, et signaalide liikumiseks on aega kaks taktsüklit, mis võimaldas tõsta taktsagedust ilma, et signaalid sassi läheksid. Pärast aadressi saatmist lisab PCI-X ühe täiendava tsükli ehk atribuutide faasi, mille jooksul edastatakse 36 bitti lisainfot, mis teeb siini haldamise intelligentsemaks.

Ülekanded, mida PCIs kohe teha ei saa, lükatakse edasi kas sihtmärgi või algataja poolt, luues tegevuse uuestiproovimise tsükleid, mille jooksul PCI siini ükski teine seade kasutada ei saa. Kuna PCI-l pole jagamismehhanismi, mis võimaldaks sihil tagastada andmeid hiljem, jääb siin kasutusse kuni lugemiseks mõeldud andmed on valmis. PCI-X aga ühendub pärast ülekande käsu saamist PCI siinist lahti ning lubab teistel seadmetel seda siini kasutada. Jagamissüsteem suurendab siini tõhusust nende tsüklite eemaldamisega, mille jooksul pole andmeid võimalik üle siini kanda.

PCI kannatab ka katkestamisliinide nappuse käes. Kuna katkestusliine on sellel ainult neli (INT A/B/C/D), siis mitme PCI seadmega süsteemid vajavad funktsioone liini jagamiseks. PCI-Xile lisati MSI režiim, milles tekitatakse katkestusi mitte katkestusliinide abil, vaid kirjutades hosti määratud mälupiirkonda. Kuna MIS-d saadetakse mälukirjutamise teel, on igal seadmel oma pühendatud katkestus. See lahendab vana PCI probleemi, kus mitu seadet jagasid nelja füüsilist katkestusliini, mis tekitas konflikte ja aeglustas süsteeme.

Mõned seadmed, eriti Gigabit Etherneti kaardid, SCSI-kontrollerid (Fibre Channel ja Ultra320) võivad täielikult ära kasutada PCI siini läbilaskevõime 133 MB/s. On realiseeritud porte, mis kasutavad topelt siini kiirust (66 MHz) ja topeltlaia siini (64-bitine ja suurema kontaktide arvuga – 124 asemel 184). Need olid PCI 2.x standardi valikulised lisad, mida mõnevõrra toetati, kuid seadmete ühildumine suurematel kiirustel kui standardne 133 MB/s oli jätkuvalt keeruline.

Arendajad kasutasid lõpuks alusena kombinatsiooni 64-bitisest ja 66-MHz laiendusest. Arvestades ilmseid tuleviku vajadusi, rajasid nad 66 MHz ja 133 MHz variandid maksimaalse läbilaskevõimega vastavalt 532 MB/s ja 1064 MB/s. Ühistöö tulemus esitati PCI-Xi nime all PCI SIG grupile. Selle heakskiit tegi PCI-Xist avatud standardi, mille pidid omaks võtma kõik arvutitootjad. PCI SIG kontrollib PCI-Xi tehnilist tuge, treenimist ja vastavuse testimist. IBM, Intel, Microelectronics ja Mylex pidid arendama seda toetava kiibistiku. 3Com ja Adaptec pidid arendama sobiva perifeeria. Et kiirendada turul PCI-Xi omaksvõttu, pakkus Compaq PCI-Xi arendamistööriistu oma kodulehel. Üldiselt omasid kõik põhilised kiibistiku ehitajad PCI-Xi mingil kujul oma tootmisliinis.

PCI-X täiendas traditsioonilist PCI standardit sellega, et kahekordistas maksimaalse kiiruse (66 MHz-lt 133 MHz-le)^[1] ja sellest tulenevalt ka andmete vahetamise kiiruse arvutite protsessorite ja perifeeria vahel. Traditsiooniline PCI toetab kuni 64 bitti 66 MHz juures (kuigi üle 32 biti 33 MHz juures on tavaks ainult võimsamatele süsteemidele) ning täiendavad siinistandardid on 32 bitti 66 MHz või juures või 64 bitti 33 MHz juures. Teoreetiline maksimaalne andmevahetuskiirus protsessori ja perifeeria vahel PCI-Xi abil on 1,06 GB/s. Standardne PCI toetab 133 MB/s.

PCI-X 2.x ei ole kiirustel 266 ja 533 MHz ühilduv vanemate 5-voldiste PCI I/O seadmetega, vaid ainult 3,3-voldiste seadmetega, mida PCI-X tagasisuunas toetab. PCI-Xi ja 3,3-voldiseid PCI kaarte sai üldiselt PCI-X siinil ühilduma panna, kuid siini kiirus oli sel juhul piiratud aeglasema kaardi järgi. Näiteks kui PCI 2.3, 66 MHz perifeeria on paigaldatud PCI-Xi siini, mis toetab 133 MHz, siis terve kaardi siin on siiski piiratud 66 MHz-le aeglasema kaardi tõttu. Et sellest ja voldilisest piirangust üle saada, lisasid paljud emaplaadid mitmeid PCI/PCI-X siine, millest üks oli mõeldud kiiretele seadmetele ja teine üldisema eesmärgiga perifeeria jaoks.

Arbitratsioon ja Bus Mastering

PCI-X kasutab tõhusat arbitratsioonisüsteemi, kus spetsiaalne kontroller ehk arbiiter jagab seadmetele õigusi siini kasutada. Erinevalt vanematest siinidest on PCI-X seadmed "siini peremehed" ehk Bus Masters, kasutades DMA (Direct Memory Access) tehnoloogiat. See võimaldab kaartidel kirjutada andmeid otse arvuti mälusse, koormamata seejuures arvuti CPU-d. See on edasiminek võrreldes PIO (Programmed I/O) meetodiga, kus protsessor pidi kogu andmevahetust vahetult juhtima. Kuna PCI-siin mahutab mitut ülemseadet, millest igaüks võib igal ajal siini kasutamist taotleda, loodi mehhanism, mis jaotab siiniressursside kasutamise mõistlikul viisil ja lahendab konfliktid mitme ülemseadme vahel, kes soovivad siini samaaegselt kasutada. Seda kutsutakse arbitratsiooniks.^[2]

Peer-to-Peer suhtlus

PCI-X 2.0 tõi endaga kaasa täiustatud P2P (Peer-to-Peer) toe. see lubab kahel lisakaardil vahetada andmeid omavahel otse, ilma saatmata neid vahepeal süsteemi mällu. See lühendab andmete teekonda ja vähendab viivitusi kriitilistes serverirakendustes.^[2]

Kui suurem osa 64-bitiseid PCI-X auke on 5-voldised ja on tagurpidi ühilduvad 32-bitiste 5-voldiste PCI-kaartidega, siis mõned 64-bitised PCI-X augud on hoopis 3,3-voldised ning neisse ei saa sisestada 5-voldiseid kaarte, mis on kõige levinum 32-bitiste PCI-kaartide seas. Kõik PCI-X-i kaardi või pesa tüübid on teostatud ka 64-bitisena ning varieeruvad vastavalt:

• Kaardid
  • 66 MHz (alates versioonist 1.0)
  • 100 MHz (kasutusele võetud 133 MHz adapteriga teatud serveritel)
  • 133 MHz (versioonist 1.0)
  • 266 MHz (versioonist 2.0)
  • 533 MHz (versioonist 2.0)
• Pesad
  • 66 MHz (leidub vanematel serveritel)
  • 133 MHz (kõige levinum tänapäevastel serveritel)
  • 266 MHz (haruldane, PCIe-ga asendatud)
  • 533 MHz (haruldane, PCIe-ga asendatud)

PCI SIG kinnitas 2003. aastal PCI-X 2.0. See lisab suuremad kiirused 266 MHz ja 533 MHz läbilaskevõimega vastavalt ligi 2,15 GB/s ja 4,3 GB/s. PCI-X 2.0 lisab protokollile täiendusi, mille eesmärk on aidata süsteemi usaldusväärsust ja lisab siinile veel vigade parandamise koodid. Tegeleti ka kõige enam kurdetud probleemi üle, mis puudutab PCI-Xi 184-kontaktilist ühendust. Loodi 16-bitised pordid lubamaks PCI-Xi kasutada seadmetes, millel polnud palju ruumi. Sarnaselt PCI Expressiga lisati PtP funktsioonid, et seadmed, mis asusid siinil, saaksid suhelda omavahel koormamata keskprotsessorit või siinikontrollerit.

Hoolimata PCI-X 2.0 eelistest ja selle sobivusest eelnevate PCI-X ja PCI seadetega, pole seda veel laialdaselt kasutusse võetud. Põhjus seisneb riistvara müüjates, kes üldjuhul eelistavad PCI Expressi.

IBM oli üks vähestest müüjatest, kes pakkus oma System i5 mudelites 515, 520 ja 525 PCI-X tuge, mida nad reklaamisid sobivatena 10 gigabitiste Etherneti adapterite jaoks. HP pakkus PCI-X 2.0 mõnedes ProLiant ja Integrity serverites ning kahe pordiga 4 Gbit/s fiiberkanali adaptereid, mis töötasid sagedusel 266 MHz. AMD toetas PCI-X 2.0 oma 8132 Hypertransport ja PCI-X 2.0 tunnelikiibi kaudu. ServerWorks oli PCI-X 2.0 häälekas toetaja (esimese põlvkonna PCIe kahjuks), eriti läbi oma juhi Raju Vegesna, kes vallandati Broadcomi juhtkonna tegevuskavaga seotud erimeelsuste tõttu.

2003. aastal teavitas Dell, et jätab PCI-X 2.0 vahele, et PCIe standard varem kasutusele võtta. nagu PC Magazine teatas, hakkas Intel oma 2004. aasta tegevuskavas PCI-x kõrvale jätma PCIe kasuks, väites, et viimasel on märkimisväärsed eelised süsteemi latentsuse ja energiatarbimise osas.

Kuna PCI-X töötab väga suurtel kiirustel on oluline jälgida signaali stabiilsust. Selleks kasutatakse PLL-i (Phase Locked Loop), mis genereerivad 100 MHz tugisignaalist vajaliku taktsageduse. Standardid määravad ära PLL-i ribalaiuse ja mürataluvuse. Testimiseks kasutatakse erinevaid meetodeid alates spektrianalüsaatoritest kuni spetsiaalsete Clock Recovery instrumentideni, mis tagavad, et seadmed suudavad andmeid veatult vahetada ka elektromagnetiliste häirete korral. PLL määrab ära, kui palju on signaalis värinat. Kui PLL ei tööta korrektselt, tekivad andmeedastuses vead.^[3]

PCI-X standard nõuab, et lisakaart suudaks filtreerida emaplaadilt tulevat müra. Seda nimetatakse Jitter Transfer Function (JTF). Testimine tagab, et kaart oleks stabiilne, kui tugisignaal on ebatäpne.^[3]

Kõikide testide aluseks on spetsiaalne kontrollplaat Compliance Base Board (CBB). See tagab, et testi tulemused on korratavad ja ei sõltu konkreetsest emaplaadi tootjast.^[3]

Testimismeetodite võrdlus

• Spektrianalüsaatori meetod. See on traditsiooniline viis, mis mõõdab signaali amplituudi ja sagedust, kuid ei näe faasinihet. See on PCI-X puhul tavaline, kuid jään hätta uuemate 5 GT/s kiirustega.
• Ostsilloskoobi meetod. See on kiirem ning võimaldab näha ka faasiinfot, kasutades FFT arvutusi.
• Clock Recovery meetod. Kõige täpsem ja kaasaegsem viis, mis suudab testida ka keerukamaid PLL-disaine.

Kuigi nüüdseks on PCI-X tehnoloogia igapäeva elust kadunud, siis enne PCIe standardit olid selle kasutusvaldkonnad väga laiad. Kõik tõsisemad serverite kettamassivid ehk RAID-kontrollerid kasutasid PCI-X kaarte, Neid kasutati vanades süsteemides helikaartidena, ning nende peal olid varajased 10-Gigabit Ethernet kaardid.

PCI-Xi aetakse tihti nime poolest segamini PCI Expressiga, mida tavaliselt lühendatakse PCI-E või PCIe. Kaardid ei näe üldse sarnased välja ega ühildu. Kõige levinumad põhjuseks on X-täht, mistõttu PCI-X kõlab PCI Expressiga sarnaselt. Kuigi mõlemad on suure kiirusega arvutisiinid, erinevad nad mitmel moel. Esiteks on PCI-X paralleelne liides, mis on tagurpidi ühilduv kõigega peale vanemate 5-voldiste PCI seadmete. PCIe on aga jadasiin, millel on täiesti teistsugune füüsiline liides, mis loodi asendamaks nii PCId kui ka PCI-Xi.

PCI-X ja standardsed PCI siinid võivad joosta PCIe sillal. PCIe on võrdne PCI-X ja isegi PCI-X 2.0ga maksimaalses läbilaskevõimes. PCIe 1.0 x1 toetab läbilaskevõimet 250 MB/s mõlemas suunas ja toetab kuni 32 rida andes maksimaalselt 8 GB/s (32 rida × 250 MB/s) mõlemas suunas.

PCI-Xil on tehnoloogilised ja majanduslikud puudused PCI-Expressi ees. 64-bitise paralleelse liidese puhul on radade paigutamine keeruline, sest nagu kõigil paralleelsetel kasutajaliidestel, peavad signaalid siinist kohale jõudma ühel ajal või väga väikese ajavahemiku jooksul ning kõrvuti asetsevad rajad võivad üksteist segada. PCI järjestikusel liidesel on vähem selliseid probleeme ja sellepärast ei vaja nii keerukaid ega kalleid kavandeid. Nagu ka standardsed PCI siinid, on PCI-X omad pooleldi mõlemasuunalised (pooldupleks). PCIe siinid on aga täielikult mõlemasuunalised. PCI-X siinid võivad joosta ainult nii kiiresti kui kõige aeglasem seade. PCIe seadmed aga on iseseisvad ning ei sõltu siini kiirusest. PCI-X augud on ka pikemad kui PCIe omad, mis võib olla väga problemaatiline emaplaatidele.