Influence du PCI Express sur les GPU

Publié le 10/06/2011 par
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Les différentes plates-formes AMD et Intel proposant plus ou moins de lignes PCI Express, on se pose souvent la question de l'impact de ce bus sur les performances graphiques. Les modes PCI Express 2.0 x8 et x16 sont ils équivalents en termes de performances pour nos cartes 3D ? Quel est l'impact du mode x4, et quelles sont les différences entre des lignes reliées directement aux processeurs et celles qui passent par le southbridge ? Des interrogations auxquelles nous allons tenter de répondre dans cet article.

Le PCI Express en bref

Le bus PCI Express est résolument un bus à tout faire. Avec une implémentation physique relativement simple, ce bus série, point à point, est organisé sous forme de lignes. Chaque ligne est composée de deux paires de liens qui transmettent les données chacune dans un sens. Physiquement, le PCI Express est un bus série bidirectionnel. Pour augmenter la bande passante, plusieurs lignes peuvent être conjointement utilisées (bonding), jusque 32. Dans nos PC, l'implémentation la plus classique reste cependant la version 16 lignes, que l'on appelle x16.

Une des particularités du PCI Express est que le nombre de lignes utilisés se négocie automatiquement entre les deux périphériques. Un périphérique x16 comme une carte graphique sera toujours capable de fonctionner en mode x1. La taille d'un connecteur sur une carte mère n'indique donc strictement rien sur la vitesse à laquelle fonctionnera le périphérique que l'on y connecte. Un périphérique x1 dans un slot 16 fonctionnera logiquement en mode x1. A l'inverse, un périphérique 16 dans un slot "physiquement" x16 mais câblé électriquement en x4 fonctionnera en mode x4. Les manuels des cartes mères indiquent ainsi de quelle manière sont câblés les ports, ce qui dépend de plus en plus du processeur, et du chipset utilisé.

Avec une implémentation physique simple et flexible, le PCI Express est devenu la colonne vertébrale des cartes mères. Le bus DMI d'Intel utilisé pour connecter le processeur au southbridge de la carte mère est en réalité un lien PCI Express x4 (de type 2.0 sur les Sandy Bridge et les chipsets qui l'accompagne). Sur les portables, l'ExpressCard exporte une ligne PCI Express, et le récemment annoncé Thunderbolt d'Intel est lui aussi un câble d'extension basé directement sur le PCI Express. Un bus à tout faire.

En pratique

Nous avons choisis de regarder les performances des différents modes sur une carte mère basée sur le chipset Z68 d'Intel. La carte utilisée pour ce test est une MSI Z68A-GD80 B3 (à ne pas confondre avec la version G3 présentée au Computex) sur laquelle nous reviendrons en détail ultérieurement. Dédiée aux processeurs Intel Sandy Bridge, ces derniers disposent d'un contrôleur PCI Express 16 lignes directement intégré. Trois ports PCI Express x16 (en bleu sur la photo ci-dessous) sont cependant présents sur la carte.


Le premier slot en haut est câblé en mode x16. Le second slot n'est lui câblé qu'en mode x8. En pratique si l'on insère une carte dans ce slot, le premier slot passe lui aussi en mode x8. Quatre puces Pericom servent en effet de switch pour séparer les 16 lignes en deux groupes de 8. Le dernier slot en bas est lui relié au chipset par quatre lignes. Il partage donc le lien x4 qui relie le chipset au processeur avec le reste des périphériques (réseau, disques, etc) connectés au southbridge, un goulot d'étranglement supplémentaire éventuel sur le plan de la bande passante. Pour réaliser notre test nous avons utilisé deux GPU haut de gamme relativement équivalent sur le plan des performances en provenance de chez AMD et Nvidia, il s'agit de la Radeon HD 6970 et de la GeForce GTX 570. Nous remercions au passage le magasin Nicolas et Fils pour le prêt de certains produits.
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