パソコンのインターフェースと種類

パソコン速度の要 CPUとチップセットをつなぐシステムバス=FSB QPI DMI

システムバスとはCPUとチップセットをつなぐバス(経路)です。
そしてシステムバスには、FSBやQPI、DMIなどがありその違いがパソコンの性能速度に大きく関わっています。

ネックになる第一の部分はデータを送信する道に相当するFSB(Front Side Bus)です。
FSBでスムーズに流れないとCPUの速さは無意味になります。
これを回避するためにIntel社はQPI(Quick Path Interconnect)を導入しました。
QPIはFSBに変わる新たなインターフェイス(データの出入り口、通り道)であり、QPIはFSBの4倍の量のデータが送れるようになりました。

それでも問題は残ります。 そこで新しいCPUであるCore i7-800シリーズでは高速処理が求められるグラフィック機能をCPU本体に内蔵させ、データのやり取りはDMI(Direct Media Interconnect)と呼ばれる従来はCPU内の2つの部分(チップセット)を接続していた方法で直接つなげるようにしました。
DMIはそれほど高速なシステムバス(通り道)ではありませんが、DMIを残しグラフィック機能をCPUに内蔵させてCPU全体の構造をシンプルにした点が重要です。

CPUの性能を生かすためには新たな構造が求められておりQPIの利用やDMIの効果的な活用、さらに新しい概念が求められています。

http://www.pasokon-mania.net/33.htmlを参照しましたが現在リンク切れです。


FSB

FSBとはCPUとチップセット(ノースブリッジ)をつなぐバス(経路)です。
Intel Core i3/i5/i7以前のCPUで使用されていた。

またチップセットによってノースブリッジとサウスブリッジをつなぐバスは異なり
Intel 900番台以降のチップセットではDMIが 使われるようになった。

CPU
FSB
グラフィックカード
(PCI Express)
チップセット
( ノースブリッジ)
メモリー
専用バス
PCLスロット
キーボード・マウスなど
チップセット
(サウスブリッジ)
HDD(SATA)、USBなど

QPI

FSBでスムーズに流れないとCPUの速さは無意味になります。 これを回避するためにIntel社はQPI(Quick Path Interconnect)を導入しました。 QPIはFSBに変わる新たなインターフェイス(データの出入り口、通り道)であり、QPIはFSBの4倍の量のデータが送れるようになりました。

CPU
QPI
グラフィックカード
(PCI Express)
チップセット
( ノースブリッジ)
メモリー
DMI
PCLスロット
キーボード・マウスなど
チップセット
(サウスブリッジ)
HDD(SATA)、USBなど

DMI

Core i7-800シリーズ以降では高速処理が求められるグラフィック機能をCPU本体に内蔵させ、データのやり取りはDMI(Direct Media Interconnect)と呼ばれる従来はCPU内の2つの部分(チップセット)を接続していた方法で直接つなげるようにしました。 DMIはそれほど高速なシステムバス(通り道)ではありませんが、DMIを残しグラフィック機能をCPUに内蔵させてCPU全体の構造をシンプルにした点が重要です。

グラフィックカード
(PCI Express)
CPU メモリー
DMI
PCLスロット
キーボード・マウスなど
チップセット HDD(SATA)、USBなど

DMI(Direct Media Interface)の帯域幅

転送速度(Gb/s又はGbps) 転送速度(MB/s) 転送速度(GT/s)
DMI 2.0 4Gb/s 500MB/s 5GT/s
DMI 3.0 7.877Gb/s 984.6MB/s 8GT/s

Z170 理由はどうあれ,20レーンものPCIe 3.0をサポートするとなれば,DMI 3.0がボトルネックになりかねない。Z97に対して「I/O性能が40%アップ」という控えめな数字は,DMI 3.0のボトルネックを踏まえた数字なのではないかというのが,筆者の推測です。

Intel,Skylake-Kこと「Core i7-6700K」「Core i5-6600K」を発表。多くの仕様が謎に包まれたまま,Skylake時代が始まるより

ストレージインターフェイスの仕様

M.2 SATA Express SATA 3.0
利用出来る信号 SATA、PCI Express ×4/×2、 USB、bluetoothなど PCI Express ×2、SATA 3.0 SATA 3.0
転送速度 PCI Express 2.0×2 10Gbps PCI Express 2.0×2 10Gbps 6Gbps
PCI Express 3.0×4 32Gbps

M.2の形状の違い

key ID 対応インターフェイス 転送速度
key A bluetooth、PCI Express 2.0×2、Wi-Fiなど
Socket 2 key B SATA、PCI Express 2.0×2、など PCIe 2.0×2=10Gbps
key E bluetooth、PCI Express 2.0×2、Wi-Fiなど
Socket 3 key M SATA、PCI Express 2.0×4、など PCIe 3.0×4=32Gbps

IntelはRapid Storage Technology softwareによりZ170で3台のM.2 SSDを管理できるようにすると述べている。それ以上ののM.2ドライブはおそらくはPCI-Expressレーンを経由して接続され、RSTの外に置かれるが、Intelドライバで利用できる機能やブートのサポートは失うことになるだろう。
http://northwood.blog60.fc2.com/blog-entry-7939.html


M.2の接続パターン CPU直結とチップセット接続

当初の予想では、CPU内蔵のPCI Express 3.0に直結されているX99-DELUXEのM.2ポートでの速度が、チップセットのPCI Express 3.0に接続されているZ170-DELUXEのM.2ポートよりわずかながらでも高速になるのではないかと考えていたので、この結果は少々意外だった。とは言え、これだけ速い速度の中での差のため、実利用時に違いを感じることはまずないと思われるため、それほど気にする必要はないだろう。

平澤寿康の周辺機器レビュー Samsung「SSD 950 PRO」 ~同社初のコンシューマ向けNVMe M.2 SSD より引用


PCI Express

ウィキペディアPCI Express参照

規格 世代 最大レーン数 1レーンあたり物理層速度
片方向 双方向
PCI Express 1.1 Gen1 ×32 2.5Gbps 5.0Gbps
PCI Express 2.0 Gen2 ×32 5.0Gbps 10.0Gbps
PCI Express 3.0 Gen3 ×32 8.0Gbps 16.0Gbps

転送速度の単位の違い

GB/s とGbps

8ビットで1バイトなので、1GB/sは8Gbps(ギガビット/秒)に相当します。

慣例的に、1文字目が小文字の「b」の場合は「ビット」、大文字の「B」の場合は「バイト」を表します。
例: Gbps⇒ギガ(G)bpsのこと
Gb/s⇒Gbpsと同じ
GBps⇒GBpsのこと
GB/s⇒GBpsと同じ

・ビットとバイトについて
1B(バイト)=8b(ビット)

Gbps でなく GT/s

最近の通信速度の単位は、Gbps (Gigabits per second) でなく、GT/s (GigaTransfers per second) なのだそうです。 なにが違うのかと言うと実効速度。最近の高速シリアル通信では、8ビットのデータを転送するのに10ビット使う(8b/10bエンコーディング)など、冗長なエンコーディングを使っているため、GT/s で表示された値よりも実効速度は低くなるのです。

例えば、8b/10bを使う160 GT/s の通信ケーブルにおける実際のデータ転送レートは、128Gbpsとなります。

なぜこのような「無駄」をするかというと、同じ通信経路上にデータとクロック信号(受信側でデータを読み取るタイミングを知らせる信号)を載せるためです。データとクロックを同じ配線に載せることによって、一本の通信路だけでデータを正しく読み取れるようになります。

http://haokacci.blogspot.jp/2011/06/gbps-gts.htmlより