Piotr Gołąb | 9 sierpnia 2018, 12:00

Na co zwrócić uwagę, wybierając riser do karty graficznej

Coraz więcej osób montuje karty graficzne w swoich komputerach nie bezpośrednio w slocie PCI Express 3.0 ×16, lecz pionowo. Żeby to zrobić, trzeba użyć taśmy przedłużającej, tzw. risera. Niniejszy test odpowie na pytanie o to, na co należy zwrócić uwagę, wybierając taką taśmę.

Wygląd komputerów osobistych na przestrzeni lat zmienił się diametralnie. Na samym początku typowy PC był szarą smutną skrzynką schowaną głęboko pod biurkiem – im głębiej, tym lepiej. Z czasem zaczęło się to zmieniać: pecety opuściły zamknięte mury środowisk naukowych i trafiły do naszych domów, a ich wygląd nabierał coraz większego znaczenia. Nie bez przyczyny wszystkie kierowane do graczy serie kart graficznych i płyt głównych są wyposażone w podświetlenie LED. Podświetlone kolorowymi diodami podzespoły i obudowa z oknem to dopiero początek: następnym etapem są samodzielne modyfikacje, które dały początek nowej subkulturze moderów komputerowych. 

Pierwsze modyfikacje były, jak na dzisiejsze standardy, bardzo przaśne, niczym tuning w pierwszej części Szybkich i wściekłych, niemniej tylko w nielicznych projektach karta graficzna była przenoszona ze slotu PCI Express w płycie głównej w inne miejsce w obudowie. A jedynie w ten sposób można zrealizować naprawdę niestandardowy pomysł na wygląd komputera lub zapewnić lepsze chłodzenie podzespołom. Żeby przenieść kartę w inne miejsce, trzeba użyć elastycznych przedłużaczy slotu PCI Express, potocznie zwanych riserami.

Taśmy przedłużająceTaśmy przedłużające

Pierwsze risery były używane już w komputerach wyposażonych w procesory 386 i 286. Były to sztywne PCB z nadrukowanymi ścieżkami sygnałowymi, wkładane w odpowiednie sloty rozszerzeń, na przykład PCI lub ISA. Dzięki nim możliwe było zamontowanie karty rozszerzeń równolegle do płyty głównej (mowa o kątowych riserach). Tego typu konstrukcje nadal można kupić. 

pci riserpci riserpci riser

Drugą grupą są risery przeznaczone do koparek kryptowalut. Składają się z reguły z trzech elementów: małej karty wkładanej w slot PCI Express ×1, płytki głównej, w którą wkładamy kartę lub karty graficzne, i przewodu połączeniowego, zazwyczaj USB 3.0.

 pci riser

Najbardziej zaawansowaną odmianą są przeznaczone do nowoczesnych kart graficznych risery do slotu PCI Express 3.0 ×16.

Risery

PCI-E – charakterystyka slotu

Wtyk PCI Express ×16 składa się ze 164 wyprowadzeń ułożonych po obu stronach płytki drukowanej. Pierwsza część złącza zawiera głównie wyprowadzenia dostarczające zasilanie karty, dopiero dalej znajdują się linie PCI-E, przedzielone sygnałem uziemiającym. Poniżej przedstawiamy zdjęcie wtyku PCI Express ×16 oraz wykaz wyprowadzeń slotu PCI Express ×4. Skrócenie szyny danych do styku numer 18 daje nam listę wyprowadzeń złącza PCI Express ×1. 

 

Wykaz wyprowadzeń PCI Express ×4 
Styk Strona A Opis Strona B Opis
1 +12v
+12 volt power PRSNT#1 Hot plug detect
2 +12v +12 volt power +12v +12 volt power
3 +12v +12 volt power +12v +12 volt power
4 GND Ground GND Ground
5 SMCLK SMBus clock JTAG2 TCK
6 SMDAT SMBus data JTAG3 TDI
7 GND Ground JTAG4 TDO
8 +3.3v +3.3 volt power JTAG5 TMS
9 JTAG1 +TRST# +3.3v +3.3 volt power
10 3.3Vaux 3.3v volt power +3.3v +3.3 volt power
11 WAKE# 3.3v volt power PWRGD Power Good
Szyna danych
12 RSVD Reserved GND Ground
13 GND Ground REFCLK+ Reference Clock
14 HSOp(0) Transmitter Lane 0 REFCLK- Reference Clock
15 HSOp(0) Transmitter Lane 0 GND Ground
16 GND Ground HSIp(0) Receiver Lane 0
17 PRSNT#2 Hotplug detect HSIp(0) Receiver Lane 0
18 GND Ground GND Ground
19 HSOp(1) Transmitter Lane 1 RSVD Reserved
20 HSOp(1) Transmitter Lane 1 GND Ground
21 GND Ground HSIp(1) Receiver Lane 1
22 GND Ground HSIp(1) Receiver Lane 1
23 HSOp(2) Transmitter Lane 2 GND Ground
24 HSOp(2) Transmitter Lane 2 GND Ground
25 GND Ground HSIp(2) Receiver Lane 2
26 GND Ground HSIp(2) Receiver Lane 2
27 HSOp(3) Transmitter Lane 3 GND Ground
28 HSOp(3) Transmitter Lane 3 GND Ground
29 GND Ground HSIp(3) Receiver Lane 3
30 RSVD Reserved HSIp(3) Receiver Lane 3
31 PRSNT#2 Hot plug detect GND Ground
32 GND Ground RSVD Reserved

 

Jakie ograniczenia wprowadzają risery

Ilość danych przesyłanych przez port PCI-E ×16 może być olbrzymia, bo teoretycznie przepustowość slotu w wersji 3.0/3.1 wynosi 15 754 GB/s. Dodatkowo zwykle konieczne jest także przesłanie zasilania, przy czym teoretyczne obciążenie linii zasilających w porcie PCI-E wynosi 75 W. Połączenie sygnału danych o dużej częstotliwości oraz sporych prądów to mieszanka, która może sprawiać wiele problemów. Postanowiliśmy sprawdzić, jak na wydajność karty graficznej wpływają najpopularniejsze dostępne risery.

Zaczniemy od rozważenia poszczególnych ograniczeń. 

Ograniczone zasilanie

Wyniki GTX 1080 Ti zasilanieRisery

Jak doskonale wiemy, karta graficzna do prawidłowego działania wymaga zasilania. Jest ono dostarczane na dwa sposoby: karta pobiera cały prąd ze slotu PCI-E; dodatkowo wykorzystuje złącza zasilania 6–8-pinowe z zasilacza. Slot PCI Express 3.0 ×16 może podać prąd o mocy 75 W. Skoro mamy pięć linii zasilania po 12 V, pojedyncza żyła powinna mieć przepustowość prądową w okolicy 1,25 A. Niestety, wytwórcy riserów nie podają parametrów prądowych swoich produktów; wyjątkiem od tej smutnej normy jest na przykład Fractal Design.

Testowany w redakcyjnym laboratorium model VRC-25 w specyfikacji ma ustaloną maksymalną obciążalność prądową na poziomie 40 W. To mało! Co jeśli karta nie ma dodatkowych złączy zasilania?

Postanowiliśmy sprawdzić wpływ na wydajność pięciu riserów, które mieliśmy do dyspozycji, w porównaniu z konfiguracją, w której karta graficzna jest podłączona bezpośrednio do płyty głównej. W teście wykorzystaliśmy trzy karty: Asus Expedition 1050 Ti 4 GB, zasilaną tylko ze slotu PCI-E, Gigabyte Radeon RX 480 G1 Gaming 8 GB (mając w pamięci jej problemy ze zbytnim obciążeniem gniazda PCI-E) oraz najwydajniejszą obecnie konstrukcję, referencyjny model GeForce GTX 1080 Ti.

Rozpatrując tylko zapotrzebowanie na zasilanie ze złącza PCI-E, trzeba od razu zaznaczyć, że największe spośród testowanej trójki ma AMD Radeon RX 480. Wpłynęło to na wydajność, choć w przypadku większości riserów różnice nie są duże. Co ciekawe, zarówno GeForce GTX 1080 Ti, jak i GTX 1050 Ti podłączone poprzez risery nie doznały dużych spadków wydajności. Wyjątkiem jest tylko tani, kiepskiej jakości riser Delock, który nie był w stanie zasilić kart GeForce GTX 1080 Ti oraz AMD Radeon RX 480 (karty nie uruchamiały się). Spadek wydajności GTX-a 1050 Ti był zaś olbrzymi: średnie tempo animacji z 33 kl./s zmniejszyło się do 10 kl./s.

Wyniki GTX 1080 Ti

Wyniki GTX 1050 Ti

AMD Radeon RX 480 

Długość risera

Taśmy przedłużająceDoskonale wiemy z fizyki, że im dłuższy przewód, tym większa rezystancja. Oprócz długości na wartość tego parametru wpływa rodzaj użytego materiału oraz średnica pojedynczej żyły. Rezystancja zaś wpływa na skuteczność przenoszenia zasilania. Znacznie większe zmartwienie to przesłanie na dłuższe odległości sygnałów o wysokiej częstotliwości, a w naszym przypadku trzeba przekazać aż 16 linii PCI-E. Żeby sprawdzić, jak długość risera wpływa na wydajność podłączonej do niego karty, postanowiliśmy zbadać dwa urządzenia firmy Thermaltake z linii Premium. Są prawie identyczne – prawie, bo różnią się długością. Mamy zatem stałą jakość wykonania, te same przewodniki i to samo ekranowanie. Pierwszy riser ma długość 300 mm, a drugi – 600 mm.

Wyniki GTX 1070

Wyniki GTX 1070

Ich wydajność jest prawie taka sama. Oczywiście, dłuższy, 600-milimetrowy jest minimalnie wolniejszy. Czy w takim razie długość ma znaczenie? Jak najbardziej. Jeśli riser będzie gorszej jakości niż dwa uwzględnione w teście modele wysokiej klasy, każdy centymetr będzie miał znaczenie i z każdym następnym prędkość transferu w taśmie będzie spadać, co przełoży się na mniejszą liczbę klatek na sekundę.

 

Ekranowanie

Fractal Design Flex VRC-25Przesyłanie sygnałów elektrycznych o dużej częstotliwości nie jest łatwe właśnie z powodu zakłóceń generowanych w przewodnikach. Receptą jest ekranowanie elektromagnetyczne. Długi nieekranowany przewód może działać jak antena: zbierać inne sygnały o wysokiej rozdzielczości, które w konsekwencji zakłócają przesyłany sygnał. Mamy także do czynienia ze zjawiskiem odwrotnym: podczas przesyłania sygnału o wysokiej częstotliwości linia przesyłowa działa jak antena nadajnika radiowego – emituje zakłócenia. W efekcie przesyłane szeroką, wielożyłową taśmą sygnały mogą się wzajemnie zakłócać. Oczywiście, już na etapie projektowania interfejsu PCI-E pomyślano o odpowiednich zabezpieczeniach, czego dowodem są prowadzone pomiędzy liniami PCI-E przewody uziemiające. Jednak w przypadku elastycznych i długich taśm konieczne jest dodatkowe ekranowanie EMI, które zazwyczaj ma formę nałożonego na taśmę przewodników płaszcza o właściwościach ferromagnetycznych. Charakterystyka materiału jest tak dobrana, żeby impedancja płaszcza dla tłumionych częstotliwości była możliwie duża. Wpływ elektromagnetycznej osłony mogliśmy sprawdzić na przykładzie dwóch riserów: Fractal Design Flex VRC-25 oraz Thermaltake PCI-E 3.0 ×16 200 mm. Pomimo zbliżonej jakości wykonania i w praktyce tych samych wymiarów ograniczenia nakładane przez produkt Thermaltake'a przekraczają 30 procent.

Wyniki GTX 1080 Ti

 

Jakość wykonania

Delock GH-PELX16

Risery mimo prymitywnej, wbrew pozorom, konstrukcji są dość drogie. Dobierając produkty do testu, chcieliśmy zbadać zarówno te tanie, jak i droższe. Jak nietrudno zgadnąć, jakość wykonania idzie w parze z ceną. Najsłabszą jakość ma Delock. Płytka drukowana ze złączem PCI-E jest delikatnie wygięta, a przewód przesyłający sygnał to typowa elastyczna taśma owinięta srebrną folią, do której właściwości na pewno nie należy tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych. Pozostałe risery są już znacznie lepiej wykonane, przy czym naszym zdaniem najgorzej z nich wygląda Thermaltake PCI-E 3.0 ×16. Taśma przesyłająca sygnał nie jest w nim ekranowana elektromagnetycznie, a elementy usztywniające miejsce przymocowania taśmy są na stałe przynitowane do głównej płytki risera. 

Czy jakość wykonania w takim razie ma wpływ na wydajność? Naszym zdaniem – tak. Riser w obudowie komputera narażony jest na różne zakłócenia (dlatego tak ważne jest odpowiednie ekranowanie taśmy sygnałowej) i ma różne warunki pracy. Taśma sygnałowa musi być starannie przymocowana do płytek drukowanych, tak żeby nie dochodziło do niepożądanego ruchu na łączeniu tych elementów. Ruch ten może osłabić punkty lutownicze. Taśma powinna być odpowiednio elastyczna i odporna na uszkodzenia mechaniczne. (Bardzo często taka taśma ociera się o inne podzespoły komputera, na przykład w trakcie przenoszenia karty graficznej na drugą stronę obudowy; wtedy wygina się i tworzy dużą literę U, przez co może dojść do jej przetarcia lub innego uszkodzenia).

Procedura testowa

Poszczególne risery testowaliśmy w trzech grach: Wiedźmin 3: Dziki Gon, Wolfenstein: The New Colossus, Assassin's Creed Origins. Te trzy produkcje są bardzo wymagające względem kart graficznych i procesora. Użyte karty to Nvidia GeForce GTX 1080 Ti, GTX 1080, GTX 1070, GTX 1060 i GTX 1050 Ti, który nie wymaga dodatkowego zasilania dostarczanego przez złącze 6–8-pinowe. Ze względu na zamieszanie, które swego czasu wywołał model AMD Radeon RX 480, gdy się okazało, że pobiera ze slotu PCI-E energię o zbyt dużej mocy, postanowiliśmy sprawdzić, jak współpracuje z riserami. Przetestowaliśmy też wydajniejszy model Radeon RX Vega 56.