Punkt-zu-Punkt-Verbindung

Im ersten Teil unseres Ratgebers "Datentransport im PC" haben wir den Chipsatz sowie die angeschlossenen Bus-Systeme unter die Lupe genommen. Jetzt widmen wir uns einer gänzlich anderen Form der Datenleitung: der Punkt-zu-Punkt-Verbindung - eine direkte Datenleitung zwischen zwei Hardware-Komponenten.

Punkt-zu-Punkt-Verbindung
Grafikkarten nutzen mit AGP (Accelerated Graphics Port) und PCI-Express (Peripheral Component Interconnect Express) schon seit Jahren Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für den Datenaustausch mit Chipsatz und Prozessor. In der Prozessortechnik haben Punkt-zu-Punkt-Verbindungen wie Hypertransport bereits den Front Side Bus (FSB) abgelöst oder werden ihn - wie Intels Quickpath - in naher Zukunft ersetzen.

Im Vergleich zu Bus-Systemen wie dem FSB ist bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung von vornherein klar, wer mit wem Daten austauscht. Der Sender muss daher nicht die Daten mit einer Empfangsadresse versehen, und der Empfänger spart sich den Handshake. Das spart wiederum Bandbreite und erlaubt zudem deutlich höhere Frequenzen. So arbeitet beispielsweise bei AMDs Vierkern-Prozessor Phenom Hypertransport mit bis zu 1000 MHz, während der schnellste FSB einer Intel-CPU bei 400 MHz liegt.

Mit der Prozessorbaureihe Athlon 64 hat AMD 2003 den Front Side Bus durch den offenen Industriestandard Hypertransport (HT) ersetzt. Dabei sitzt in jedem Desktop-Prozessor von AMD und der dazugehörigen Northbridge auf der Hauptplatine ein Halbleiterbaustein, der so genannte HT-Link. Ein Link fungiert gleichzeitig als Sender und Empfänger, der über zwei 16 Bit breite Punkt-zu-Punkt-Verbindungen Daten mit dem anderen Link austauscht. Die beiden HT-Leitungen sind voneinander abgeschirmt und transportieren die Daten jeweils in nur eine Richtung.

Je nach CPU-Baureihe beträgt die physikalische HT-Frequenz einer Leitung zwischen 200 (Athlon 64) und 1000 MHz (Phenom). Da ein Link sowohl bei steigender als auch fallender Taktflanke Daten überträgt (Double Data Rate), beträgt die effektive Datenrate also das Vierfache der physikalischen. Bei AMDs Server-Baureihe Opteron besitzt jede CPU drei HT-Links. Dadurch können bei Systemen mit mehreren CPU-Sockeln die Prozessoren via HT auch direkt Daten untereinander austauschen.

Die Datenübertragung erfolgt bei PCI-Express (PCIe) seriell über eine bis maximal 32 parallele Leitungen, so genannte Lanes. Jede Lane besitzt zwei elektrisch abgeschirmte Leitungen und kann daher gleichzeitig in beide Richtungen Daten transportieren. Die Lanes arbeiten mit 1,25 GHz und erreichen eine Transferrate von bis zu 250 (PCIe 1.1) respektive 500 MB/s (PCIe 2.0). Grafikkarten, die in der Regel über 16 Lanes angebunden sind, können also theoretisch bis zu 8 GB/s gleichzeitig empfangen oder versenden.

Den Front Side Bus will Intel Ende 2008 mittels einer neuen Prozessorarchitektur bei den Server-Baureihen Xeon (Nehalem) und Itanium (Tukwila) durch die Punkt-zu-Punkt-Verbindung Quickpath Interconnect (QPI) ersetzen. Über eine Extreme-Version des Nehalem soll Quickpath auch Einzug bei Desktop-CPUs halten - allerdings zunächst nur im High-End-Segment. Die Bandbreite eines Quickpath-Links soll zwischen 24 und 32 GB/s liegen, womit sie im ungünstigsten Fall bereits das Niveau von AMDs aktuell leistungsstärksten HT-Links erreichen würde. Zudem sollen die Nehalem-Xeons mit bis zu vier Quickpath-Links ausgestattet sein.