Wer einen Computer mit PCIe-Schnittstellen einsetzt, hat viele Möglichkeiten den Klang zu verbessern. Es gibt Hersteller wie zum Beispiel JCAT, die hervorragende USB und NET Cards mit externer Stromversorgung und OCXO Clocks anbieten. Oder nimm Hochgeschwindigkeitsnetzwerkarten mit Glasfaser wie zum Beispiel Solarflare (AMD-XILINX) von der X2-Serie für die perfekte galvanische Trennung und niedrigstem Jitter. Damit werden die USB-und LAN Schnittstellen auf dem Motherboard umgangen, die nicht für den audiophilen Betrieb ausgelegt sind. Freilich müssen die PCIe-Karten perfekt montiert und gekühlt werden, damit sie ihre Vorteile ausspielen können.
Bei Taiko Audio herrschte dieser Tage helle Aufregung mit der neuen Taiko Audio Extreme Network Card. Es war unter anderem die Halterung ungünstig ausgelegt, welche bei manchen eine Montage nicht ermöglichte oder die Verbindung nicht zustande kam. Siehe Announcement regarding the „bracket issue“. Bei Ersatzlieferungen kam es zu verbogenen Halterungen. Zusätzlich stellte sich heraus, dass die Karte durch einen Firmware-Fehler zu heiß lief und es deshalb nach Minuten oder nach Stunden zu Verbindungsabbrüchen kam.
Bei diesem Newsletter geht es darum, auf mögliche Installations-Probleme und Hitzeentwicklungen bei PCIe-Karten hinzuweisen und Lösungen zur Verminderung dieser Risiken aufzuzeigen. Taiko Audio hat sehr vorbildlich auf die Mängel reagiert und für alles eine kulante Lösung gefunden. Folgend zeigen wir unsere Lösungen auf. Vorab kommen einige Basics.
PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)
PCI Express („Peripheral Component Interconnect Express“, abgekürzt PCIe oder PCI-E) ist ein Standard zur Verbindung von Peripheriegeräten mit dem Chipsatz des Motherboards oder idealerweise direkt mit der CPU. Der Standard wurde 2003 eingeführt. Nach ca. 2010 wurden vielfach keine anderen Steckplätze mehr verbaut und die Vorgänger PCI(-X) und AGP schließlich vollständig abgelöst. Die Bandbreite wird stetig weiter entwickelt und das Angebot an PCIe-Karten ist sehr vielfältig.
PCI-Express-Bandbreiten
Verbreitet ist aktuell der PCIe 4.0 – Standard. Wenn alle 16 Lanes angesprochen werden ist eine maximal mögliche Bandbreite von 32 GB/s möglich. Mit PCIe 5.0 wird die Bandbreite verdoppelt.
Übersicht der Bandbreiten
| PCIe-Standard | Bandbreite PCIe x1 | Bandbreite PCIe x4 | Bandbreite PCIe x8 | Bandbreite PCIe x16 |
| PCIe 2.0 | 0,5 GB/s | 2,0 GB/s | 4,0 GB/s | 8,0 GB/s |
| PCIe 3.0 | 1,0 GB/s | 4,0 GB/s | 8,0 GB/s | 16,0 GB/s |
| PCIe 4.0 | 2,0 GB/s | 8,0 GB/s | 16,0 GB/s | 32,0 GB/s |
| PCIe 5.0 | 4,0 GB/s | 16,0 GB/s | 32,0 GB/s | 64,0 GB/s |
Ein Beispiel für Oversampling auf das 16fache einer CD mit hoher Bittiefe:
- 705.600 x 32 Bit x 2 (Stereo) = 45.158.400 Bits = 45,16 Mbit/s
Daraus folgt, dass die Bandbreiten selbst älterer PCIe-Generationen für Audio völlig ausreichend sind.
PCI-Express-Lanes
Jede Lane besteht aus je einem getrennten Sende- und Empfangskanal, die ihrerseits aus einem differentiellen Adernpaar bestehen. Benötigt ein Endgerät mehr als die 1 GB/s (PCIe 3.0) oder 2 GB/s (PCIe 4.0) einer einzelnen Lane, sieht der PCI-Express-Standard die Bündelung mehrerer Lanes innerhalb eines PCI-E-Links vor. Die volle Bandbreite wird mit dem ×16-Slot erreicht. Darunter gibt es ×8, was für Grafikkarten ausreicht und das vor allem für PCI-Express-SSDs interessante ×4-Format, seltener ×2-Verbindungen oder natürlich ×1-Links mit nur einer Lane.
Wie oben bereits begründet ist die Bandbreite für Audio kein Thema. Aber ein paralleler Zugriff ist für die Reduzierung von Latenzen wichtig. Unter diesem Gesichtspunkt macht es durchaus Sinn eine PCIe-Karte mit möglichst vielen Lanes auszuwählen. Dazu muss natürlich auch der verfügbare PCI-Express-Steckplatz auf dem Motherboard passen, die es in PCIe ×4, PCIe ×8 oder PCIe ×16 gibt.
PCI-Express Anbindung über die CPU oder über den Chipsatz
Die PCIe-Karten werden entweder über den Chipsatz des Motherboards oder direkt mit der CPU verbunden. Im Bild unten ist ein Block Diagramm des Intel Z790 Chipsatzes zu sehen. Oben sind die Lanes für den direkten Anschluss an die CPU zu sehen, während darunter auch Lanes an den Chipset vorgesehen sind. Der Chipset wiederum ist mit der CPU verbunden. Wer niedrigste Latenzen möchte ist gut beraten, eine PCIe-Karte direkt mit der CPU zu verbinden. Der Umweg über den Chipsatz wird so vermieden. Wer mit einer USB oder Ethernet PCIe-Karte liebäugelt sollte nicht am Motherboard sparen. Bei hochwertigen Motherboards gibt der Hersteller meistens an, welche PCIe-Slots direkt mit der CPU verbunden sind.
PCI-Express Steckplätze
Grundsätzlich sollen die PCIe-Karten direkt auf dem Steckplatz des Motherboards sitzen und nicht über ein Riser Kabel verbunden sein. Denn das beste Kabel ist kein Kabel und Riser Kabel sind störungsanfällig.
Wie eingangs erwähnt können die „rustikalen“ Steckplätze für Probleme sorgen. Bessere Motherboards, die wir verwenden, haben einen verstärkten Slot.
High/Low Profile Bracket
Auch die Halterungen der PCIe-Karten sind generell ziemlich vorsintflutlich gestaltet. Seit Jahrzehnten leider unverändert als Low Profile Slot-Blech (Low Profile Bracket) oder High Profile Slot-Blech (High Profile Bracket). Gängige Maßangaben:
- High Profile Bracket: 4.725″ (120mm)
- Low Profile Bracket: 3.118″ (79,2mm – für den fis Audio PC geeignet)
Das Material besteht meist aus Blech, Alu oder Kupfer und lässt sich leicht verbiegen. Die Brackets sind oben um 90° geknickt und haben ein Loch für die Verschraubung. Aufgrund der unpräzisen Verarbeitung ist die Passgenauigkeit meist eine Zumutung. Probleme bei der Befestigung treten oft vertikal auf. Die PCIe-Karte sitzt zum Beispiel schräg im Steckplatz und die Pins haben nicht alle Kontakt.
Unsere Lösungen
Einwandfreie Steckverbindungen und passive Kühlungslösungen sind für uns sehr wichtig. Weil auch unsere Kunden schon Probleme mit den PCIe-Anschlüssen hatten, bieten wir ab sofort wieder unsere fis Audio PC Alu Rückblende für HDPLEX H5 Chassis in einer verbesserten Ausführung an.
fis Audio PC Alu Rückblende
Die Rückplatte von HDPLEX wird durch unsere 4mm starke fis Audio PC Alu Rückblende Eloxiert / Schwarz, erstellt mit CNC Fräsmaschinen aus deutscher Fertigung, ersetzt. Die maximal drei Low Profile PCIe-Karten werden ohne direkte Verschraubung mit einer Klemme von oben fixiert. Durch die präzise Fertigungstechnik verklemmt sich keine Karte mehr. Alle Pins werden dadurch in die korrekte Position gebracht und arretiert.
Da wir Zwischenstecker aufgrund von Übergangswiderständen vermeiden, werden die DC Kabel für die Stromversorgung direkt durchgeführt und mit einer zusätzlichen Platte festgeklemmt.
Passives Kühlungskit für XILINX Solarflare X2 Series & 8000 Series Ethernet Adapters
Speziell für unsere Solarflare NICs haben wir ein passives Kühlungkit entworfen. Das passive Kühlungskit sorgt dafür, dass die XILINX Solarflare X2 Series & 8000 Series Ethernet Adapters mit der optimalen Betriebstemperatur arbeiten können. Dies ermöglicht geringstmögliche Latenzen ohne Chipdrosselung und fördert eine lange Lebensdauer.
fis Audio PC Acrylglas
Die 4 Belüftungslöcher des fis Audio PC Acrylglas ermöglichen eine verbesserte passive Kühlung im Vergleich zur Standardabdeckung des HDPLEX Gen H5 Fanless Chassis. Der Temperaturunterschied ohne Deckel und mit Acrylglasdeckel liegt bei unseren Tests bei lediglich 2-3°C (in Abhängigkeit des Betriebs und der installierten Komponenten). Zwei der vier Lüftungslöcher befinden sich direkt über den PCIe-Karten.
Zusammenfassung
PCIe-Karten sind eine schöne Sache und ermöglichen eine flexible Aufrüstung deines Audio PCs. Wer eine Solarflare Lichtwellenleiterkarte (LWL) mit geringsten Latenzen im Einsatz hat, möchte die Rauschfreiheit und schnellen Reaktionszeiten nicht mehr missen.
Die Schnittstellen sind standardisiert, so dass es kaum Kompatilitätsprobleme gibt und sie werden stetig weiter entwickelt. Leider ist die Mechanik mit den Slots und Brackets seit zwei Jahrzehnten unverändert und sorgt aufgrund ihrer mangelhaften Konstruktion oft für Verbindungsprobleme.
Mit unserer fis Audio PC Alu Rückblende für HDPLEX H5 Chassis erreichst du eine wackelfreie Verbindung zum PCIe-Slot des Motherboards. Achte darauf, dass die Karte im Steckplatz fest einrastet und sowohl horizontal, als auch vertikal gerade drinsteckt.
Eine mangelhafte Kühlung der Chips kann zur Drosselung bis zur Abschaltung führen.
Mit unserem Passiven Kühlungskit für XILINX Solarflare X2 Series & 8000 Series Ethernet Adapters und dem fis Audio PC Acrylglas ist eine sehr gute Kühlung und Belüftung möglich.
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