О проверке линий обмена данными графического процессора

Наиболее дорогим компонентом среди комплектующих видеокарты является графический процессор. Его замена путем установки нового обычно нерентабельна из-за дороговизны чипа и сложности работы. В связи с этим при диагностике неисправностей у неработающей видеокарты важно определить, “жив ли” ее чип.

Обычно видеокарта с нерабочим чипом включается, ее вентиляторы крутятся, но изображение на монитор не выводится (она не инициализируется). В случае, если при включении видеокарты монитор кратковременно включается, неисправность может скрываться в чипах памяти, либо цепях передачи данных между GPU и памятью/материнской платой.

Память видеокарт Nvidia можно проверить с помощью программы MATS (подробнее в статье «Тестирование памяти видеокарт nvidia с помощью программы MATS диагностического комплекса MODS»).

Для проверки исправности видеочипа нужно внимательно осмотреть плату видеокарты, в особенности видеопроцессора, на котором не должно быть сколов, прогаров, повреждений.

После этого нужно проверить сопротивления цепей питания (частично эта тема раскрыта в статьях «Диагностика типовых поломок видеокарт AMD Radeon RX» и «О сиcтеме питания видеокарт AMD Radeon R9 290/290X»).

В случае короткого замыкания по линии питания видеопроцессора (или обрыва) при исправности остальных компонентов) с большой степенью вероятности можно сказать о гибели видеочипа.

Для проверки исправности линий PCI-E графического процессора можно использовать омметр или специальную диагностическую плату с AliExpress.

Проверка исправности линий PCI-E на видеокарте с помощью диагностической платы

Китайский тестер PCI-E и AGP-видеокарт (стоит 25-30 USD):

На обратной стороне платы размещены 32 микросхемы HCF4017 (десятичный счетчик с дешифратором) и другие детали:

Каждый индикаторный светодиод показывает исправность прохождения сигнала по линиям PCI-E между диагностической платой и видеокартой. При тестировании происходит обмен данными между устройствами, что позволяет выявить нарушения в прохождении сигнала.

Устройство производит проверку прохождения сигнала по каждой линии PCI-E:

Такой тестер очень полезен при проверке товара на почте, когда нет возможности принести компьютер и провести полноценную проверку видеокарты – «кота в мешке».

Для проверки видеокарт с интерфейсом PCI-E можно использовать любой из слотов, находящихся в левой части диагностической платы. Каждый из них соединен с двумя группами светодиодов (по 32 штуки в каждой), которые все без задержек должны засветиться при активации кнопки устройства со вставленной видеокартой и поданном на плату питании 12 вольт (не на видеокарту!).

Для запитывания тестовой платы можно использовать сетевой блок питания, либо сделать конструкцию, совмещающую пятивольтовый PowerBank с повышающим преобразователем, отрегулированным на выдачу 12 вольт, либо обеспечить питание от батареи из 8 батареек на 1,5В.

Одновременное свечение 64 светодиодов свидетельствует об исправности всех линий PCI-E от видеокарты. Если какие-то светодиоды не светятся, мигают или включаются с запаздыванием, то видеочип, скорее всего, неисправен.

Свечение светодиодов при тестировании видеокарты с поврежденными линиями PCI-E:

В редких случаях возможно повреждение проводящих дорожек от разъема до чипа, но, в большинстве случаев, происходит отслоение контактов полупроводникового кристалла от подложки, либо прогар в этой цепи.

Проверить линии PCI-E на видеокарте можно и без диагностической платы, с помощью омметра. Сопротивление всех линий PCI-E относительно земли должно быть примерно одинаковым. Обычно при майнинге убивают нулевую линию передачу данных из-за неправильно вставленного райзера. Если сопротивление (относительно Ground) на контактах B14, B15 (передача) и A14, A17 (прием) отличается от значений на контактах B19-20, B23-24, B27-28 (передача) и на A21-22, A25-26, A29-30 (прием), то видеочип, скорее всего, неисправен (или требует реболлинга).

Для понимания того, как проверить исправность линий PCI-E видеочипа, далее приводится информация относительно обмена данными между видеопроцессором и материнской платой.

Как производится обмен между PCI-E устройствами

Обмен данными с PCI-E устройством по каждой линии производится по двум каналам (приемный, RX и передающий, TX).

Изображение, демонстрирующее процесс обмена данным по четырем линиям PCI-E:

Процессор видеокарты обрабатывает данные в виде бинарного кода в соответствии с алгоритмом, заданным программой (например, майнером) .

Связь между PCI-E устройствами (например, между видеокартой и материнской платой) организовывается на трех уровнях:

• транзакционный (transaction layer) — формирует заголовок пакета и включает в него данные для обработки видеочипом;
• уровень обмена данными (data link layer) — обеспечивает транспортировку пакетов данных между устройствами. На этом уровне используется три вида пакетов: TLP acknowledgement, flow control и power management;

• физический (PHY layer) — формируются старт-стоповые импульсы тока с определенной полярностью, амплитудой и частотой, обозначающие начало и конец пакета, который передается по проводникам. На этом уровне работают цифровые и аналоговые электрические цепи, обеспечивающие необходимую полосу пропускания, скорость передачи данных и другие физические характеристики линии PCI-E.

Изображение, иллюстрирующее формирование пакета данных при обмене по линиям PCI-E:

Программное обеспечение (майнер) работает только с данными, находящимися внутри пакета, формируемого transaction layer:

Если часть этих данных теряется, то в майнере появляются ошибки.

Так как размер пакета ограничен, за единицу времени можно передать только небольшое количество информации. Для увеличения пропускной способности повышают частоту прохождения пакетов, применяют оптимизированную кодировку, а также увеличивают количество параллельно работающих линий PCI-E.

Каждая линия физически состоит из двух дифференциальных пар (приема и передачи), по которым производится обмен высокочастотными импульсными сигналами низкой амплитуды:

Проверка дифференциальных пар для обмена данными с PCI-E устройствами

Для проверки дифференциальных пар нужно четко уяснить расположение соответствующих им контактов и замерить сопротивление на каждой из них. Если есть существенные различия между полученными значениями, то соответствующие линии PCI-E вышли из строя.

При использовании нулевой линии обмен данными происходит через дифференциальные пары, выведенные на следующие контакты разъема PCI-E x1:

• передача — B14, B15 (PETp0-PETn0);
• прием — A16, A17 (PERp0-PERn0).

Иногда (в том числе и на китайской диагностической плате) эти контакты обозначаются:

• HsOp(0) и HsOn (0) — приемник;
• HsSIp(0) и HSIn(0) — передатчик.

Синхронизация обмена производится с помощью опорного сигнала (Clock Source) с материнской платы частотой 100 МГц, который передается на контакты A13, A14 (REFCLK+, REFCLK-) разъема PCI-E 1X). На видеокарте этот сигнал используется в качестве опорного для внутреннего PLL.

Схема электрических соединений при использовании устройства с одной линией PCI-E:

Материнская плата узнает о том, какое количество линий PCI-E нужно использовать для видеокарты (или другого устройства), исходя из потенциала на контактах PRSNT#1 и PRSNT#2.

При этом PRSNT#1 (A1) соединяется с землей, а PRSNT#2, соответствующий задействованному количеству линий PCI-E (x4, x8 или x16), соединяется с PRSNT#1:

Например, для работы в режиме PCIe 1x соединяются контакты PRSNT#1 (A1) и PRSNT#2 (B17):

Некоторые видеокарты могут не работать через райзер, если эти контакты не соединены между собой. Поэтому в большинстве райзеров для видеокарт контакты A1-B17 соединены на плате переходника USB 3.0 F-PCIe 1x. Они, как правило, имеют укороченную длину контактной дорожки.

Укороченный контакт на пине B17 (PRSNT#2), включающий режим PCIe 1x, соединен с контактом A1:

Благодаря этому даже PCI-E x16 видеокарта при работе через райзер автоматически переключается в режим PCI-E x1.

Для работы в режиме PCIe 8x соединяют PRSNT#1 (A1) с PRSNT#2 (B48), а для включения режима PCIe 16x соединяют PRSNT#1 (A1) с PRSNT#2 (B81).

Назначение контактов на разъемах PCI-E можно посмотреть в таблицах ниже:

Назначение контактов разъема PCIe 1x:

Для увеличения скорости обмена используется добавление дифпар, например, для PCI-E x4 — еще три линии (1, 2, 3) на передачу (B19-20, B23-24, B27-28) и три на прием (A21-22, A25-26, A29-30) и т.д.

PCI-Express 4x Connector Pin-Out

PCI-Express 8x Connector Pin-Out

PCI-Express 16x Connector Pin-Out