Железо

О USB-кабелях для райзеров для майнинга

В статье «Обзор особенностей райзеров для видеокарт» предпринималась попытка собрать воедино информацию о райзерах для майнинга. Тема была продолжена в статье ««О проверке работоспособности райзеров для видеокарт», где затрагиваются некоторые моменты, касающиеся контроля их качества.

В данной статье более подробно рассматриваются особенности кабелей USB 3.0, использующихся для соединения райзеров видеокарт со слотами PCI-E материнских плат.

Необходимость написания статьи вызвана стремлением более глубоко понять процессы, а также назначение тех или иных компонентов при многопотоковых вычислениях в майнинг ригах.

Функции, которые выполняют кабеля, соединяющие райзера с материнской платой

Кабеля USB 3.0 типа A, использующиеся для соединения райзеров с материнской платой, должны обеспечивать надежный обмен данными между видеокартой и материнской платой с как можно большей скоростью, без помех и существенных искажений сигнала.

Штекер (Male) кабеля USB 3.0 стандарта A:

Гнездо (Female) кабеля USB 3.0 стандарта A:

В стандартном исполнении у кабелей USB 3.0 проводники приема (5,6) — передачи (8,9) кабеля USB 3.0 соединяются с контактами гнезд напрямую:

В райзерах используется перекрестное соединение этих пар проводников. Прием-передача данных осуществляется в дуплексном режиме по двум дифференциальным витым парам.

Для приема-передачи данных по шине PCI-E используются электрические импульсы, которые содержат закодированные данные.

Кабель, соединяющий райзер с материнской платой является физической средой, образующей проводной канал связи, использующийся для передачи импульсных сигналов амплитудой до 3 вольт:

Скорость обмена напрямую зависит от количества импульсов, которыми можно обменяться между конечными устройствами, а также от эффективности использующихся алгоритмов кодировки/сжатия.

Максимальная частота сигнала, который может передаваться по кабелю стандарта USB 3.0 зависит от ряда факторов, среди которых:

  • паразитная емкость C между проводниками кабеля (а также их индуктивность L), проводящими полезные электрические импульсы. При увеличении частоты сигнала возрастает реактивное сопротивление проводников канала связи, что приводит к затуханию сигнала, а также искажение формы импульсов;
  • антенный эффект, возникающий в проводниках USB-кабеля, из-за которого в них появляется электрическая составляющая, искажающая полезный сигнал. Чем хуже экранирование кабеля и больше радиопомех вокруг, тем хуже условия для прохождения электрических импульсов;
  • наводки, поверхностный эффект и отражения, особенно проявляющиеся на высоких частотах;
  • стандарт, который используется для кодирования сигнала. Для передачи данных могут использоваться разные виды сигналов, в разной степени подверженные искажениям, а также использоваться кодирование, значительно сокращающее объем передаваемых пакетов при сохранении всей нужной пользователям информации.

Обмен данными между видеоускорителем и центральным процессором в майнинг ригах в большинстве случаев не столь интенсивен, как в играх и некоторых приложениях, поэтому для майнинга обычно хватает стандарта PCI-Express Gen 1 или 2 (скорость передачи данных до 250 и 500 мегабайт в секунду соответственно по одной линии PCI-E). Стандарт PCI-E Gen 3 позволяет передавать данные со скоростью до 984,6 Мбайт/с, что не достижимо при использовании кабелей стандарта USB 3.0.

Если сравнить скорости PCI-Express Gen 1, 2, 3 и пропускную способность кабеля стандарта USB 3.0 (или USB 3.1 Gen 1 или USB 3.2 Gen 1) — до 5 Гбит/с (или 625 Мбайт/с), то становится понятным, что установка в BIOS стандарта PCI-E Gen 3 при использовании райзеров бесполезна и даже вредна.

Если суммировать низкое качество используемых кабелей USB 3.0, их длину, влияние перекрестных помех, паразитные ВЧ-сигналы от импульсных источников питания, WI-FI-устройств, большое количество влияющих друг на друга кабелей/источников излучения на единицу пространства, то в ряде случаев недостижима даже скорость по стандарту PCI-Express Gen 2.

Отсутствие синхронизации и большое количество ошибок, возникающее при несоответствии используемого стандарта PCI-E Gen с физическими параметрами кабеля USB 3.0 может привести к полному срыву обмена между видеокартой и материнской платой. В ряде случаев при этом компьютер даже не может определить видеокарту, выдавая POST-code ошибки на этапе первоначальной загрузки. При майнинге могут периодически возникать ошибки, связанные с потерями данных на линиях PCI-E, например, ошибка 511 с фантастической температурой видеокарты, отображаемой в майнере.

Особенности кабелей, использующихся для соединения райзеров с материнской платой

Существует два типа внешне похожих USB-кабелей стандарта 3.0 обычно синего цвета, которые предназначены для разных целей. Визуально они ничем не отличаются, так как в обоих случаях это кабеля типа A синего цвета с Male-разъемами на обеих концах:

Распиновка на штекерах USB-кабеля (тип A, Male) и гнездах стандарта 3.0 (Female) :

Для увеличения пропускной способности кабелей USB 3.0 используются экранированные витые пары передачи-према данных. Для передачи напряжения питания используется отдельная пара проводов и еще одна для совместимости со стандартом USB 2.0. Кроме того, в кабеле USB 3.0 используется еще один провод сигнальной земли под названием GND_Drain, который физически часто является оплеткой витых пар приема-передачи данных.

В USB-кабеле стандарта 3.0 в общей сложности используется 9 проводников:

Фотография проводников и оплетки внутри кабеля USB стандарта 3.0 (видно общую экранирующую оплетку и фольгу, отдельную экранирующую фольгу витых пар приема-передачи данных):

Назначение контактов обычного кабеля USB стандарта 3.0:

Пятая-шестая и восьмая-девятая пара используются для обмена данными, не имеет значения их название, важно то, как соединены эти пары проводников на разных концах кабеля.

Назначение пар контактов для обмена сигналами в кабеле USB 3.0 тип А согласно Википедии:

Прямое соединение используется в стандартных кабелях, а перекрестное — в кабелях для райзеров для майнинга.

В кабелях, использующихся для соединения райзеров с материнской платой используют стандарт USB 3.0, в котором проводники для приема данных (USB3_RX) с одной стороны соединены с передачей (USB3_TX) другой стороны и наоборот (все эти контакты находятся в глубине разъема/штекера USB 3.0):

В кабелях для майнинга перевернуты две пары проводов, предназначенных для обмена данными, обычно это пары проводников желтого-фиолетового, а также голубого-розового цвета.

Соединение проводников в штекерах кабелей USB 3.0, предназначенных для майнинга (отличия касаются только 5,6 и 8,9-х пар проводников):

1 -> 1;
2 -> 2;
3 -> 3;
4 -> 4;
5 -> 8;
6 -> 9;

7 -> 7;
8 -> 5;
9 -> 6.

Заключение

Чтобы не ошибиться, при покупке нужно выбирать именно кабель передачи данных PCI-E line — USB3.0 mining или Extender Riser Card Adapter USB power data Cable For BTC Mining. Если у продавца на странице товара указано, что продается Super Speed USB 3.0 Type a Male to Type a Male кабель, то в большинстве случаев это не подходящий для майнинга товар.

При использовании USB-кабелей для майнинга следует обязательно учитывать увеличение затухания сигнала при использовании длинных кабелей. В связи с этим, если есть возможность, то лучше выбирать самые короткие USB 3.0-кабеля, например, устанавливать 30-сантиметровые изделия вместо 60 сантиметровых.

При установке кабелей сомнительного качества (всех кабелей длиной от 1 м) для передачи данных нужно устанавливать режим работы слота PCI-E в режим Gen 1.

При сборке майнинг ригов нужно обеспечивать надежный контакт разъемов USB 3.0-кабелей со слотами PCI-E и райзерами. Желательно фиксировать разъемные соединения клеевым пистолетом или другими подручными способами. В идеале проводники соединительных кабелей лучше припаивать к платам устройств.

Для улучшения качества связи по USB-кабелям следует уменьшать влияние перекрестных помех, для чего не стоит прокладывать их вместе — параллельно друг другу. Если используются тонкие, явно некачественные кабеля, то немного уменьшить влияние радиопомех можно, обмотав их дополнительным слоем фольги, которая будет выполнять роль электромагнитного экрана.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

English EN Français FR Deutsch DE Português PT Русский RU Español ES Türkçe TR