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:
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.