PCIE設備的x1,x4,x8,x16有什麼區別?

主板上的擴展插槽曾經是多種多樣的,例如曾經非常流行的組合就是PCI插槽搭配AGP插槽,其中AGP插槽主要用在顯卡上,而PCI插槽的用途則更廣一些,不僅有用在顯卡上,還能用於擴展其它設備,如網卡、聲卡、調制解調器等等。這兩種插槽曾經共同爲廣大DIY玩家服役多年,然而在一個速率更高、擴展性更強的插槽出現之後,它們就迅速退出舞臺,被後者徹底取代。而這種可以在短時間內淘汰前輩的新型插槽,就是我們今天要講的主角,也是現在顯卡以及各種擴展卡所用的主流插槽,即PCI-E插槽。
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目前PCI-E插槽已經成爲了主板上的主力擴展插槽,除了顯卡會用到PCI-E插槽外,諸如獨立聲卡、獨立網卡、USB 3.0/3.1接口擴展卡以及SSD等硬件都可以使用PCI-E插槽,因此現在的主板除非是受到板型或者平臺芯片的限制,否則廠商都會給它們裝上足夠多的PCI-E插槽,以確保自家產品的擴展能力,滿足玩家的使用需求。只是這主板上的PCI-E插槽有長有短,那它們之間又有什麼不同呢?
NVIDIA、惠普、戴爾、高通、聯想、IBM等業界老大在內的900多家精英企業,除了現行的PCI-E規範之外,早年的PCI規範以及PCI-X規範也是由該組織制定的。
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與基於半雙工共享並行架構而制定的PCI以及AGP規範不同,PCI-E規範是基於全雙工點對點串行架構制定的,而且還支持熱拔插,其中全雙工代表每個PCI-E通道在同一週期內可以實現數據的雙向傳輸;點對點意味着每個PCI-E設備都是獨立連接,不需要向整個總線請求帶寬;串行傳輸則可以讓其信號速率輕鬆達到GT/s(相當於GHz)的級別。
目前PCI-E規範已經發展出5個大版本,每一次大版本的進化,都能帶來相比上一版本近乎於翻倍的帶寬。第一個PCI-E的正式規範也就是PCI-E 1.0誕生於2002年,其信號速率爲2.5GT/s,採用8b/10b編碼方式,單通道單向帶寬達到250MB/s,16通道雙向帶寬爲8GB/s。該規範隨後還發展出PCI-E 1.0a和PCI-E 1.1版本,雖然細節上有不少改進但是帶寬並沒有改變。
PCI-E 2.0規範則在2007年正式發佈,其相比於PCI-E 1.x規範最大的變化是信號速率翻倍至5GT/s,因此其帶寬也跟隨着一起翻倍,單通道單向帶寬爲500MB/s,16通道雙向帶寬爲8GB/s。該規範隨後還發展出PCI-E 1.0a和PCI-E 1.1版本,雖然細節上有不少改進但是帶寬並沒有改變。PCI-E 2.0規範則在2007年正式發佈,其相比於PCI-E 1.x規範最大的變化是信號速率翻倍至5GT/s,因此其帶寬也跟隨着一起翻倍,單通道單向帶寬爲500MB/s,16通道雙向帶寬爲16GB/s。此外PCI-E 2.0規範還將對應插槽的供電能力翻倍至最高150W的水平,但出於對兼容性以及主板供電壓力等多方面的考慮,最終無論主板廠商、顯卡廠商又或者其它PCI-E設備的廠商,在產品開發時都是按照PCI-E 1.0規範的供電要求也就是75W執行的,供電需求高於75W者一律配置外接供電,這個行業規則一直沿用至今。PCI-E 3.0規範則是目前的主流,其於2010年正式發佈,相比PCI-E 2.x規範不僅信號速率提升至8GT/s,而且編碼方式也改成了更高效的128b/130b模式,因此單通道單向帶寬依然實現了接近翻倍的提升,達到985MB/s的水平,16通道雙向帶寬高達31.5GB/s。

PCI-E插槽到底長什麼樣子?

與經常換插槽的CPU不同,PCI-E規範雖然已經發展出5大版本,但是在插槽的結構卻基本維持一致,同樣通道數的PCI-E插槽,我們是無法從外觀判定其對應的是哪個版本的PCI-E規範。同時更高版本的插槽也兼容低版本的設備,反之亦然,只是速率上要遵守“短板原理”,因此PCI-E插槽的兼容性是很強的。
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當然PCI-E插槽也不是僅有一種,按照PCI-SIG提供的規範,PCI-E插槽有x1,x2,x4,x8,x12,x16和x32共計7種版本,對應1/2/4/8/12/16/32通道,其中PCI-E x32由於體積問題,僅應用在某些特殊場合中,對應的量產產品幾乎爲零;PCI-E x12則主要用在服務器領域,基本不會出現在消費級平臺上;PCI-E x2則主要用於內部的接口而非擴展插槽,即便是部分有提供該接口的主板,其PCI-E x2也基本是以M.2接口的形式出現,而非PCI-E插槽的形式。因此目前主板上主流的PCI-E插槽,基本就集中在PCI-E x1/x4/x8/x16四種上,下面我們就來看看這4種插槽到底長什麼樣子。

PCI-E x16插槽

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靠近CPU的PCI-E x16插槽最適合安裝顯卡
我們首先從PCI-E x16插槽講起,PCI-E x16插槽全長89mm,擁有164根針腳,分爲前後兩組,位於前面較短的插槽有22根針腳,主要用於供電,後面一組較長的插槽142根,主要用於數據傳輸。這樣設計讓PCI-E x16插槽擁有了極佳的兼容性,可以向下兼容x1/x4/x8級別的設備,在加上其16通道所帶來的高帶寬,因此PCI-E x16插槽可以說是PCI-E插槽在消費級領域中的完全體,其多數用於安裝數據吞吐量很大的產品,如顯卡以及RAID陣列卡等。由於PCI-E x16插槽常用於顯卡,因此其基本由CPU直接引出,這樣顯卡與CPU之間的數據交換就可以實現最低的延遲,讓系統的性能可以得到充分的發揮。相比於PCI-E x8插槽全長56mm,擁有98根針腳,相比於PCI-E x16主要是數據針腳減少至76根,供電針腳並無變化。不過我們很少在主板上看見真正的PCI-E x8插槽,因爲它通常會以PCI-E x16插槽的形式出現,但數據針腳只有一半是有效的,也就是說實際帶寬只有真正的PCI-E x16插槽的一半。
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了安裝顯卡,PCI-E x8插槽很多時候會以PCI-E x16插槽的形式登場
實際上把PCI-E x8插槽做成PCI-E x16的樣子是有原因的,因爲PCI-E x8就是爲了搭建多顯卡平臺而生的,爲了讓採用PCI-E x16接口的顯卡順利安裝到PCI-E x8接口上,後者自然需要把自己“僞裝”成PCI-E x16插槽。當然也有部分PCI-E x8插槽會在後部開一小口,讓顯卡能夠安裝,但這樣的接口往往需要定製,成本並不比PCI-E x16插槽低,而且視覺上的衝擊力也不夠,因此直接採用PCI-E x16插槽來做PCI-E x8插槽自然也是情理之中。
那麼我們該如何區分真正的PCI-E x16插槽和PCI-E x8模式的PCI-E x16插槽呢?有經驗玩家可以觀察主板佈線,後者的後半段往往是沒有線路連接的,甚至沒有針腳焊接。不過這並不是最快速的方法,實際上除了旗艦級的平臺如X299能提供多條真正的PCI-E x16插槽外,主流級平臺包括新近發佈的Z370平臺都只會提供一條真正的PCI-E x16插槽,就是最靠近CPU的那條。而第二條和第三條PCI-E x16插槽,則多數是PCI-E x8甚至是x4級別的。

PCI-E x4插槽

PCI-E x4插槽的長度爲39mm,同樣是在PCI-E x16插槽的基礎上,以減少數據針腳的方式實現,主要用於PCI-E SSD,或者是通過PCI-E轉接卡安裝M.2 SSD等方面。PCI-E x4插槽通常由主板芯片擴展而來,不過隨着CPU內部PCI-E通道數的增多,現在有部分高端主板可以開始提供直連CPU的PCI-E x4插槽,用於安裝PCI-E SSD時理論上可以提供更好的性能,例如4KQD性能相比使用主板芯片的PCI-E x4插槽時會有一定的提升。
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不到PCI-E x4插槽?其實它是以M.2接口的形式出現
不過與PCI-E x8插槽相似的是,PCI-E x4插槽現在也是很少以真身示人,更多地是以“速率爲PCI-E x4級別的PCI-E x16插槽”的形式登場,又或者是擴展爲M.2接口,用於安裝M.2SSD、M.2無線網卡或者其它M.2接口設備,其餘擴展卡則留給PCI-E x1插槽負責。

PCI-E x1插槽

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PCI-E x1插槽最短
PCI-E x1插槽的長度是最短的,僅有25mm,相比PCI-E x16插槽,其數據針腳是大幅度減少至14個。PCI-E x1插槽的帶寬通常由主板芯片提供,面向的產品比較廣泛,獨立網卡、獨立聲卡、USB 3.0/3.1擴展卡等都會用到PCI-E x1插槽,你甚至可以通過轉接線給PCI-E x1插槽裝上顯卡,用來挖礦或者實現多屏輸出。
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Mini PCI-E接口的特寫,物理結構上與mSATA基本一致

此外PCI-E x1插槽還存在着另外一個形態,一般稱爲Mini PCI-E插槽,常見於Mini-ITX主板以及筆記本電腦上,多數用來擴展無線網卡,但由於其在物理結構上與mSATA插槽相同,因此也有不少主板會通過跳線或者BIOS設定讓Mini PCI-E接口在PCI-E模式或者SATA模式中切換,以實現一口兩用的效果。不過Mini PCI-E插槽由於帶寬上的限制,最終並未有得到廣泛的普及,它和mSATA接口在面臨M.2接口的進攻時都選擇了迅速撤退,如今其地位和作用都已經被M.2接口取代,基本上已經告別主流。

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