pcie-0-20180723-众多pcie插槽
文章目录
- 主板插槽
- PCI-E插槽的相关规范
- PCI-E插槽到底长什么样子？
- PCI-E x16插槽
- PCI-E x8插槽
- PCI-E x4插槽
- PCI-E x1插槽
- PCIE总线速率计算
- GT/S和Gbps
- 举例
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百科:AGP
主板插槽
主板上的扩展插槽曾经是多种多样的，例如曾经非常流行的组合就是PCI插槽搭配AGP插槽，其中AGP插槽主要用在显卡上，而PCI插槽的用途则更广一些，不仅有用在显卡上，还能用于扩展其它设备，如网卡、声卡、调制解调器等等。这两种插槽曾经共同为广大DIY玩家服役多年，然而在一个速率更高、扩展性更强的插槽出现之后，它们就迅速退出舞台，被后者彻底取代。而这种可以在短时间内淘汰前辈的新型插槽，就是我们今天要讲的主角，也是现在显卡以及各种扩展卡所用的主流插槽，即PCI-E插槽。
目前PCI-E插槽已经成为了主板上的主力扩展插槽，除了显卡会用到PCI-E插槽外，诸如独立声卡、独立网卡、USB 3.0/3.1接口扩展卡以及SSD等硬件都可以使用PCI-E插槽，因此现在的主板除非是受到板型或者平台芯片的限制，否则厂商都会给它们装上足够多的PCI-E插槽，以确保自家产品的扩展能力，满足玩家的使用需求。只是这主板上的PCI-E插槽有长有短，那它们之间又有什么不同呢？
PCI-E插槽的相关规范
我们在了解PCI-E插槽之前，先来简单看看PCI-E的相关规范。PCI-E规范又称为PCI Express规范，其由PCI-SIG组织进行制定，该组织组建于1992年，目前成员有包括英特尔、AMD、NVIDIA、惠普、戴尔、高通、联想、IBM等业界老大在内的900多家精英企业，除了现行的PCI-E规范之外，早年的PCI规范以及PCI-X规范也是由该组织制定的。
与基于半双工共享并行架构而制定的PCI以及AGP规范不同，PCI-E规范是基于全双工点对点串行架构制定的，而且还支持热拔插，其中全双工代表每个PCI-E通道在同一周期内可以实现数据的双向传输；点对点意味着每个PCI-E设备都是独立连接，不需要向整个总线请求带宽；串行传输则可以让其信号速率轻松达到GT/s（相当于GHz）的级别。
目前PCI-E规范已经发展出5个大版本，每一次大版本的进化，都能带来相比上一版本近乎于翻倍的带宽。第一个PCI-E的正式规范也就是PCI-E 1.0诞生于2002年，其信号速率为2.5GT/s，采用8b/10b编码方式，单通道单向带宽达到250MB/s，16通道双向带宽为8GB/s。该规范随后还发展出PCI-E 1.0a和PCI-E 1.1版本，虽然细节上有不少改进但是带宽并没有改变。
PCI-E 2.0规范则在2007年正式发布，其相比于PCI-E 1.x规范最大的变化是信号速率翻倍至5GT/s，因此其带宽也跟随着一起翻倍，单通道单向带宽为500MB/s，16通道双向带宽为16GB/s。此外PCI-E 2.0规范还将对应插槽的供电能力翻倍至最高150W的水平，但出于对兼容性以及主板供电压力等多方面的考虑，最终无论主板厂商、显卡厂商又或者其它PCI-E设备的厂商，在产品开发时都是按照PCI-E 1.0规范的供电要求也就是75W执行的，供电需求高于75W者一律配置外接供电，这个行业规则一直沿用至今。
PCI-E 3.0规范则是目前的主流，其于2010年正式发布，相比PCI-E 2.x规范不仅信号速率提升至8GT/s，而且编码方式也改成了更高效的128b/130b模式，因此单通道单向带宽依然实现了接近翻倍的提升，达到985MB/s的水平，16通道双向带宽高达31.5GB/s。
PCI-E 4.0和PCI-E 5.0则是属于未来的规范，前者在今年10月底才推出了正式版，其再一次实现了信号速率的翻倍，16通道双向带宽达到63GB/s的水平；而后者则计划到2019年方能公布正式版规范，能带来的依然是翻倍的信号速率和翻倍的带宽，16通道双向带宽达到126GB/s。然而基于PCI-E 4.0规范的设备目前依然处于开发和测试阶段，预计要到2018年的年底方能进入消费级市场，PCI-E 5.0规范的推广恐怕最快也要到2020年才能开始了。
PCI-E插槽到底长什么样子？
与经常换插槽的CPU不同，PCI-E规范虽然已经发展出5大版本，但是在插槽的结构却基本维持一致，同样通道数的PCI-E插槽，我们是无法从外观判定其对应的是哪个版本的PCI-E规范。同时更高版本的插槽也兼容低版本的设备，反之亦然，只是速率上要遵守“短板原理”，因此PCI-E插槽的兼容性是很强的。
当然PCI-E插槽也不是仅有一种，按照PCI-SIG提供的规范，PCI-E插槽有x1，x2，x4，x8，x12，x16和x32共计7种版本，对应1/2/4/8/12/16/32通道，其中PCI-E x32由于体积问题，仅应用在某些特殊场合中，对应的量产产品几乎为零；PCI-E x12则主要用在服务器领域，基本不会出现在消费级平台上；PCI-E x2则主要用于内部的接口而非扩展插槽，即便是部分有提供该接口的主板，其PCI-E x2也基本是以M.2接口的形式出现，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/x16四种上，下面我们就来看看这4种插槽到底长什么样子。
PCI-E x16插槽
最靠近CPU的PCI-E x16插槽最适合安装显卡
我们首先从PCI-E x16插槽讲起，PCI-E x16插槽全长89mm，拥有164根针脚，分为前后两组，位于前面较短的插槽有22根针脚，主要用于供电，后面一组较长的插槽142根，主要用于数据传输。这样设计让PCI-E x16插槽拥有了极佳的兼容性，可以向下兼容x1/x4/x8级别的设备，在加上其16通道所带来的高带宽，因此PCI-E x16插槽可以说是PCI-E插槽在消费级领域中的完全体，其多数用于安装数据吞吐量很大的产品，如显卡以及RAID阵列卡等。
由于PCI-E x16插槽常用于显卡，因此其基本由CPU直接引出，这样显卡与CPU之间的数据交换就可以实现最低的延迟，让系统的性能可以得到充分的发挥。
PCI-E x8插槽
相比于PCI-E x8插槽全长56mm，拥有98根针脚，相比于PCI-E x16主要是数据针脚减少至76根，供电针脚并无变化。不过我们很少在主板上看见真正的PCI-E x8插槽，因为它通常会以PCI-E x16插槽的形式出现，但数据针脚只有一半是有效的，也就是说实际带宽只有真正的PCI-E x16插槽的一半。
为了安装显卡，PCI-E x8插槽很多时候会以PCI-E x16插槽的形式登场
实际上把PCI-E x8插槽做成PCI-E x16的样子是有原因的，因为PCI-E x8就是为了搭建多显卡平台而生的，为了让采用PCI-E x16接口的显卡顺利安装到PCI-E x8接口上，后者自然需要把自己“伪装”成PCI-E x16插槽。当然也有部分PCI-E x8插槽会在后部开一小口，让显卡能够安装，但这样的接口往往需要定制，成本并不比PCI-E x16插槽低，而且视觉上的冲击力也不够，因此直接采用PCI-E x16插槽来做PCI-E x8插槽自然也是情理之中。
那么我们该如何区分真正的PCI-E x16插槽和PCI-E x8模式的PCI-E x16插槽呢？有经验玩家可以观察主板布线，后者的后半段往往是没有线路连接的，甚至没有针脚焊接。不过这并不是最快速的方法，实际上除了旗舰级的平台如X299能提供多条真正的PCI-E x16插槽外，主流级平台包括新近发布的Z370平台都只会提供一条真正的PCI-E x16插槽，就是最靠近CPU的那条。而第二条和第三条PCI-E x16插槽，则多数是PCI-E x8甚至是x4级别的。
PCI-E x4插槽
PCI-E x4插槽的长度为39mm，同样是在PCI-E x16插槽的基础上，以减少数据针脚的方式实现，主要用于PCI-E SSD，或者是通过PCI-E转接卡安装M.2 SSD等方面。PCI-E x4插槽通常由主板芯片扩展而来，不过随着CPU内部PCI-E通道数的增多，现在有部分高端主板可以开始提供直连CPU的PCI-E x4插槽，用于安装PCI-E SSD时理论上可以提供更好的性能，例如4K QD性能相比使用主板芯片的PCI-E x4插槽时会有一定的提升。
找不到PCI-E x4插槽？其实它是以M.2接口的形式出现<
不过与PCI-E x8插槽相似的是，PCI-E x4插槽现在也是很少以真身示人，更多地是以“速率为PCI-E x4级别的PCI-E x16插槽”的形式登场，又或者是扩展为M.2接口，用于安装M.2 SSD、M.2无线网卡或者其它M.2接口设备，其余扩展卡则留给PCI-E x1插槽负责。
PCI-E x1插槽
PCI-E x1插槽最短
PCI-E x1插槽的长度是最短的，仅有25mm，相比PCI-E x16插槽，其数据针脚是大幅度减少至14个。PCI-E x1插槽的带宽通常由主板芯片提供，面向的产品比较广泛，独立网卡、独立声卡、USB 3.0/3.1扩展卡等都会用到PCI-E x1插槽，你甚至可以通过转接线给PCI-E x1插槽装上显卡，用来挖矿或者实现多屏输出。
Mini PCI-E接口的特写，物理结构上与mSATA基本一致
此外PCI-E x1插槽还存在着另外一个形态，一般称为Mini PCI-E插槽，常见于Mini-ITX主板以及笔记本电脑上，多数用来扩展无线网卡，但由于其在物理结构上与mSATA插槽相同，因此也有不少主板会通过跳线或者BIOS设定让Mini PCI-E接口在PCI-E模式或者SATA模式中切换，以实现一口两用的效果。
不过Mini PCI-E插槽由于带宽上的限制，最终并未有得到广泛的普及，它和mSATA接口在面临M.2接口的进攻时都选择了迅速撤退，如今其地位和作用都已经被M.2接口取代，基本上已经告别主流。
PCIE总线速率计算
GT/S和Gbps
GT/s百科
PCI Express - 维基百科，自由的百科全书
GT/s即Giga Transmission per second （千兆传输/秒），描述的是物理层通信协议的速率，与Gbps（每秒十亿位）没有对应的换算关系
GT/s —— Giga Transmission per second （千兆传输/秒），即每一秒内传输的次数。重点在于描述物理层通信协议的速率。
Gbps —— Gigabits per second （千兆位/秒）。
GT/s 与Gbps 之间不存在成比例的换算关系。GT/s着重描述端口的速率属性，可以不和链路宽度等关联，这样来描述“可以进行链路宽度扩展”的高速串行接口更为合适一些。 需要结合具体的物理层通信协议来分析。
举例
例如：PCI-e2.0 协议支持 5.0 GT/s, 即每一条Lane 上支持每秒钟内传输 5G个bit；但这并不意味着 PCIe 2.0协议的每一条Lane支持 5Gbps 的速率。为什么这么说呢？ 因为PCIe 2.0 的物理层协议中使用的是 8b/10b的编码机制。 即每传输8个bit，需要发送10个bit；这多出的2个bit并不是对上层有意义的信息。 那么， PCIe 2.0协议的每一条Lane支持 5 * 8 / 10 = 4Gbps 的速率。 以一个PCIe 2.0 x8的通道为例，x8的可用带宽为 4 * 8 = 32 Gbps。
例如：第二代PCI Express接口（简称 PCIe Gen2）的速率属性为5.0GTs，这样的描述主要说明的是每条PCIe Gen2的Lane（Serdes）每秒可以完成5.0G bit的数据传输这一属性，无论对于宽度为x1、x2、x4、x8的PCIe Gen2接口都是适用的。而如果笼统的说“PCIe Gen2的速率为5.0GT/s，则显得不太合适，因为对于一个x8的PCIe Gen2链路来说，它的8个Lane加在一起真正的数据传输能力实际可以达到40GT/s！同理，说PCIe Gen3接口的速率为8.0GT/S也是类似的意思。
|
PCI Express 版本 |
推出 |
Line 编码 |
原始 传输率 |
带宽（带宽） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ×1 | ×2 | ×4 | ×8 | ×16 | ||||
| 1.0 | 2003 | 8b/10b | 2.5 GT/s | 250 MB/s | 0.50 GB/s | 1.0 GB/s | 2.0 GB/s | 4.0 GB/s |
| 2.0 | 2007 | 8b/10b | 5.0 GT/s | 500 MB/s | 1.0 GB/s | 2.0 GB/s | 4.0 GB/s | 8.0 GB/s |
| 3.0 | 2010 | 128b/130b | 8.0 GT/s | 984.6 MB/s | 1.97 GB/s | 3.94 GB/s | 7.88 GB/s | 15.8 GB/s |
| 4.0 | 2017 | 128b/130b | 16.0 GT/s | 1969 MB/s | 3.94 GB/s | 7.88 GB/s | 15.75 GB/s | 31.5 GB/s |
| 5.0 | 2019 | NRZ 128b/130b | 32.0 GT/s | 3938 MB/s | 7.88 GB/s | 15.75 GB/s | 31.51 GB/s | 63.0 GB/s |
| 6.0 | 2021 | PAM4 & FEC 128b/130b | 64.0 GT/s | 7877 MB/s | 15.75 GB/s | 31.51 GB/s | 63.02 GB/s | 126.03 GB/s |
由上表可看出此处的进制为1GB/s=1000MB/s=10^3MB/s
GT/s进制为10^3，bit和Bit进制为8,每条通道（lane）是全双工通道。
| PCI-E版本 | PCI-E 1.x | PCI-E 2.x | PCI-E 3.x | PCI-E 4.x | PCI-E 5.x |
|---|---|---|---|---|---|
| 单向带宽(MB/s) |
(8/10)*2.5GT/s =2GT/s =2*(1000/8)MB/s =250MB/s |
(8/10)*5GT/s =4GT/s =4*(1000/8)MB/s =500MB/s |
(128/130)*8GT/s =(128/130)*8*(1000/8)MB/s =984.615MB/s |
同理 | 同理 |
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