电脑接口科普五，无所不能的PCI

第五期啦，刚好我最近比较闲，所以就每天爆肝三四个小时写这个接口科普系列，不过我自己也是收益良多，下面我们就开始第五期的内容吧。

主板上的扩展插槽是多种多样的，古往今来，各种接口层出不穷，但是现在可以称之为啥都能插的接口也只剩PIC-E了吧。当年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PCIE插槽出现之后，它们就迅速退出舞台，被后者彻底取代。

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，没错，又是英特尔！旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等巴拉巴拉的一大堆功能。后来PCIe交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express“，简称PCI-E。

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。

今年在早一些的时候，AMD发布了收款采用了PCI-E4.0接口的显卡，AMD RADEON RX5700 XT显卡，以及首款支持PCI-E4.0的家用主板的X570芯片组。这标志着PCI-E4.0正式进入家用领域。

目前，已经正式进入市场的PCI-E标准一共有四代，我们来详细了解一下。

PCI-E 1.0

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-E1.0个版本互相兼容。

PCI-E 2.0

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，PCIe 2.0主板插槽与PCIe v1.x卡完全向后兼容。 PCIe 2.0卡也通常使用PCI Express 1.1的可用带宽向下兼容PCIe 1.x主板。总体来说，为v2.0设计的显卡或主板将与另一个v1.1或v1.0a配合使用。所以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

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。并且PCI-E3.0与之前以有的PCI Express向后兼容。

在之后的 2014年11月，PCI-SIG组织还发布了PCI Express 3.1规格，其在三个方面整合了PCI Express 3.0规范的各种和改进如，电源管理，性能和功能等。

PCI-E4.0

说实在话PCI-E4.0有些生不逢时的味道。从之前可以看出，大概三到四年PCIe就会制定新的标准，但PCIe 4.0却是等了7年，直到2017年才发布了PCIe 4.0（16GT/s），而在4.0都还没开始应用的时候，2019年就早早的发布了PCIe 5.0（32GT/s）。从 2011年的HD 7000系列显卡开始使用PCIe 3.0开始算起，至今PCIe 3.0已经普及了8年了。而PCIe 4.0出现似乎并不是一个好时机。在2017年PCIe 4.0发布之后仅仅过了一年多，在2019年1月管理并定义PCIe标准的组织PCI-SIG发布了最新的PCIe5.0规范的0.9版，同时，PCIe 5.0也会向下兼容3.0和4.0设备，所以这导致很多供应商打算直接跳过PCIe 4.0转而开发PCIe 5.0规范的设备。所以，目前支持PCI-E4.0的主板和显卡都还只有AMD一家。

和经常换插槽的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”，所以PCI-E插槽的兼容性是很强的。

当然了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，所以我们基本见不到，以至于我连张图片都没找到。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，没错这个我见过，但是图我还是没找到。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

我们首先从PCI-E x16插槽说起，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阵列卡以及转接卡等。由于PCI-E x16插槽常用于显卡，因此最靠近CPU的PCI-E x16插槽基本由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，所以显卡最好还是插在第一个接口上。

PCI-E x8

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。不过我们很少在家用主板上看见真正的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。不过有些服务器主板上会带有PCIE×8的插槽，看起来就像PCI-E×16的插槽断了一截一样。

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Z390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

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。

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。

PCI-E x1

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

PCI-E插槽其实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，在之前我们说硬盘接口的时候提到过，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。

如今PCI-E接口的用处实在是太多了，现在不管是硬盘，显卡，声卡等等之类的扩展卡，都已经使用的是PCIE，虽然还有一些主板为了兼容老旧的设备去配备一些PCI接口，但是现在的新设备已经把这些老接口给完全淘汰了，所以，加下来的第六期，我准备写一期关于那些已经被淘汰掉的老插槽的科普，喜欢的小伙伴们可以点个关注，谢谢大家。