本文章仅讨论消费级平台，不涉及具有9980XE、2950X、线程撕裂者这类发烧级CPU 以及EPYC和志强这类服务器CPU。

这次我们来聊聊既熟悉又陌生，整块主板中拓展性最强的拓展总线/接口——PCI-Express，以及基于PCIE接口的各种形态上的变体。

对于有一些基本硬件基础的玩家看来，PCIE只是用来接显卡，外置声卡网卡等设备的接口，而对于PC硬件只是有一定深入了解的DIYer来说，PCIE拥有着极强的拓展性能，大到显卡声卡等设备，小到可以转接常见的USB，SATA，M.2等等IO接口以及连接PCH/FCH/ICH和CPU，甚至可以转PCI这种已经被淘汰了的接口。

拓展：

Intel在8系主板中带来了Flex I/O 弹性输入输出技术，之后的几乎每一款芯片组都采用了这个技术，由厂商自由选择分配HSIO通道作为何用，默认情况下，这些Flex I/O技术的HSIO通道大多数都为PCIE，在有需要的情况下可以用来作为SATA，USB或者接入网卡以及作为PCIE储存设备的接口（PCIE M.2等）使用。

上图中有SATA和PCIE储存设备所挂载的HSIO通道有重复，这也就是为什么部分主板上会出现“当M.2接有设备时，SATA5，SATA6将不可用”这类现象，因为使用了弹性IO技术，厂商将PCIE通道的储存设备接口（一般为M.2）与SATA一起做了出来，根据优先级进行分配，而所有这些IO都需要通过基于PCIE X4的总线上与CPU进行数据交换，当所有IO都有较高负载时会产生拥堵，虽然定位消费级的这类平台一般使用情况下并不会发生这种情况，这就是被嘲笑很多年的牙签总线，Intel在100系主板开始就已经使用8GT/s的PCIE3.0作为总线，而AMD一直到400系主板FCH的PCIE控制器也一直是PCIE2.0，直到500系主板才换成PCIE4.0，B550有可能为PCIE3.0。

一些芯片组在Intel ARK中找不到Datasheet，如果有兴趣了解这类有FlexIO技术的芯片组的HSIO通道是如何分配的可以在百度搜关键词“芯片组名称

主板上的PCIE X16/X8/X4/X1接口

基础知识

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，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。

到目前为止，消费级市场PCIE设备已经支持到了PCIE4.0，主板以AMD X570为代表，FCH可以提供PCIE4.0通道(不包含仅是支持PCIE4.0而不是FCH提供4.0的300 400系主板)，显卡以5700，CPU以Ryzen2为代表，都支持4.0，AMD在这方面一向很积极，最先支持PCIE3.0的是HD7970。

PCIE带宽方面从1.0到如今的4.0几乎近乎翻倍的提升。

可能有的人并不知道GT/S是什么单位，GT/S是每秒传输的次数，一般是描述物理层的理论速率，不包含像上一篇USB文章中所说的编码数据导致的带宽损失，这里以2.0版举例，速率是5GT/S，编码是8/10b，也就是会损失20％，那么其一条通道有效的速率就为4Gbps，除以8即可换算出带宽为0.5GB/S。

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众所周知，显卡设备一般是需要插入X16长度的插槽中的，但是X16长度并不代表X16的速率（16通道，16倍速率），这个插槽的速度可能是X16，可能是X8也可能是X4。

对于消费级平台，一般来自于CPU的PCIE控制器所提供的PCIE通道数一般仅有16条（单独提供给CPU与主板芯片互联或者像锐龙一样单独提供给M.2等接口的不计入在内），低端CPU甚至仅对外提供8条，例如APU（也有一个例外，那就是尚未集成PCIE控制器的AM3+时代，990FX北桥可以提供高达32条通道，可以用来做成两条全速X16，虽然只是PCIE2.0）。那么主板上那么多PCIE X16长度的插槽从何而来？下面将举例进行讲解。

主要有两种途径：

1.    由通道分配芯片对16条PCIE通道进行动态分配

以最新的X570旗舰板——MSI X570 GODLIKE举例，下图为主板主视图。

如图所示，主板全版总共有4条X16长度的插槽，那么这四条是不是都可以做到全速。答案自然是否定的，只有第一条可以做到X16的速率，从上往下分别为X16，X8，X4，X4。这些插槽动态分配CPU的16条PCIE通道。

下文从上至下分别为这四条命名为PCIE1、PCIE2、PCIE4、PCIE5。

当仅有PCIE1插入显卡等全速设备时，设备可以正常工作在X16的工作模式下，当PCIE2插入设备后，通道分配芯片会分配X8的带宽至PCIE2插槽，此时PCIE1与PCIE2平分16通道，每个插槽只有X8的速率。

当PCIE4接入设备时，PCIE1与PCIE2分别降低为X8与X4，PCIE4则也只能跑在X4的速率下，并不会因为PCIE1与PCIE2没有插设备而将所有的X16速率全都给PCIE4，因为这个插槽的引脚与线路只接到了X4的速率，并且对应线路上的PCIE通道分配芯片所提供的带宽总和也仅有X4。

PCIE5（就是最下面一条）需要单独拎出来说，这条一般为PCH/FCH引出，仅为X4速率，与PCH/FCH与CPU之间的连接总线为基于PCIE且只有X4速率有关，并且Intel/AMD也会限制由PCH/FCH引出的PCIE通道最高为X4。这条具体PCIE版本由PCH/FCH本身的PCIE控制器版本决定。

这个芯片常见于PCIE插槽附近，一般有4个，型号不同规格也不同，但一般每个芯片对应2个通道。如果在高端板子上见到了更多的类似的芯片，那么一般是PCIE中继器，用于中继PCIE线路的信号提高信号质量，或者是该平台可以提供更多的PCIE通道数（在下面第二条中会提到如何让消费级平台拥有更多的PCIE通道数）。

讯号中继器主板上也以PERICOM公司的产品最为常见，也有使用其他公司生产的型号，与通道分配器一样，不同型号有不同的规格，可以通过数条PCIE通道。

上图为技嘉X570 Master，左边框中为4个通道分配芯片，右边两个为中继器，依稀可以看出均为PERICOM公司的产品。那么这张主板的PCIE通道是如何分配的，我想大家应该一眼就能看明白了吧。

注意：

这两个芯片都会区分PCIE版本，不同型号只能运行在对应的PCIE版本上，这也就是为什么当各个厂家的部分带PCIE分配芯片的B450 X470升级PCIE4.0后，直接连接CPU PCIE控制器的那条PCIE插槽可以设置为Gen4，而第二条也就是从通道分配芯片通过的却只能运行在Gen3，因为通道分配芯片所支持的版本仅为Gen3。

2.    使用PCIE桥接芯片对PCIE进行拓展

大家可能对于PCIE桥接芯片这个名字比较陌生，不知道这个桥接芯片有什么作用，这里画了一张简图，希望大家可以理解。

在CPU的PCIE X16接入后，桥接芯片会输出（分配）两组PCIE X16，内部数据交换可以以全速X16进行数据传输，但是当与CPU进行通讯时则依旧为PCIE X16，交换形式为分时，延迟比直连必然会要高一些，数据多了可能会拥堵。

如果有人用过双芯卡（老式单卡双芯为双层PCB设计，但是同理），或者对显卡有一些了解的话，可能会在双芯卡两个核心之间见到这种芯片：

是的，桥接芯片广泛应用于双芯，双芯之间的互联与通讯以及与外部PCIE控制器通讯都是经过这个桥接器，上图为nVIDIA自研的BR04芯片，后改名为NF200，在NV自家主板上也用到过这个芯片（AMD与NV蜜月期的时候NV为AMD设计生产过芯片组，也自己做过主板）。不过NV自研的桥接芯片很早以前就弃用了，转投AMD一直在使用并且也是使用的最多的PCIE桥接器，PLX公司生产的PCIE桥接器，一直到NV的最后一款Titan双芯——TitanZ用的也都是PLX家的芯片。

那么桥接芯片在主板上作何应用，带宽一般如何分配，下面将会距离说明。

2015年那时候，蓝宝石出过一款Z87主板，主板具体型号为Z87A-PR，仅500元的售价，超高规格，甚至还带了PLX芯片，获得了很高的关注度，这也是蓝宝石最后一次推出如此高规格的板子，后来出了一款Z97，此后便销声匿迹，这些主板在官网已经搜索不到。

下面是这块主板的主视图，整体规格很高，供电似乎是6相+DrMOS，在当时低价主板全是三脚mos的时代，SO-8封装的Mos都是一股清流，年代久远已经记不清了。

细心的可能已经发现了，总共4根X16长度的PCIE插槽，每两条之间有四个，总共有8个，也就是说每两条为一组平分X16带宽，就算全接满也能有4条X8，也算是贫民多卡神器了。在供电散热片下方还通过热管连着一块散热片，散热片下面压着的便是PLX芯片，可见PLX芯片的发热是有多大。放到现在，依旧会有一些用处，部分特殊用处的主板，比如工作站使用的WS Z390 PRO 也采用了PLX芯片，通道分配的策略与上方Z87A-PR的分配方式类似。

中间那条黑色的只有接近一半长度的PCIE插槽为X4长度，速率也为X4，只在插槽头做了开口方便接入X16设备，并没有直接使用X16的插槽。

拓展：

有时候将主板反过来，你也可以看见一些X16长度插槽，背部引脚却只焊接了一半。

第二条最长的是PCIE X16，所以引脚全部焊满，第五条为PCIEX16，但是仅有X8速率，因此引脚只焊了一半，最下面一条为PCIE X16，仅有X4速率，为PCH引出，之所以这条X4和之前的X8看起来焊接的长度都差不多，是因为X4为了固定一般会选择焊接到X8长度，更有厂商将X8，X4全部焊接到X16的引脚位置，但是并不会增加速度，只能用来固定。

PCIE接口的各类形态

1.   M.2

M.2最初是Intel推出的一种替代MSATA的接口方案，主要用于超极本中，尺寸小巧，接口拓展性能强，曾经叫做NGFF，后来改名M.2。

M.2作为储存设备的接口主要分为两种类型，一种为B KEY，一种为M Key，又叫Socket2与Socket3。

M Key防呆插凸起在右侧，右侧为5pin，而B Key防呆插凸起在左侧，左侧为6pin，在台式机主板上已经很难见到B KEY（Socket2）的身影，用于储存设备的M.2全部都为M Key，而在部分笔记本上则还有着M+B的组合，但是已经见不到只有B KEY的设备了。

传输速率方面，M Key一般支持SATA与PCIE X4，少数不支持SATA，而B KEY则支持SATA与PCIE X2，一般仅支持SATA不支持PCIE X2。

对于M.2 SSD来说，NVME SSD通道为PCIE，一般仅右侧有缺口，右侧针脚为对应的5针，而SATA通道的M.2 SSD则考虑到B Key与M Key均支持SATA通道，于是绝大多数做成了双缺口用于兼容两种M.2。而大多数M Key PCIE SSD仅做了M Key一侧的缺口，并没有做双接口兼容。

M.2储存设备的长度一般分为2230，2242，2260，2280，22110。其中2242 SSD由于其体积非常小，一般采用的是单芯片方案，将主控与NAND封装到一起以节省空间，其中消费级以东芝RC100，OEM以PM971为代表。而非主流长度2230更mini，也有厂商推出过SSD，一般为OEM，非常小，Surface laptop用的就是2230的SSD。

其余长度SSD均为正常大小正常规格，以2260，2280居多，大容量颗粒较多时会采用22110长度。

2.   U.2（SFF8639）

少数高端主板上可以见到U.2接口，方形，形状非常像mini SAS 12G SFF8643，但不是一种接口，并且淘宝上很多商家写的M.2转接U.2商品名都是错误的，都写成了SFF8643，U.2 SFF8639本身与M.2是同源，只是改变了引脚和插口形状，都为PCIE引出，速度也为PCIE X4，与M.2的PCIE最高速率保持一致。

U.2一般用来接Intel 750，P这类企业级SSD，接触的比较少，在此不多做赘述。

3.   SATA-Express

这个接口Intel曾大力推行过一段时间，想要让其在台式机上替代掉M.2，接口整体外观为右侧两个SATA3.0以及左侧一个SATA Express接口，SATA Express设备接入需要占用一个SATA Express接口以及两个SATA3.0接口，非常麻烦并且占用接口过多，以及被M.2所淘汰。通道方面使用的也是使用的PCIE，但是仅有10Gbps(8Gbps)，对比M.2无论是大小还是速度都毫无优势，消费级平台已经销声匿迹。

4.   M.2 A/E KEY、MINI PCIE

M.2中，A Key与E Key的体积非常小，一般仅有1630,2230,3030三种宽度长度规格，而Mini PCIE则作为老一代的无线网卡接口，现在已经逐渐被A Key与E Key取代，他们都是基于PCIE X1速率，足够网卡使用，其中以2230规格最为常见。

按之前所说，CPU一般仅仅提供16条通道，全都给显卡等设备使用了，那么上述M.2，U.2，SATA Express等等接口都是从哪里获取到的PCIE通道呢，看完全篇你应该可以猜到了，一般这些接口都是从PCH/FCH获取PCIE通道，部分平台或部分主板会从CPU获取M.2的PCIE X4，比如锐龙CPU集成了部分南桥功能，同时专门为M.2留了X4作为M.2接口（加起来锐龙有20条），以及想法比较独特，直接使用了CPU的16条中的4条作为M.2接口的Z97 Extreme6、

在Z97时代，PCH可提供的PCIE少得可怜，满打满算也只能提供PCIE 2.0 X8，绝大多数厂商都选择了使用PCIE 2.0 X2做一个10Gbps（8Gbps）的M Key M.2。而华擎则另辟蹊径，选择从CPU的通道里获取，这样直接导致了如果Ultra M.2插上M.2 SSD，第一条显卡速率直接从X16降为X8，同时原来可以当做X8速率的PCIE4只能作为X4速率使用。

虽然锐龙专门为M.2接口提供了X4的带宽用来作为M.2使用，但是去掉目前来说偏贵的X570以及依旧没有动静的B550来说，AMD消费级平台300系和400系的FCH仅仅只能提供8条PCIE通道，也就是说除了这条3.0/4.0 X4的M.2，AMD这几个平台除了像Z97 Extreme6那样从CPU借通道或者像之前所提到的PLX芯片以外，其他没有办法3.0 X4 M.2，只能从FCH仅剩的2.0 X8中取出一半作为M.2，仅有20Gbps（16Gbps），这也算是以性价比的方式选择AMD平台时一个影响非常大的缺点，具体会在之后关于锐龙的帖子中提到。

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