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PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识

keji 2019-12-03 21:16:56

Hello大家好,我是兼容机之家的咖啡。

上次跟大家聊到,走PCIe通道的固态比普通SATA固态要快很多,PCIe 3.0 x4通道的固态最高能3.5GB/s,而普通的SATA固态只有几百MB/s,那么这里说的PCIe到底是什么呢?为什么这么快的PCIe,也只有屈指可数的硬件在使用呢?今天就给大家科普一下PCIe。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图1)

说到PCIe就不得不说PCI了。PCI和PCIe都是计算机总线的一种,那么总线又是什么呢?定义总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,换句好理解的话,总线就是我们从A地到B地要走的道路。

计算机各部件之间都是要通信的,而他们之间信息交流所走的路就叫总线。总线的可以分为并行总线和串行总线,PCI和PCIe都是总线的一种标准。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图2)

第一个问题:PCIe到底是什么呢?

PCI总线是并行总线,全称“外设组件互连标准”如果总线是道路的话,那么PCI就是多车道的城市公路了。

PCI-E是串行总线一种,E的意思是Express,即迅速的意思。跟PCI比起来,更像现在的高铁,出行速度更快。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图3)

PCI-E接口根据总线位宽不同而有所差异,一个PCI Express连接可以被配置成x1, x2, x4, x8, x12, x16和x32的数据带宽。其中x2速度是x1两倍,x4是x2两倍,以此类推。就好比x1是一节车厢,x2是两节车厢,两节车厢运输的人数是一节车厢的两倍。

目前PCI-E已经更新到第四代(即PCI-E 4.0,Gen4)很快Gen5也会到来,每一代的速度又是上一代的两倍,比如PCIe 3.0 x16,也就是我们常见的显卡插槽,其速度约是16GB/s,即128Gbps,而PCIe 2.0 x16速度是8GB/s。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图4)

我们常见的固态盘,比如三星970系列,WD黑盘,Intel 760p等,虽然接口不是PCIe而是m.2,但都是工作在PCIe 3.0 x4通道的,速度为4GB/s,这也就是为什么这些固态最快的速度一直在三千多MB每秒,而不能突破4GB/s的原因。

那现在回到我们的第二个问题,为什么这么快的PCIe,也只有屈指可数的硬件在使用呢?

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图5)

Intel的家用处理器,即使是i9-9900K都只有16个PCI-E 3.0通道,一个显卡就占用完了。而带X的HEDT平台也就44个,Xeon最多48个。

AMD平台稍微良心一点,可以提供20条PCIe通道,正好够一张显卡和一个PCIe x4的固态,这也就是像B450这样的主板为什么第一个固态接口通常都是满血m.2,直连CPU,而其他的m.2接口都是走南桥了。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图6)

其中南桥跟CPU之间的通信DMI总线,也就是PCIe 3.0 x4改了个名字。所以在Intel的主板,哪怕是Z390主板,提供多达24条PCIe通道,但是跟处理器通信都是要经过DMI总线的,所以也就是x4通道的速度。那么你上两个x4通道的固态并不能同时达到满速。

所以说,PCIe这么好,但是因为数量有限,如果你的PCIe设备太多,那就只能降速运行了。这也就是为什么,只有少数的硬件才能真正享受到PCIe通道带来的,其中最常见的就是显卡和固态了。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图7)

说了那么多,为什么这么重要、速度又这么快的通道厂家不多设计几个呢?

增加PCIe通道很简单,只要增加CPU的触点即可,然而随之而来的问题是CPU封装体积的增大,插槽成本的提高,主板布线难度提升等等。

一句话总结就是主流平台因为成本,不能无限增加PCIe通道。也不值得去增加,毕竟不是每个人都是NVMe固态狂魔,有那么多的PCIe设备。就算有,那么走南桥就好了。

PCIe4.0有什么用? 为什么主板m.2接口有满血和残血? 科普PCIe知识(图8)

总结

虽然南桥到CPU只支持PCIe 3.0 x4这么快的速度,但是多个PCIe设备也不是同时满速工作,PCIe 3.0 x4的速度足够大部分人使用。

实在不行我们还有三代锐龙配上X570主板这条路,虽然通道数量没有增加,但是从PCIe 3.0升级到PCIe 4.0速度翻倍,真香。

本文相关词条概念解析:

总线

总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束,按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

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