傳輸介面演進史，最後贏家PCI Express，電腦內部晶片溝通的重要橋樑

在不久之前，PCI Express正式曝光了一些細節，從3.0提昇至4.0基本上對大多數的使用者來說，不外乎就是從原先的單通道單向8Gb/s，提昇2倍至16Gb/s，也是一直以來的改版步調，每一次的頻寬都是呈2倍的提升，不過這僅僅只是指資料的傳輸頻寬而言，在原始傳輸率上，並非為2倍，而是在2.0與3.0之間產生了重大變革。

AGP、PCI、PCI-X、PCI-E逐步演進

在更早以前，主機板上晶片之間的訊號傳輸橋樑並非是現在的PCI-E、PCI為大宗，還有已經作古的AGP與PCI-X，以我們目前的觀點與傳輸速率來看，這些落敗者會因此隨著時間的洪流而漸漸消失也不是沒有原因，以最慢的PCI 2.3來看，極限速率為266MB/s，次之的AGP 8X則是2.1GB/s，最快的PCI-X 2.0則是4.2GB/s，而目前PCI-E 2.0則是單向達500MB/s、雙向達1GB/s，而PCI-E 3.0則是翻番，達到單向1GB/s、雙向2GB/s，且這僅只是單通道的傳輸速率，真實常用的介面為16通道、8通道、4通道與單通道，皆是遠遠比起這些舊傳輸介面要快的多。

另外一點能夠勝出的主因在於PCI-E具備向下相容的特性，而在AGP則是不具備這個特性，如AGP的訊號電壓又可以分為3.3V、1.5V、0.8V，分別用於AGP 1X、2X、AGX 4X、AGP 8X，所以並非所有AGP卡都具備相容性，必須端看裝置卡是否具備電壓相容的功能，同時也因廠商也曾推出硬體防呆腳位相容，但電壓實際上不通用而造成裝置損壞的情況層出不窮，另外也因AGP本身也有廠商推出非標準卡，而造成大亂的問題，並沒有辦法因此沿用，或是進行一輪整合升級。

而PCI-E則是具備版本、插槽向下相容的特性，如PCI-E 1.0的裝置，可以使用在PCI-E 2.0的插槽上，抑或是反過來也能相容，同時也具備PCI-E 1.0 x16的插槽，能夠安裝PCI-E 2.0 x8的裝置，具備這類型通用相容，同時也有插槽前端並非封死的結構，而能夠將PCI-E 3.0 x16的裝置，安裝在PCI-E 3.0 x8的插槽上，

整體來說，PCI-E的相容特性大重點為，只要能夠安裝上去，皆是具備完整相容的特性，裝置與插槽之間會以最高可行的模式運作，並未有不相容的狀況產生，也因此而能夠從PCI-E 1.0沿用發展至今的PCI-E 4.0版本。

▲AGP本身規格眾多，且不具備絕對向下向上相容特性，已經被淘汰。（圖片來源：）

PCI與PCI-E差異

在PCI-E與PCI之間最大的差異為，PCI為平行、多點架構，而PCI-E則是序列、點對點架構，差異在於PCI採用平行架構，在佈線設計上線路需要等長的因素，否則則會產生訊號扭曲等問題，造成PCI時脈僅有33/66MHz，難以提昇，另外電壓的部份也難以下調，在發展上面較PCI-E難的多。

而PCI-E因採用序列的架構，可以排除訊號不同步的問題，另外透過LVDS（Low Voltage Differential Signaling低電壓差動訊號傳輸）降低串音問題，串音問題嚴重時會產生如訊號完整性、時序、阻抗產生變化，造成訊號干擾的問題，解決這個問題後，使得PCI-E的工作時脈可以提昇至目前的PCI-E 2.0 5GHz、PCI-E 3.0 8GHz，相較於PCI可說是進步數倍的結果。

▲PCI目前僅能透過第三方晶片組提供，目前Intel晶片組已經取消PCI支援能力。（圖片來源：）

PCI-E 2.0、PCI-E 3.0編碼方式的分水嶺

在PCI-E 2.0與在此之前的PCI-E，其編碼方式皆是採用8B/10B的方式進行資料傳輸，其代表的意思為每傳輸10bit資料之中，內有8bit為有效資料，而另外2bit則是經過映射後所加入的非資料值，所以在傳輸過程中，有著20%的耗損，在5GT/s的傳輸率下，真實的資料傳輸頻寬則是必須要扣除20%非有效資料，故最終為4Gb/s也就是500MB/s。

而在PCI-E 3.0則是改變了8B/10B的編碼方式，改為128B/130B，這也使得不需要將原先的5GHz時脈提昇2倍至10GHz也能夠得以實現將近2倍的提昇，其真實頻寬為984.6MB/s，約略等於1GB/s也就是我們常在講的PCI-E 3.0 x1具備單向1GB/s的頻寬。

晶片組內部由多種介面組成，PCI-E已成主要大宗

在晶片組內部與其他晶片進行溝通的橋樑並不只限於PCI-E通道，還具備非常多種介面，如我們常說的USB、SATA、LPC匯流排、SPI、Azalia、SMBus等眾多介面，不過就我們目前常用的輸入、輸出介面則是只有PCI-E、USB，還有SATA，其中PCI-E介面我們可以安裝顯示卡或是各種採用PCI-E傳輸介面的擴充子卡，而USB則是常用於低速裝置，或USB 3.0高速儲存裝置，而SATA則是毋須多言，你我的電腦中的儲存媒體皆是以SATA介面或者協定進行，如SATA介面的硬碟或固態硬碟，當然目前最新的高速傳輸儲存裝置則是發展為PCI-E介面的固態硬碟，走的並非SATA協定，而是完全避開或者相容。

而在主機板廠的設計中，使用PCI-E介面已經成為常態，如我們常使用的網路晶片，則是藉由晶片組內建PHY與搭配PCI-E通道組合才能夠使用，或者是第三方晶片所提供的額外SATA埠，甚至於更多的USB 3.0埠，這些功能的提供，目前都與PCI-E息息相關。

同時間在晶片組與處理器之間的溝通橋樑也是以PCI-E為通道，如Intel目前的Z97就是為DMI 2.0（Direct Media Interface），約略等同時PCI-E 2.0 x4的傳輸速率，而在AMD的部分則是命名為UMI（Unified Media Interface），一樣等同於PCI-E 2.0 x4，這些都是PCI-E的變種應用。

▲Intel HM57晶片組所提供的內部通道。（圖片來源：）

▲Intel QM67晶片組所提供的內部通道。（圖片來源：）

PCI-E發展劇烈，晶片已不堪負荷

在PCI-E 1.0與2.0時，我們主機板上的晶片組並不會因此而產生頻寬不夠用的情況發生，常用的儲存裝置大多也只有1~200MB/s不到的傳輸頻寬，而在目前則是因NAND Flash的高度應用下，出現了高速SSD，動輒500MB/s起跳的傳輸頻寬，以常用的SATA埠組成RAID 0時則是可以輕鬆突破晶片組與處理器之間的溝通橋樑，如Intel DMI 2.0或者是AMD UMI，不過目前最快的大幅度更新該通道的晶片也得等至2015年的Skylake才有機會更新為全新的DMI 3.0，也就是等同於PCI-E 3.0 x4的32GT/s、4GB/s單向、8GB/s雙向頻寬，藉以容納更多的高速儲存裝置，如M.2、SATA Express或者是Thunderbolt，這些高速裝置所使用的頻寬目前都是至少為PCI-E 2.0 x2（1GB/s單向）的大頻寬策略。

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