Varför är PCI Express-portarna på mitt moderkort olika storlekar? x16, x8, x4 och x1 förklaras

PCI Express-standarden är en av klammerna i modern databehandling, med en plats på mer eller mindre varje stationär dator som gjordes under det senaste decenniet. Men anslutningens art är lite nebulös: på en ny dator kan du se en halvtio-tio portar i tre eller fyra olika storlekar, alla märkta "PCIE" eller PCI-E. "Så varför förvirringen, och vilka kan du använder faktiskt?

Förstå PCI Express Bus

Som en uppgradering till det ursprungliga PCI-systemet (Peripheral Component Interconnect) hade PCI Express en stor fördel när den ursprungligen utvecklades i början av 2000-talet: den använde en punkt-till-punkt-åtkomstbuss i stället för en seriell buss. Det innebar att varje enskild PCI-port och dess installerade kort skulle kunna dra full nytta av deras maximala hastighet, utan att flera kort eller expansioner är igensatta i en enda buss.

PCI Express ersatte den äldre PCI-spårstandarden. Detta moderkort stöder både: PCIE x16 i blått, PCIE x1 i svart och PCI i beige.

I lekmannens termer, föreställ dig din stationära dator som en restaurang. Den gamla PCI-standarden var som en deli, alla som väntar i en enda linje för att få serveras, med tjänstehastigheten begränsad av en enda person vid räknaren. PCI-E är mer som en bar, varje patron sitter ner i ett tilldelat säte, med flera bartenders som tar allas ordning på en gång. (Okej, så det är aldrig möjligt att få en bartender till varje patron med en gång, men låt oss låtsas att det här är en riktigt bra stapel.) Med dedikerade datapaneler för varje expansionskort eller perifer kan hela datorn komma åt komponenter och tillbehör snabbare.

Nu för att förlänga vår deli / bar-metafor kan du föreställa dig att några av dessa platser har flera bartenders som är reserverade bara för dem. Det är där tanken på flera banor kommer in.

Livet i de fasta banorna

PCI-E har gått igenom flera revisioner sedan starten; För närvarande använder moderkortet i allmänhet version 3 av standarden, med snabbare version 4 alltmer vanligt och version 5 förväntas slå i 2019. Men de olika revisionerna använder alla samma fysiska anslutningar, och dessa anslutningar kan komma i fyra primära storlekar : x1, x4, x8 och x16. (x32-portar finns, men är extremt sällsynta och brukar inte ses på konsumentvaror.)

Olika storlekskort stödjer olika maximala PCI-Express-banor.

De olika fysiska storlekarna tillåter olika antal samtidiga datapinneanslutningar till moderkortet: desto större hamn, desto mer maximala anslutningar på kortet och porten. Dessa förbindelser är kollokent kända som "banor" med varje PCI-E-lane bestående av två signalpar, en för att skicka data och den andra för att ta emot data. Olika revisioner av PCI-E-standarden möjliggör olika hastigheter på varje körfält. Men generellt sett desto fler banor finns på en enda PCI-E-port och dess anslutna kort, desto snabbare data kan strömma mellan perifer och resten av datorsystemet.

Kommer tillbaka till vår barmetafor: Om du tänker dig att varje patron sitter i baren som en PCI-E-enhet, skulle en x1-lane vara en enda bartender som betjänar en enda kund. Men en beskyddare i det tilldelade "x4" -stolen skulle ha fyra bartenderna hämtar honom drycker och mat, och "x8" -sätet skulle ha åtta bartenders bara för hennes drycker, och den i "x16" -sätet skulle ha en jättestor sju bartenders bara för honom. Och nu ska vi sluta prata om barer och bartenders, för att våra stackars metaforiska drinkare riskerar alkoholförgiftning.

Vilka kringutrustning använder vilka portar?

För den gemensamma version 3.0 versionen av PCI Express är den maximala per-lane datahastigheten åtta gigatransfers, en term som betyder "all data och elektronisk överhead på en gång". I den verkliga världen är hastigheten för PCI-E revision 3 lite mindre än en gigabyte per sekund, per lane.

Så en enhet som använder en PCI-E x1-port, som ett lågeffektljudkort eller en Wi-Fi-antenn, kan överföra data till resten av datorn på ungefär 1 GBps. Ett kort som stöter upp till den fysiskt större x4- eller x8-spåret, som ett USB 3.0-expansionskort, kan överföra data fyra eller åtta gånger snabbare - och det skulle behöva om mer än två av dessa USB-portar användes vid deras maximala överföringshastighet. PCI-E x16-portarna, med en teoretisk maximal av cirka 15GBps på 3.0-versionen, används för nästan alla moderna grafikkort utformade av NVIDIA och AMD.

De flesta diskreta grafikkort använder en full PCI-E x16-kortplats.

Det finns inga fastställda riktlinjer för vilka expansionskort som ska använda vilket antal banor. Grafikkort brukar använda x16 för att maximera dataöverföringen, men uppenbarligen behöver du inte ett nätverkskort för att använda en x16-port och 16 fulla banor när dess Ethernet-port endast kan överföra data med en gigabit per sekund ( ungefär en åttondel av genomströmningen av en PCI-E-lane-kom ihåg åtta bitar till en byte). Det finns en liten mängd PCI-E-monterade solid state-enheter som föredrar en x4-port, men de verkar ha blivit snabbt överhalade av den nya M.2-standarden, som också kan använda PCI-E-bussen. High-end nätverkskort och entusiastutrustning som adaptrar och RAID-kontroller använder en mix av x4 och x8-format.

Kom ihåg: PCI-E-portstorlek och banor kan inte vara samma sak

Här är en av de mer förvirrande delarna av PCI-E-inställningen: en port kan vara storleken på ett x16-kort, men har bara tillräckligt med datapaneler för något mycket mindre snabbt, som x4. Detta beror på att även om PCI-E kan rymma i princip obegränsade mängder enskilda anslutningar, finns det fortfarande en praktisk gräns för chipsetets banans genomströmning. Billigare moderkort med mer budgetorienterade chipset kan bara gå upp till en enda x8-plats, även om den platsen fysiskt kan rymma ett x16-kort. Under tiden kommer "gamer" moderkort att innehålla upp till fyra full x16-storlek och x16-lane PCI-E-slits för maximal GPU-kompatibilitet. (Vi har diskuterat detta mer i detalj här.)

Detta entusiast moderkort innehåller fem fullstora PCI-E x16-slitsar, men endast två av dem har hela 16 datorfält - de andra är x8 och x4.

Självklart kan detta orsaka problem. Om ditt moderkort har två x16-formatspår, men en av dem har bara x4-banor, då pluggar du ditt nya grafikkort i fel ställe kan flaskhalsen sin prestanda med 75%. Det är naturligtvis ett teoretiskt resultat: Moderkortets arkitektur betyder att du inte ser en så dramatisk nedgång. Poängen är att rätt kort måste gå i rätt plats.

Lyckligtvis speglas banans kapacitet för de specifika PCI-slitsarna i datorn eller moderkortshandboken, med en bild av vilken slits har vilken kapacitet. Om du inte har din manual är antalet banor generellt skrivet på moderkortet på moderkortet bredvid hamnen, så här:

Märkena på dessa portar visar de tillgängliga banorna: x1-porten på toppen har en körfält, men x16-porten nedan har bara fyra, trots sin fysiska storlek. PCIEX1_2 betyder att den är den andra x1-porten på moderkortet.

Ett kortare x1 eller x4-kort kan också passa in i en längre x8 eller x16-spår: den elektriska kontaktens initiala stiftkonfiguration gör den kompatibel. Kortet kan vara lite löst fysiskt, men när det skruvas på plats i expansionsslitsarna i ett PC-fodral är det mer än tillräckligt robust. Om ett korts kontakter är fysiskt större än slitsen kan det naturligtvis inte införas.

Så kom ihåg att när du köper expansions- eller uppgraderingskort för PCI Express-slots måste du vara medveten om både storleken och lane-betyget för dina tillgängliga hamnar.

Bildkrediter: Newegg, Amazon