阿里尔 2025-11-01 22:33:54
每经编辑|阮华彪
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主板上的“任督(du)二脉”:PCIe插(cha)槽(cao)的身(shen)份(fen)揭秘与(yu)“带宽(kuan)”学问(wen)
在(zai)光怪陆(lu)离的电(dian)脑(nao)硬(ying)件世界(jie)里(li),主(zhu)板(ban)无(wu)疑是那(na)个(ge)承载一切的“心脏”。而(er)在这颗心(xin)脏上,PCIe插(cha)槽就像(xiang)是连(lian)接各(ge)个(ge)重(zhong)要器(qi)官(guan)的“高(gao)速公路(lu)”,它们决(jue)定了你(ni)的显卡、固态(tai)硬(ying)盘、声(sheng)卡甚至是(shi)网(wang)卡(ka)能够以(yi)多(duo)快的速度与CPU进(jin)行(xing)信(xin)息(xi)交(jiao)换。今(jin)天(tian),我们就(jiu)来好(hao)好聊聊那(na)些(xie)在(zai)主板(ban)上闪(shan)耀的PCIe插(cha)槽,特别(bie)是它(ta)们最常(chang)见的四种规(gui)格(ge):X1、X4、X8和(he)X16。
想象(xiang)一(yi)下,PCIe(PeripheralComponentInterconnectExpress)就(jiu)像是(shi)一(yi)个庞大(da)的交通网络,而(er)PCIe插槽(cao)的“X”后面跟(gen)着的数字,则(ze)代(dai)表(biao)着(zhe)这(zhe)条(tiao)“高(gao)速公(gong)路”有(you)多少条“车道(dao)”。车(che)道越(yue)多(duo),理(li)论上(shang)能同时(shi)通(tong)过的(de)车(che)辆(数(shu)据(ju))就越多(duo),传(chuan)输速(su)度自(zi)然就(jiu)越快(kuai)。
所以(yi),X1就是一条单行(xing)道,X4是四车(che)道,X8是(shi)八车道,而X16则是拥有十(shi)六(liu)车道(dao)的超(chao)级(ji)高速(su)公(gong)路。
我们来看(kan)看(kan)这(zhe)些插(cha)槽在外(wai)观上的(de)区别。虽(sui)然(ran)它们都属(shu)于PCIe家族,但(dan)物理(li)尺(chi)寸却有(you)所不(bu)同,这是为(wei)了方(fang)便用户识(shi)别和使用,也与(yu)它们的(de)“车(che)道(dao)数”直接相(xiang)关:
PCIeX1插槽(cao):这是最“苗条”的(de)一种(zhong),通(tong)常只有(you)一个开放(fang)的卡(ka)槽。它的电气连(lian)接只(zhi)有1个(ge)PCIe通道(dao)。PCIeX4插槽(cao):比X1稍长,但(dan)通(tong)常也只(zhi)有(you)一(yi)个开放(fang)的卡槽(cao),不过(guo)它的(de)电气(qi)连接(jie)有(you)4个PCIe通道(dao)。PCIeX8插槽:它(ta)的(de)物理(li)长度介于X4和X16之(zhi)间,通(tong)常有(you)一个开放(fang)的卡(ka)槽,拥有8个PCIe通道。
PCIeX16插(cha)槽(cao):这是最长的一(yi)种,也是我们最熟悉(xi)的,因(yin)为大(da)多(duo)数(shu)高性(xing)能显卡都(dou)插在这个(ge)插槽上(shang)。它拥有(you)16个PCIe通道(dao)。
但(dan)这里有一(yi)个小(xiao)小的“陷阱(jing)”:并(bing)不(bu)是所(suo)有外观(guan)看起来(lai)是X16的插槽,都真(zhen)正(zheng)提供了16个PCIe通(tong)道。有些(xie)主板(ban)为(wei)了节省成(cheng)本,可(ke)能会设计(ji)一个外(wai)观(guan)为(wei)X16的插槽(cao),但实(shi)际只连接(jie)了(le)8个(ge)或4个通道(dao)(被称(cheng)为“X16(x8)”或(huo)“X16(x4)”)。这(zhe)种(zhong)情况(kuang),尤(you)其是在(zai)一些(xie)中低(di)端主(zhu)板上,需要仔(zai)细(xi)查看主板(ban)说明(ming)书(shu)或者(zhe)主(zhu)板(ban)的(de)官方规(gui)格表才(cai)能确(que)认。
理解(jie)了“车道数”,我们(men)就要进(jin)入(ru)“带(dai)宽”这个核(he)心概念(nian)了(le)。带宽,简单来(lai)说,就(jiu)是单位时间内可以传输(shu)的数(shu)据量(liang)。PCIe的版(ban)本(如PCIe3.0、PCIe4.0、PCIe5.0等)决定了每个通(tong)道的传(chuan)输速度(du),而(er)插槽的“X”后面的(de)数字(zi)则(ze)决定了总共有多少个通(tong)道(dao)。
PCIe3.0X1:单(dan)个通道的速(su)度大约(yue)是(shi)0.985GB/s。所以X1插槽的(de)理论带(dai)宽约为0.985GB/s。PCIe3.0X4:4个(ge)通道,理论带宽(kuan)约为4×0.985GB/s≈3.94GB/s。PCIe3.0X8:8个通道,理(li)论带(dai)宽约(yue)为8×0.985GB/s≈7.88GB/s。
PCIe3.0X16:16个通道(dao),理论带宽(kuan)约为16×0.985GB/s≈15.76GB/s。
随着PCIe4.0和PCIe5.0的出现,每个通道(dao)的速度翻倍(bei),带宽也(ye)随之翻倍(bei)。例如,PCIe4.0X16的(de)理(li)论带(dai)宽(kuan)就达到了PCIe3.0X16的(de)两倍(bei),约31.5GB/s。PCIe5.0X16更(geng)是达(da)到了惊(jing)人(ren)的63GB/s。
所(suo)以,你(ni)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao),X16插槽提(ti)供(gong)了最(zui)大的带宽,最适(shi)合那些需要(yao)极(ji)大数(shu)据(ju)传(chuan)输吞(tun)吐量的(de)设备,比(bi)如高性能(neng)独立(li)显卡。而(er)X1插槽(cao),虽(sui)然带宽最(zui)小,但(dan)对于一(yi)些(xie)对速(su)度(du)要求不那么(me)苛刻的设备(bei),如(ru)声卡、低速网(wang)卡、USB扩(kuo)展卡等,却是绰绰有(you)余(yu)的。
PCIe插槽(cao)还有(you)一个(ge)非(fei)常(chang)重要的特性,那就(jiu)是“向(xiang)下兼容”。这意味(wei)着(zhe),一个带(dai)宽较小(xiao)的设(she)备(bei)(比(bi)如一(yi)张X1的网卡)可以插在(zai)一个带(dai)宽(kuan)较大(da)的插槽(比(bi)如(ru)X16)上(shang)使用,它(ta)只(zhi)会以(yi)自己最(zui)大的能(neng)力(X1)运(yun)行。反之,一(yi)个带(dai)宽(kuan)较大(da)的设备(比(bi)如一张(zhang)X16的显卡(ka))也可以(yi)插(cha)在(zai)一个(ge)带宽(kuan)较(jiao)小(xiao)的插(cha)槽(比(bi)如X4)上,但它(ta)的性能会(hui)受(shou)到(dao)插(cha)槽(cao)带宽的限(xian)制(zhi),只(zhi)能发挥出X4的(de)性(xing)能。
举个(ge)例子,如果(guo)你(ni)有一块X16的显卡,但(dan)你的(de)主板上只有X4的插(cha)槽(cao)(这种情况(kuang)比(bi)较(jiao)少见,但并(bing)非(fei)不可能(neng)),那么(me)这(zhe)张显(xian)卡插上去后,它(ta)的(de)性能将(jiang)无法完全发挥(hui),可能(neng)会导致游(you)戏(xi)帧数(shu)下(xia)降。同(tong)理,如(ru)果你(ni)有一(yi)个X4的NVMe固(gu)态(tai)硬(ying)盘(pan),插在一个(ge)X16的插(cha)槽上(shang),它(ta)依(yi)然只能(neng)以X4的(de)带(dai)宽运(yun)行。
这(zhe)种兼(jian)容性(xing)给了用户极大的灵活性,但我(wo)们也需要(yao)根据设备的(de)实(shi)际(ji)需(xu)求来选(xuan)择(ze)合适的(de)插(cha)槽,以(yi)确保(bao)“人尽其(qi)才(cai),物尽其(qi)用”,避(bi)免性能(neng)瓶颈。
(未完(wan)待续,下一(yi)部分将深入探讨不同(tong)PCIe插槽在实际应用(yong)中的(de)选择与优(you)化。)
“对号(hao)入座”的(de)艺术(shu):PCIe插槽(cao)的实际应(ying)用与性能(neng)考量
上(shang)一(yi)部(bu)分(fen)我们(men)已经(jing)对PCIe插(cha)槽(cao)的(de)物(wu)理(li)特(te)性、带(dai)宽(kuan)以及兼容性(xing)有了(le)初步的(de)了解(jie)。现在,让(rang)我(wo)们走(zou)进实(shi)际应用场(chang)景(jing),看(kan)看这(zhe)些(xie)不同规格的插槽(cao)是(shi)如何影(ying)响我(wo)们的电脑体验,以及(ji)在硬(ying)件升(sheng)级时(shi),我们应该(gai)如何(he)做出(chu)明智(zhi)的选择。
谈(tan)到(dao)PCIe插(cha)槽,大多数(shu)人(ren)首先(xian)想到的就(jiu)是(shi)显卡(ka)。现代(dai)高性能独(du)立显(xian)卡,无(wu)论它(ta)是用(yong)于游戏、图形设(she)计(ji)还是3D渲染,都(dou)拥有(you)庞大(da)的数(shu)据处(chu)理需求(qiu)。它(ta)们(men)需要(yao)不(bu)断地(di)从(cong)CPU和(he)内存中获(huo)取(qu)纹(wen)理、模型、指(zhi)令等(deng)数据,并将(jiang)渲染(ran)好的画面(mian)信息(xi)传输回显(xian)示(shi)器(qi)。
PCIeX16插槽(cao),凭借(jie)其16条(tiao)PCIe通道提供(gong)的(de)最(zui)大带宽,是(shi)承(cheng)载这些(xie)“数据(ju)巨兽”的理想选(xuan)择。无论(lun)是在(zai)PCIe3.0、4.0还是5.0时代,X16插(cha)槽都能(neng)为显卡提供(gong)充足的“弹(dan)药”,让(rang)它(ta)们在最(zui)快的(de)速度(du)下工作,发挥出应有的性(xing)能。
不(bu)过,也(ye)并非所有显(xian)卡都“非X16不(bu)嫁”。对于(yu)一(yi)些(xie)入门级(ji)的(de)集成(cheng)显卡或者低功耗的独立显卡(ka),它们的数据需(xu)求相对较低,理(li)论上即(ji)使在X8或X4的(de)插槽(cao)上也能(neng)勉强(qiang)运行(xing)。但(dan)由于(yu)X16插槽是行(xing)业(ye)标(biao)准,绝(jue)大多(duo)数显卡都设(she)计为(wei)X16接口,并且(qie)它们(men)的性(xing)能设(she)计也(ye)已经充(chong)分考虑到了X16的带(dai)宽。
因(yin)此,除非是特(te)殊情况(kuang)(例如,你购(gou)买了一(yi)块主板(ban),其X16插槽(cao)实际上(shang)只运行在(zai)X8模式(shi),而你(ni)又没有其他更(geng)好(hao)的选择(ze)),否则将显卡插(cha)在X16插槽上(shang)是最(zui)佳实践。
近年来,固态硬(ying)盘(SSD)已(yi)经(jing)成为提(ti)升电(dian)脑速度最(zui)显(xian)著的硬(ying)件(jian)之一。而NVMe(Non-VolatileMemoryExpress)协议(yi)的出(chu)现,更(geng)是将(jiang)固态硬盘的(de)性(xing)能(neng)推(tui)向了一(yi)个(ge)新(xin)的(de)高度(du)。NVMeSSD是专(zhuan)门为固态存(cun)储(chu)设计的协(xie)议,它能够(gou)充(chong)分(fen)利用PCIe总线(xian)的高(gao)带宽和低延迟(chi)特(te)性(xing),远超(chao)传统的(de)SATA接口SSD。
NVMeSSD通(tong)常采(cai)用M.2接口(kou),而(er)M.2接口(kou)实际上只(zhi)是一个物(wu)理(li)连(lian)接(jie)器,它可(ke)以通(tong)过PCIe总线来传输(shu)数(shu)据(ju)。一个(ge)典型(xing)的NVMeM.2SSD,无论(lun)是(shi)PCIe3.0还是(shi)PCIe4.0/5.0,通常都是(shi)运(yun)行(xing)在X4模式下(xia)的。这(zhe)意味(wei)着它(ta)需要一个X4的(de)PCIe通(tong)道来提(ti)供其(qi)最高性(xing)能。
因此(ci),在(zai)主板(ban)上,你(ni)会看(kan)到专(zhuan)门为NVMeSSD设(she)计的M.2插(cha)槽。这些M.2插槽,实(shi)际上就(jiu)是(shi)连接(jie)到主板(ban)CPU或(huo)芯片(pian)组的PCIe通道。一个(ge)支(zhi)持(chi)PCIe3.0X4的M.2插(cha)槽,其理论带宽约为(wei)3.94GB/s,这对于(yu)大(da)多数(shu)PCIe3.0NVMeSSD来说已(yi)经(jing)足够(gou)。
而支(zhi)持PCIe4.0X4的(de)M.2插槽,带宽翻(fan)倍(bei),可达(da)约7.88GB/s,能够让PCIe4.0NVMeSSD发(fa)挥(hui)出更(geng)快的(de)读写(xie)速度(du)。
需要注(zhu)意的是,有些(xie)主板(ban)上的(de)M.2插槽可能(neng)只(zhi)支(zhi)持PCIe3.0X2模式,或(huo)者在(zai)插上M.2SSD后,会(hui)占(zhan)用主(zhu)板上(shang)某(mou)个SATA接(jie)口的带宽(kuan)。所以(yi)在选择主(zhu)板和(he)M.2SSD时,务必确(que)认M.2插槽支持的(de)PCIe版本和通(tong)道(dao)数(shu),以及它是(shi)否与(yu)主板上的其他(ta)设备共享(xiang)带(dai)宽(kuan)。
虽(sui)然X16和X4插槽(cao)吸(xi)引了最(zui)多的(de)目光,但PCIeX1插(cha)槽同(tong)样扮演(yan)着(zhe)重(zhong)要的角色。对(dui)于许(xu)多外(wai)设来(lai)说,X1插槽提(ti)供的带宽已经完全足够,而且(qie)它还能(neng)以(yi)较低(di)的成(cheng)本实现更多的扩展(zhan)功能。
声(sheng)卡(ka):高品(pin)质的(de)独立(li)声卡(ka)通常使用X1插(cha)槽(cao)。它(ta)们(men)需(xu)要与CPU进(jin)行音(yin)频数(shu)据的(de)交换(huan),但其数据量远(yuan)不(bu)及(ji)显卡(ka)或NVMeSSD,X1的(de)带(dai)宽绰绰(chuo)有余(yu)。千(qian)兆/万(wan)兆(zhao)网卡:传统的千(qian)兆网卡(ka)使用X1插槽即(ji)可满足(zu)需(xu)求(qiu)。而对(dui)于(yu)追(zhui)求(qiu)极致(zhi)网络速度(du)的用户,万兆网卡虽(sui)然(ran)数(shu)据吞吐量更大,但通(tong)常也设(she)计(ji)为X4或(huo)X8接口,不过也(ye)有(you)一些(xie)万兆(zhao)网卡(ka)会采(cai)用X1接口(但(dan)性能(neng)可(ke)能(neng)有所(suo)限(xian)制)。
USB扩展卡:如(ru)果你(ni)的主板USB接(jie)口不够(gou)用(yong),或者(zhe)需要更高(gao)传输速度(du)的USB接(jie)口(如USB3.1Gen2或(huo)USB3.2),USB扩(kuo)展卡(ka)是(shi)一(yi)个不错(cuo)的(de)选择。这(zhe)些(xie)扩(kuo)展(zhan)卡通(tong)常使用X1或X4插(cha)槽(cao)。采集(ji)卡:对于需要采集视(shi)频信号的游戏主播(bo)或内容创(chuang)作(zuo)者(zhe)来说,采集卡是必备(bei)设备(bei)。
根据(ju)采集卡(ka)的性(xing)能(neng)和接口类(lei)型(xing),它(ta)们可能(neng)会(hui)使用(yong)X1、X4甚至X8的插(cha)槽。Wi-Fi/蓝牙网卡(ka):很多高(gao)端(duan)主(zhu)板(ban)集(ji)成了(le)Wi-Fi和蓝(lan)牙(ya)功能,但(dan)如果(guo)你需(xu)要升(sheng)级(ji)或(huo)者主板没有集成,独(du)立的(de)PCIeWi-Fi/蓝(lan)牙网卡通常(chang)会(hui)使(shi)用X1插(cha)槽。
理解了不同插(cha)槽(cao)的应(ying)用场景,我们就(jiu)能在(zai)硬(ying)件(jian)升级时做出(chu)更(geng)明智(zhi)的(de)决(jue)策:
高(gao)性(xing)能(neng)显卡(ka):优先选(xuan)择(ze)X16插槽(cao)。如(ru)果(guo)主(zhu)板(ban)上的(de)X16插槽是“x8”或(huo)“x4”模式,除非你对性能(neng)要求不高(gao),或者(zhe)别无选(xuan)择,否则要谨慎考(kao)虑。NVMeSSD:确保你的M.2插(cha)槽支(zhi)持(chi)你所购(gou)买NVMeSSD的(de)PCIe版本(ben)(3.0、4.0、5.0)和(he)通(tong)道(dao)数(shu)(通(tong)常(chang)是X4)。
如(ru)果主(zhu)板(ban)上的(de)M.2插槽不(bu)足,也(ye)可以(yi)考虑(lv)使用(yong)PCIe转M.2的(de)转接(jie)卡,将其插(cha)在X4或X16插槽(cao)上。其(qi)他扩展卡:查看(kan)你(ni)所购买(mai)扩展(zhan)卡(ka)的(de)接(jie)口(kou)要求(qiu),并将(jiang)其插(cha)在(zai)主板上(shang)符合要求(qiu)的插(cha)槽中(zhong)。尽量(liang)不要(yao)将(jiang)X4或X8的(de)设(she)备插在X1插槽上(shang),反之(zhi),将X1设备插在(zai)X4、X8或(huo)X16上(shang)是没问(wen)题的。
多显(xian)卡配置(zhi)(SLI/CrossFire):如(ru)果你(ni)计划组建双(shuang)卡或多卡系(xi)统(tong),需(xu)要(yao)确(que)保主(zhu)板支持相(xiang)应的技术(shu),并且(qie)通常会(hui)将(jiang)显卡(ka)安装在主板上标记为(wei)X16的(de)插槽(cao)中,即(ji)使它(ta)们会(hui)以(yi)X8的模式(shi)运行。查(cha)看主板(ban)说明书:这是最重要(yao)的一(yi)步!每(mei)块主板(ban)的(de)设计(ji)都不(bu)同(tong),有些插(cha)槽(cao)可(ke)能与特定的CPU或(huo)芯片组通信,带(dai)宽共(gong)享情况也各(ge)异(yi)。
仔细阅(yue)读(du)主(zhu)板的官(guan)方说明书,了解每个PCIe插槽(cao)的实际带(dai)宽和(he)连(lian)接方式,可以避(bi)免(mian)很多(duo)不必(bi)要的性能(neng)损(sun)失(shi)。
PCIe插(cha)槽,就像(xiang)是电脑内部的(de)“血管”,它(ta)们(men)负责(ze)血(xue)液(数据(ju))的流(liu)动。了(le)解它(ta)们的(de)规格、带宽以及在实(shi)际应用中(zhong)的作(zuo)用,不仅能帮(bang)助我们(men)更好(hao)地(di)组(zu)建和升级(ji)电脑,更能(neng)让(rang)我们充(chong)分挖掘(jue)硬件的(de)潜力,体验(yan)到(dao)“速度与(yu)激情”的快感(gan)。下(xia)次当(dang)你审视自己的(de)主板时,不妨多(duo)留(liu)意(yi)一(yi)下这些默默(mo)奉献的PCIe插(cha)槽,它(ta)们藏着不(bu)为(wei)人知的“数(shu)字奥秘(mi)”!
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图片来源:每经记者 闫亮
摄
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