マザーボードのPCIExpressポートのサイズが異なるのはなぜですか？x16、x8、x4、およびx1の説明

PCI Express規格は、最新のコンピューティングの定番の1つであり、過去10年間に製造されたほぼすべてのデスクトップコンピューターにスロットがあります。ただし、接続の性質はやや曖昧です。新しいPCでは、3つまたは4つの異なるサイズの半ダースのポートがすべて「PCIE」または「PCI-E」とラベル付けされている場合があります。では、なぜ混乱するのでしょうか。実際に使用できるのはどれですか。

PCIExpressバスを理解する

元のPCI（Peripheral Component Interconnect）システムへのアップグレードとして、PCI Expressは、2000年代初頭に最初に開発されたとき、シリアルバスの代わりにポイントツーポイントアクセスバスを使用するという1つの大きな利点がありました。つまり、個々のPCIポートとそれにインストールされているカードは、複数のカードや拡張機能が1つのバスに詰まることなく、最大速度を最大限に活用できます。

素人の言葉で言えば、デスクトップPCをレストランとして想像してみてください。古いPCI規格はデリのようなもので、全員が1列でサービスを受けるのを待っていました。サービスの速度はカウンターで1人の人によって制限されていました。PCI-Eはバーのようなもので、すべての常連客が割り当てられた座席に座っており、複数のバーテンダーが一度に全員の注文を受け付けます。（さて、すぐにすべての常連客にバーテンダーを連れて行くことは決して不可能ですが、これが本当に素晴らしいバーであるとしましょう。）各拡張カードまたは周辺機器用の専用データレーンにより、コンピューター全体がコンポーネントやアクセサリにすばやくアクセスできます。

ここで、デリ/バーのメタファーを拡張するために、それらの座席のいくつかに、それらのためだけに予約された複数のバーテンダーがあると想像してください。そこで、複数のレーンのアイデアが生まれます。

ファストレーンでの生活

PCI-Eは、その開始以来、複数の改訂を経てきました。現在、新しいマザーボードは一般に標準のバージョン3を使用しており、より高速なバージョン4がますます一般的になり、バージョン5は2019年に発売される予定です。ただし、異なるリビジョンはすべて同じ物理接続を使用し、これらの接続には4つの主要なサイズがあります。 ：x1、x4、x8、およびx16。 （x32ポートは存在しますが、非常にまれであり、一般にコンシューマーハードウェアでは見られません。）

物理サイズが異なると、マザーボードへのデータピンの同時接続数も異なります。ポートが大きいほど、カードとポートの最大接続数が多くなります。これらの接続は口語的に「レーン」と呼ばれ、各PCI-Eレーンは2つのシグナリングペアで構成されます。1つはデータの送信用で、もう1つはデータの受信用です。 PCI-E規格のリビジョンが異なると、各レーンで異なる速度が可能になります。しかし、一般的に言えば、単一のPCI-Eポートとそれに接続されたカードにあるレーンが多いほど、周辺機器とコンピュータシステムの他の部分との間をより高速にデータが流れることができます。

バーのメタファーに戻ります。バーに座っている各常連客をPCI-Eデバイスとして想像すると、x1レーンは1人の顧客にサービスを提供する1人のバーテンダーになります。しかし、割り当てられた「x4」の席に座っている常連客は、  4人の バーテンダーが飲み物と食べ物を持ってきて、「x8」の席には彼女の飲み物のためだけに8人のバーテンダーがいて、「x16」の席の1人にはなんと16人のバーテンダーがいます。彼のためだけにバーテンダー。そして今、私たちはバーやバーテンダーについて話すのをやめます。なぜなら、私たちの貧しい比喩的な酒飲みはアルコール中毒の危険にさらされているからです。

どの周辺機器がどのポートを使用していますか？

PCI Expressの一般的なリビジョン3.0バージョンの場合、レーンあたりの最大データレートは8ギガ転送です。これは、「すべてのデータと電子オーバーヘッドを一度に」という意味です。現実の世界では、PCI-Eリビジョン3の速度は、レーンごとに1秒あたり1ギガバイト弱です。

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そのため、低電力サウンドカードやWi-FiアンテナなどのPCI-E x1ポートを使用するデバイスは、約1GBpsでコンピューターの残りの部分にデータを転送できます。USB 3.0拡張カードのように物理的に大きいx4またはx8スロットにぶつかるカードは、データを4倍または8倍速く転送できます。また、これらのUSBポートが2つ以上使用されている場合は、最大で使用する必要があります。転送速度。PCI-E x16ポートは、3.0リビジョンで理論的に最大約15GBpsであり、NVIDIAおよびAMDによって設計されたほとんどすべての最新のグラフィックスカードに使用されています。

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どの拡張カードがどのレーン数を使用するかについての明確なガイドラインはありません。グラフィックカードは最大のデータ転送のためにx16を使用する傾向がありますが、イーサネットポートが1ギガビット/秒でしかデータを転送できない場合は、x16ポートと16のフルレーンを使用するためにネットワークカードは必要ありません（ 1つのPCI-Eレーンのスループットの約8分の1—覚えておいてください。8ビットから1バイト）。x4ポートを好むPCI-Eマウントのソリッドステートドライブが少量ありますが、PCI-Eバスも使用できる新しいM.2標準によってすぐに追い抜かれたようです。ハイエンドのネットワークカードや、アダプターやRAIDコントローラーなどの熱狂的な機器は、x4形式とx8形式を組み合わせて使用​​します。

注意：PCI-Eポートのサイズとレーンは同じものではない可能性があります

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PCI-Eセットアップのより紛らわしい部分の1つは、ポートがx16カードのサイズである可能性がありますが、x4などのはるかに低速なものに十分なデータレーンしかないことです。これは、PCI-Eは基本的に無制限の数の個別接続に対応できますが、チップセットのレーンスループットには依然として実際的な制限があるためです。より予算重視のチップセットを備えた安価なマザーボードは、たとえそのスロットがx16カードを物理的に収容できるとしても、単一のx8スロットまでしか上がらない可能性があります。一方、「ゲーマー」マザーボードには、GPUとの互換性を最大化するために、最大4つのフルx16サイズおよびx16レーンPCI-Eスロットが含まれます。（これについては、ここで詳しく説明します。）

明らかに、これは問題を引き起こす可能性があります。マザーボードにx16サイズのスロットが2つあり、そのうちの1つにx4レーンしかない場合、新しいグラフィックカードを間違ったスロットに差し込むと、パフォーマンスが75％ボトルネックになる可能性があります。もちろん、これは理論上の結果です。マザーボードのアーキテクチャは、このような劇的な低下が見られないことを意味します。重要なのは、適切なカードを適切なスロットに入れる必要があるということです。

幸いなことに、特定のPCIスロットのレーン容量は、通常、コンピューターまたはマザーボードのマニュアルに記載されており、どのスロットにどの容量があるかが示されています。マニュアルがない場合、レーン数は通常、次のように、ポートの横にあるマザーボードのPCBに記載されています。

また、短いx1またはx4カードは、長いx8またはx16スロットに物理的に収まります。電気接点の初期ピン構成により、互換性があります。カードは物理的に少し緩んでいる可能性がありますが、PCケースの拡張スロットにねじ込むと、十分に頑丈です。当然、カードの接点がスロットよりも物理的に大きい場合、カードを挿入することはできません。

したがって、PCI Expressスロット用の拡張カードまたはアップグレードカードを購入するときは、使用可能なポートのサイズとレーン定格の両方に注意する必要があることを忘れないでください。

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