什么是 PCI-Express 通道？

Question 1

许多设备使用多于 1 个通道。

例如 - 游戏显卡使用 16 个通道。一些功能强大的游戏电脑有两个显卡 - 即 32 个 PCIe 通道（两个 x16 端口）。

Intel i7-5820K 无法处理两个 x16 显卡。对于一些游戏爱好者或工程师来说，这可能是一个严重的问题。如果他们需要超过 4 个内核和两个 x16 显卡，他们可能不得不选择不同的 CPU（可能是一些 Xeon）。

PCIe SSD 驱动器也使用多个 PCIe 通道（x4 或 x8）。

许多千兆网络适配器使用 PCIe x4，也有万兆服务器适配器使用 PCIe x8。

28 个通道不算多。如果主板制造商安装一个 x16 插槽、一个 x8 插槽和一个 x4 插槽（总共 x28 个）——您只能在那里使用 3 个设备，仅此而已。

以下是来自的图片维基百科 PCIe 文章。我添加了有关这些 PCIe 插槽上的通道的信息。

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您可以在reirab 撰写的另一个答案。

Answer

许多设备使用多于 1 个通道。

例如 - 游戏显卡使用 16 个通道。一些功能强大的游戏电脑有两个显卡 - 即 32 个 PCIe 通道（两个 x16 端口）。

Intel i7-5820K 无法处理两个 x16 显卡。对于一些游戏爱好者或工程师来说，这可能是一个严重的问题。如果他们需要超过 4 个内核和两个 x16 显卡，他们可能不得不选择不同的 CPU（可能是一些 Xeon）。

PCIe SSD 驱动器也使用多个 PCIe 通道（x4 或 x8）。

许多千兆网络适配器使用 PCIe x4，也有万兆服务器适配器使用 PCIe x8。

28 个通道不算多。如果主板制造商安装一个 x16 插槽、一个 x8 插槽和一个 x4 插槽（总共 x28 个）——您只能在那里使用 3 个设备，仅此而已。

以下是来自的图片维基百科 PCIe 文章。我添加了有关这些 PCIe 插槽上的通道的信息。

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Question 2

PCIe“通道”由 2 个差分信号对组成。一个差分对用于发送，另一个用于接收，从而允许同时进行双向通信。每个通道都是点对点的。也就是说，每个通道直接将单个主机连接到单个设备。但是，当需要在多个设备之间共享主机通道时，可以使用 PCIe 交换机。每维基百科，单个 PCIe 通道的带宽（每个方向）如下：

PCIe 1.x： 250 MB/秒
PCIe 2.x：500 MB/秒
PCIe 3.0：985 MB/秒
PCIe 4.0：1969 MB/秒
PCIe 5.0：3.9 GB/秒

正如 Kamil 所说，大多数 PCIe 设备都使用多个通道。某些设备（例如 NIC、声卡和其他相对低带宽设备）仅使用 1 个通道。SSD、RAID 控制器和其他中等带宽设备通常使用 4 个或 8 个通道。显卡和其他高带宽设备（例如 FPGA）通常使用 16 个通道。在系统启动时，主机和设备将协商用于特定连接的通道数。通常，将协商卡连接的通道数和安装卡的插槽连接的通道数（即物理上可能的最大值）中较小的一个，但如果安装了太多 PCIe 设备，主机没有足够的通道来为每个设备提供最大值，则该数量可能会更少。物理插槽的设计使得具有较少物理通道连接器的设备可以装入较大的插槽并在其中正常运行（例如，PCIe x4 卡可以装入 PCIe x16 插槽，并将协商以 4 个通道运行。）

此外，一些芯片组使用部分 PCIe 通道连接南桥。这就是英特尔 x58 芯片组的工作方式（Bloomfield 芯片的芯片组，第一代 Core i7 处理器的高端产品）。它使用 4 条通道连接南桥，其余所有通道留出 36 条。这通常分为 2 个 16 通道链路用于显卡，4 条通道用于任何其他设备。当安装 3 个或 4 个显卡时，支持 3 个或 4 个显卡的主板必须将部分或全部显卡减少到 8 条通道。

在游戏系统中，配备 2 张显卡的情况非常普遍，许多游戏系统实际上配备 3 张或 4 张显卡。即使在配备 2 张显卡的情况下，在仅有 28 条通道可用的系统中，至少有一张显卡必须回退到 x8 模式。此外，使用显卡作为计算加速器的系统通常安装有 2-4 张显卡。在这些情况下，只有 28 条通道是一个问题，因为这极大地限制了每张卡可用的主机到设备（以及设备到主机）带宽量。CUDA 在过去几年中尤其受到广泛欢迎，尤其是在高性能计算社区。PCIe 总线很容易成为 GPGPU（图形处理单元上的通用计算）应用程序的瓶颈，因此在 GPGPU 系统中，每张卡配备尽可能多的通道是非常可取的。

Answer

PCIe“通道”由 2 个差分信号对组成。一个差分对用于发送，另一个用于接收，从而允许同时进行双向通信。每个通道都是点对点的。也就是说，每个通道直接将单个主机连接到单个设备。但是，当需要在多个设备之间共享主机通道时，可以使用 PCIe 交换机。每维基百科，单个 PCIe 通道的带宽（每个方向）如下：

PCIe 1.x： 250 MB/秒
PCIe 2.x：500 MB/秒
PCIe 3.0：985 MB/秒
PCIe 4.0：1969 MB/秒
PCIe 5.0：3.9 GB/秒

正如 Kamil 所说，大多数 PCIe 设备都使用多个通道。某些设备（例如 NIC、声卡和其他相对低带宽设备）仅使用 1 个通道。SSD、RAID 控制器和其他中等带宽设备通常使用 4 个或 8 个通道。显卡和其他高带宽设备（例如 FPGA）通常使用 16 个通道。在系统启动时，主机和设备将协商用于特定连接的通道数。通常，将协商卡连接的通道数和安装卡的插槽连接的通道数（即物理上可能的最大值）中较小的一个，但如果安装了太多 PCIe 设备，主机没有足够的通道来为每个设备提供最大值，则该数量可能会更少。物理插槽的设计使得具有较少物理通道连接器的设备可以装入较大的插槽并在其中正常运行（例如，PCIe x4 卡可以装入 PCIe x16 插槽，并将协商以 4 个通道运行。）

此外，一些芯片组使用部分 PCIe 通道连接南桥。这就是英特尔 x58 芯片组的工作方式（Bloomfield 芯片的芯片组，第一代 Core i7 处理器的高端产品）。它使用 4 条通道连接南桥，其余所有通道留出 36 条。这通常分为 2 个 16 通道链路用于显卡，4 条通道用于任何其他设备。当安装 3 个或 4 个显卡时，支持 3 个或 4 个显卡的主板必须将部分或全部显卡减少到 8 条通道。

在游戏系统中，配备 2 张显卡的情况非常普遍，许多游戏系统实际上配备 3 张或 4 张显卡。即使在配备 2 张显卡的情况下，在仅有 28 条通道可用的系统中，至少有一张显卡必须回退到 x8 模式。此外，使用显卡作为计算加速器的系统通常安装有 2-4 张显卡。在这些情况下，只有 28 条通道是一个问题，因为这极大地限制了每张卡可用的主机到设备（以及设备到主机）带宽量。CUDA 在过去几年中尤其受到广泛欢迎，尤其是在高性能计算社区。PCIe 总线很容易成为 GPGPU（图形处理单元上的通用计算）应用程序的瓶颈，因此在 GPGPU 系统中，每张卡配备尽可能多的通道是非常可取的。

Question 3

PCIe 通道是一对高速差分串行连接，每个方向各一个。设备之间的链路可以且通常由多个通道组成，以实现更高的数据速率。各个通道的数据速率也因代数而异，粗略地说，第 x 代的一个通道提供的数据速率与第 x-1 代的两个通道大致相同。

在现代 Intel 系统中，一些 PCIe 通道由 CPU 直接提供，而其他通道则由芯片组中的 PCH 提供。从 CPU 到芯片组的链接与 PCIe 类似，但在细节上存在差异。

主板供应商必须决定如何将 CPU 和 PCH 提供的通道分配给板载设备和插槽。它们可以并且通常会包含信号开关，以便为用户提供一些选择，但以可承受的价格实现的信号切换数量是有限的。

目前，英特尔的“主流台式机”平台有 16 个 CPU 通道和最多 24 个（取决于所选芯片组）芯片组通道。但是，芯片组的通道受到从 CPU 到芯片组的总可用带宽的限制（据我回忆，大致相当于 PCIe 3.0 x4）。

CPU 的 16 个通道和芯片组的 24 个通道对于普通台式机或小型服务器来说已经足够了，你可以将显卡放在 CPU 的 16 个通道上，然后芯片组的通道加上芯片组中的集成控制器通常足以用于存储、网络等。即使有两个 GPU，每个 GPU 8 个通道在大多数情况下也足够了。

然而，当构建具有 3+GPU（或可能是两个顶级 GPU）的高端系统时，需要大量快速存储和/或非常快速的网络接口，更多通道是理想的。如果你想给每个设备提供最大可能的容量，你需要每个 GPU 有 16 个通道，

因此，对于那些有更高端需求的用户，英特尔有一个高端台式机插槽，目前是 LGA2066。此插槽还涵盖单插槽工作站/服务器系统，尽管至少官方看来，您无法在大多数台式机主板上使用工作站/服务器处理器。

不幸的是，虽然前几代高端台式机的 PCIe 通道和 RAM 通道数量是固定的，但 LGA2066 的数量会根据您选择的处理器而变化。台式机 LGA2066 CPU 可以有 16、28 或 44 个 PCIe 通道。

这使得主板供应商处于一个棘手的境地，他们必须决定如何为真正的高端客户提供其 CPU 的全部功能，同时决定为使用低端 CPU 的客户禁用或限制哪些功能。反过来，系统构建者必须仔细阅读主板手册，以在购买前了解限制是什么。

获取便宜的 X299 主板之一的手册https://dlcdnets.asus.com/pub/ASUS/mb/LGA2066/TUF_X299_MARK2/E12906_TUF_X299_MARK2_UM_WEB.pdf表明主要限制是 x16 插槽，在 44 通道 CPU 上，所有三个插槽都可用，其中两个以 x16 模式运行，一个以 x8 模式运行。另一方面，在 28 通道 CPU 上，您会得到一个 x16、一个 x8 和一个不可用的插槽，而在 16 通道 CPU 上，您只能得到一个 x16 或两个 x8。

获取高端 X299 主板的手册https://dlcdnets.asus.com/pub/ASUS/mb/LGA2066/ROG_RAMPAGE_VI_EXTREME_OMEGA/E15119_ROG_RAMPAGE_VI_EXTREME_OMEGA_UM_V2_WEB.pdf他们似乎决定完全不支持 16 通道部件。这款主板确实允许您在 28 通道 CPU 上使用三个 GPU，但第二个 m.2 插槽和 u.2 连接器仅适用于 44 通道 CPU

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