PCI是PC內部主要的傳輸介面架構，不過隨著晶片技術的推進，運算速度大幅提升的狀態下，PC內部的資料傳遞需求也大幅提升，其匯流排頻寬也逐漸不敷使用，於是歷經80年代的ISA架構、90年代的PCI架構之後，由Intel主導的3GIO（Third Generation I/O Architecture：第三代輸出入架構），結合ATI、AMD、IBM、HP、Microsoft、TI等PC產業的國際大廠組成PCI-SIG（PCI Special Interest Group）組織，於2002年4月17日宣布下一世代的匯流排架構正式命名為PCI Express，並且從2004年中開始，逐步取代AGP與PCI架構。

從PCI架構到PCI Express最大的改變就是從過去的平行式（Parallel）傳輸，改變為序列式（Serial）傳輸，大幅提昇傳輸速度並簡化架構，過去平行式的傳輸架構在發展到32bit、133MHz之後，已經遇到發展瓶頸，效能很難再往上提升，而序列式的架構基本上並沒有傳輸速度的限制，PCI Express更透過許多其他技術上的改變讓匯流排的效能得以提升，預計未來二十年，PCI Express將會是電子產品點對點（P2P）傳輸應用的主流。

從這樣的觀點加以延伸，PCI Express的高頻寬特性，將在未來高科技產業的發展扮演越來越重要的角色，目前PCI Express應用的重點在各種插卡式的系統傳輸需求，包括繪圖、網路通訊、儲存、視訊等，未來則更將普及於晶片之間的連結，本文將深入探討PCI Express的架構優勢與應用潛力，藉此一窺未來該標準的發展趨勢。

翻新插卡式界面規格

PCI從90年代初期的發展開始，逐漸成為PC內部最重要的匯流排介面之一，不過隨著CPU、繪圖晶片、記憶體時脈的不斷提升，其多點下傳（multi-drop）的平行式匯流排已逐漸接近性能的極限，無法輕易地升級頻率或降低電壓，PCI漸成為阻礙PC整體效能提升的絆腳石，所以業界決定全面翻新PCI架構，以符合未來的發展需求，產業龍頭Intel便是此一工作的主要推手，而目前在PCI Express穩定上路後，該規格的推廣工作已由PCI-SIG接手。

PCI Express徹底改變了PCI原本的架構，序列式傳輸規格造成頻寬的大幅提升，如(表一)所示，為PCI Express各式規格與過去PC匯流排頻寬比較，Intel亞太區平台零件行銷暨開發事業群產品行銷經理曾立方進一步表示，除了整體頻寬之外，PCI Express每一pin腳傳輸速率高達100MHz，相較之下PCI只有1.58MHz、AGP 8X為16.38MHz、PCI-X 533也只達35.56MHz，所以PCI Express將取代並統一過去所有PC相關I/O匯流排的趨勢顯而易見。

另外，PCI Express的一大改善就是其點對點的拓樸，能夠讓共享交換器根據優先順序，分配共享資源（匯流排頻寬）給接附的PCI Express裝置，在此情況下，每個裝置都可直接且獨立地存取（連接）到交換器，不會出現過去PCI時代分享式架構造成瞬間傳輸資料大增的時候，就影響到整體系統運算效能的問題。此外，交換器將會優先處理傳輸的資料，因此即時的應用程式將可以立即存取交換器。

目前PCI Express定義有五種格式（x1/x2/x4/x8/x16）提供不同頻寬使用。PCI Express在資料傳輸的實體層是由一組單工通道（Lane）組成發送端（Tx）與接收端（Rx），每組PCI Express都獨立使用自己的通道與南橋晶片傳輸，不再是共用匯流排的架構，不但免去資料傳輸互相干擾的問題，而且每個資料都有第一優先處理的特權，如(圖一)所示，每秒能夠同時傳輸250MB（雙向為每秒 500MB）。同樣的，兩條通道單向及雙向的架構最大頻寬分別為每秒500MB及1GB，目前架構最高到16組通道，單向最高達4GB，雙向達8GB，這就是表一所述各種不同傳輸模式速度的由來。

《圖一　PCI Express訊號傳輸架構》

此外PCI Express架構除了傳輸頻寬大，在電氣特性上不但設計體積較小，電路複雜性也低，因此有利於成本的降低，另外PCI Express並支援熱插拔控制功能，可以在開機的情況下，不需打開機殼便插入或拔除，大幅減少停機維修時間，對伺服器維護提供相對的長期保證，與PCI-X需要數量眾多的場效電晶體（FET）和主動式外部控制器才能達到隔絕的效果不同。此外PCI Express還支援電源管理、先進錯誤回報、虛擬通道等技術。

而因應不同通道數的設計，PCI Express也設計了不同的對應插槽，分別是x1/x4/x8/x16，如(圖二)所示，曹立方指出，目前x1的產品大多應用在PC相關的應用上，x4的產品多屬於伺服器應用領域，x8的產品目前較少見，未來也可能最先從高階伺服器應用領域導入，像是伺服器儲存系統，而x16的產品則使用在繪圖卡上，這也是目前PCI Express最普遍而成熟的應用之一。

《圖二　不同規格的PCI Express插槽》

繪圖卡為目前應用主流

從2004年PCI Express問世開始，Intel當然積極主導了其推廣工作，不過在大部分產品的應用還未有這麼大頻寬需求的狀況下，市場轉換狀況呈現漸變式進展，最快導入的應用就是繪圖卡，由於3D運算量相當大，有高速資料擷取需求，又有即時傳輸需要，也因此繪圖介面才會從PCI延伸發展AGP介面，而早在兩年前AGP 8X的階段，繪圖晶片廠商就深感其匯流排介面會影響到產品效能的表現，因此在PCI Express問世後，繪圖廠商便成為最支持的族群之一，迅速導入該介面，目前也已經成為主流。

所以PCI Express在當初規劃時，就將頻寬最高的x16介面劃分給繪圖功能使用，不過以目前繪圖晶片的效能來看，大多都只有使用到四個通道而已，以GPU的運算能力短期內還無法將PCI Express x16所提供的頻寬發揮到極致。未來，繪圖晶片的運算時脈若再大幅提高，足以將x16所提供的頻寬填滿，也可以透過雙插卡的技巧，發揮x16介面兩倍的繪圖效能，不過這在幾年之內都還屬於相當高階的應用，況且將繪圖表現再提升時，已經接近人類視覺無法辨識的細緻程度，效果不大，所以PCI Express在可見的未來已經足以應付繪圖技術的匯流傳輸需求。

《圖三　WIntel亞太區平台零件行銷暨開發事業群產品行銷經理曾立方》

應用逐漸向外延伸

除了繪圖的應用需求之外，PCI Express的應用特點包括：支援多重市場以及新興應用，也就是統一式I/O架構，比如桌上型電腦、行動設備、伺服器、通訊平台、工作站以及嵌入型設備；長期而言，在系統層，成本低於PCI架構的成本；相容PCI的軟體模式，不需任何修改就能引導現有的作業系統，具有與PCI相容的配置與設備驅動程式介面；透過頻率以及額外的傳輸管線來提升性能，每個接腳的頻寬很高，資源開銷低、低傳輸延遲；支援多平台連接類型，晶片對晶片，透過連接器的板對板，功能擴展底座（Docking Station），支援新的產品外型尺寸等等。

所以在應用領域上還有許多未開發且值得發展的應用，IDT台灣分公司產品行銷經理廖彥勛表示，目前在乙太區域網路的應用上，Gigabit Ethernet已經逐漸成為主流，所以高速傳輸應用需求也浮現，Gigabit乙太網路卡已經逐漸採用PCI Express介面，尤其是在具備多埠數輸出的交換器產品上，透過PCI Express介面可以有效提昇傳輸效能，提升通訊品質。

另一個即將導入的系統就是儲存應用，廖彥勛說明，在企業與伺服端的應用上，隨著儲存容量的大幅提升，硬碟介面也已經轉換到新一代的序列式標準SATA上，所以預計儲存應用就是下一個PCI Express即將攻佔的領域。另外，也有廠商將PCI Express導入電視卡的應用，而隨著數位電視的興起，相信PCI Express也會在多媒體視訊的卡式界面上取得一席之地。

還有晶片與晶片間的點對點傳輸通道也是PCI Express未來發展的方向，儘管目前大部分晶片都還不需要如此高的傳輸頻寬，不過目前Intel在南北橋晶片間與南橋和乙太網路晶片間的溝通都已經導入；而像PCI介面的PCMCIA卡也出現PCI Express版本的Express Card與預Express Mini Card規格，正式將PCI Express應用延伸到PC之外，預期將有更多此類應用會陸續被提出。

《圖四　IDT台灣分公司產品行銷經理廖彥勛》

結語

匯流排介面通常都只是一個溝通的媒介，在效能足夠支援的時候，廠商並不會隨意更改，過去PCI被產業使用了十幾年就是一個很好的例子，不過因應未來的技術發展趨勢，PCI Express規劃的架構儘管在目前看來是太過寬鬆的，許多應用並沒有轉換的需求，但是未來幾年採用PCI Express介面的應用相信只會有增無減，在需求浮現時，就會很自然的採用，現在的PCI Express已經做好準備了，而其除了技術優勢之外，儘管目前在設計上有許多更為準確的時脈要求，使得相關廠商在導入時有些門檻需跨越，不過其更為簡化的電路設計有助於成本的降低，長期而言絕對是正確的發展方向。

目前被稱為1.0版本的PCI Express自身的發展步調也是按部就班，下一世代的PCI Express Generation 2透過將控制器加速的方法，將PCI Express的速度再提升一倍，預計在今年或明年就會發表，看來再高階或再複雜的介面傳輸任務都難不倒PCI Express。

延 伸 閱 讀

PC能夠長期不在介面上做改良，可能的因素是應用方式集中在低速產品，PC主要的外部輸出入週邊設備、鍵盤、滑鼠都是低速的裝置，掃描器和監視器限於解析度未提昇至相當程度，循序和並行串接埠都可以應付。相關介紹請見「USB介面將發展成3C都接受的介面」一文。 SATA曾一度?廠商所癡迷的存儲連接技術，令?多用戶心向神往。SATA到底是個什?技術？它有什?先進的特性？作?企業級應用，用戶如何將它運用到現有的存儲技術當中去？本文將從技術特徵、發展狀況和應用方向等角度，?大家答疑解惑。你可在「SATA技術介紹」一文中得到進一步的介紹。 桌上型與筆記型電腦的演進永無止境，事實上，在討論筆記型電腦或桌上型電腦時，總是會出現更快、更輕巧或 功能更強等字眼。我們總是盤算下次何時為系統進行升級，希望在最快的電腦上讓應用程式發揮更大的效能。在「PCI-E專欄：PCI Express省電模式剖析 行動平台決戰電池續航力」一文為你做了相關的評析。

市場動態

瑞薩科技（Renesas）推出R8A66597雙埠USB主控制器，此低功率裝置可嵌入DVD錄放影機或建有USB埠的音響設備中，可支援所有USB 2.0規格定義的資料傳輸速度，包括高速（480Mbps）、全速（12Mbps）和低速（1.5Mbps），並備有雙埠組態和操作溫度範圍-40°C～85°C的耐溫版本，因此亦可應用於汽車電子中的音響和導航系統。相關介紹請見「瑞薩推出耐溫-40°C～85°C的嵌入式雙埠USB 2.0主控制器」一文。 美商巨積（LSI Logic）宣佈將針對通路商推出其小規格的SATA II 3Gb/s MegaRAID介面卡。這款專為高密度、空間有限的機架式伺服器環境所設計的新款八埠介面卡，是MegaRAID產品系列中的最新成員，可為追求低成本、空間受限的儲存環境提供理想解決方案。你可在「LSI Logic推出小規格SATA II 3Gb/s MegaRAID介面卡」一文中得到進一步的介紹。 矽統科技（SiS）表示，已整合其SiS756 PCIe晶片組與SiS163無線網路晶片，為PC提供新的無線網路平台選擇。SiS756是專為超微（AMD）Athlon 64FX設計，支援PCI Express x16介面，可提供8GB/s資料雙向傳輸頻寬；而802.11b/g的SiS756則支援MAC與基頻發射晶片（BBP），提供54Mb/s雙向傳輸速率。在「矽統發佈整合WLAN的AMD PCIe平台」一文為你做了相關的評析。