自PCI介面發展10多年以來，因3D/多媒體動畫與無線通訊應用的興起，使現有的PCI bus不論在效能和頻寬方面，都已逐漸不敷使用。也因為PCI的效能不足，進而導致了AGP、PCI–X、HL等其他匯流排的出現，並分別鎖定在不同的軟硬體應用上面。此種現象嚴重地反映出匯流排有如多頭馬車的問題，並說明匯流排真正的瓶頸已無關CPU或Graphics的好壞，而是在於內部傳輸的通用性（Common–Bus）問題。

有鑒於此，業界普遍開始渴望能夠擁有一種通用的標準介面技術，此介面可同時運用到各種不同的應用市場，在這樣的背景前提下，第三代的IO匯流排介面（Third Generation Input Output；簡稱3GIO）便應聲而出。由AMD、IBM、HP、Intel、Microsoft，以及TI等公司為首的指導員（Director）所組成的PCI–SIG（PCI Special Interest Group）在2002年4月17日宣佈已經完成個人電腦內部匯流排界面PCI（Peripheral Component Interconnect）的第三代介面標準的制定工作，並將正式名稱訂?PCI Express。PCI–SIG在2002年7月22日公佈PCI Express 1.0規格，正式將匯流排的傳輸速度推升至更高速境界。

PC內部匯流排的演進

第一代的PC匯流排–ISA Bus

IBM在1981年推出史上第一款個人電腦–5150 PC後，便揭開PC時代的序幕。而IBM在1983年推出內含Intel 8088的PC/XT（eXtended Technology）的個人電腦後，也同時開啟了PC匯流排架構的時代。當時其所使用的匯流排為ISA（Industry Standard Architecture）Bus，傳輸的速度為38Mbps（4.8MB/s，8bits/4.77MHz）。1984年時，IBM繼續推出PC/AT（Advanced Technology）的個人電腦機種後，匯流排速度也同時提升到128Mbps（16MB/s，16bits/8MHz），並開放給其它的電腦廠商使用，而這些電腦廠商則根據此標準大量推出ISA Bus的插卡，進而使得ISA Bus成為當時PC匯流排的標準。

第二代的PC匯流排–MCA、EISA、VESA和PCI 1.0

到了1987年，IBM推出了高檔電腦IBM PS/2，並為其電腦開發出32位元擴展匯流排結構–MCA（Micro Channel Architecture），不過由於MCA並非為開放性技術標準，且不相容ISA卡，於是其它的電腦廠商便放棄追隨IBM的腳步。因此，隨著PS/2的停?，MCA在PC的發展也跟著消失無蹤。

1988年時，9大PC廠商Compaq、AST、NEC、Zenith、Epson、Tandy、Olivetti、Wyse、Tandy，以及HP聯合起來制定一個32位元的PC匯流排介面標準–EISA（Extended Industry Standard Architecture）來對抗 IBM 的 MCA。EISA具備了優於ISA的先進性能，如32位元帶寬、匯流排主控模式與仲裁，和即插即用等功能，並同時保持了對ISA擴展卡的相容性，不過由於性能和成本方面的原因，使得EISA推出不久便退出了匯流排的舞臺。

1992年5月時，VESA（Video Electronics Standards Association）推出了新的匯流排標準VL–BUS（VESA Local BUS）。VESA的標準是以ISA?基礎的區域匯流排，其傳輸速度為33MHz，不但舊的ISA卡可以照常運行，而且新的VESA視訊卡和I/O卡也能發揮更高的效能。VESA以高性能、低成本及極佳的向下相容性等優點，而得到廣泛的應用。不過由於它是專?486系統所設計，所以與Pentium的結合存在相容性問題，再加上VL–BUS的規範性、相容性和擴展性比較不佳，其結構也偏於簡單、無緩衝器、只能支援3個外設插接板，以及不能支援即插即用等缺點，故VL–BUS雖然被486系統廣泛地採用，但是在Intel主導的PCI匯流排及Pentium系列產品推出後，便立即被取代了。

到了1992年，PCI 1.0匯流排推出後，以支援32bits/33MHz的效能將傳輸速度大舉提升至1Gbps，而目前的PCI則最高可支援到4.2Gbps（533MB/s，64bits/66MHz）。

第三代的PC匯流排–PCI 2.2

到了1999年，PCI–SIG為了滿足伺服器的高資料處理量，而以PCI 2.2為基礎製造出了PCI–X1.0，其中增加了電源管理功能和熱插拔技術，並進一步將速度提升至8.5Gbps（1GB/s，64bits/133MHz）。

目前PCI–X2.0已經推出，而最高的傳輸速度則可達到34Gbps（4.2GB/s，64bits/533MHz），而以南北橋晶片的聯結匯流排而言，由於連接南北橋的匯流排頻寬須配合外部週邊裝置的需求，所以需要非常大的頻寬。以鍵盤、滑鼠、軟硬碟、印表機和連接PCI匯流排的裝置為例，假設這些裝置同時對PC內部傳輸資料，所需的頻寬大約就必須在250MB/s左右，也因為如此，晶片生產商當初在南北橋匯流排介面的頻寬設計就以266MB/s為主。

隨著高速的I/O 週邊設備陸續成為PC的標準配備，如Serial–ATA、USB 2.0和IEEE 1394等，原先266MB/s的頻寬顯然已不敷使用，因此各家廠商陸續提出新的介面規格以滿足不斷增加的頻寬需求。目前除PCI之外，ALi使用HyperTransport（最高可支援6.4GB/s）、Intel使用HubLink（目前支援266MB/s）、SiS使用MuTIOL（最高可支援1.2GB/s），以及VIA使用VLink（最高可支援533MB/s）等技術。

就繪圖卡之匯流排而言，為了改善PCI之效率，在1996年Intel提出AGP（Advenced Graphics Port）規格，其資料寬度為32 bits、頻率為66 MHz的高速匯流排。目前AGP 8x已經推出，其速率則可達到2.1GB/s（32bits/533MHz）。

《圖一 匯流排之演變》 資料來源：Intel，工研院經資中心2003/04

新世代技術帶動匯流排革命

有別於PCI匯流排多點下傳（Multi–Drop）平行匯流排技術，PCI Express引進交換式（Switch）點對點（Peer–to–Peer；P2P）序列傳輸技術，且在傳輸資料中，若不涉及需要維持快取記憶體內容一致性的存取動作，便不必將這種傳輸作業轉送至主機橋接元件。

就架構上而言，PCI Express分成實體層、資料鏈結層及交易層三個部份。實體層是由一組單工通道（Lane）組成發送端與接收端，初期單一通道的傳輸速度可達到2.5Gbps，而這種單一通道的場合稱為x1。PCI Express的實體層可支援x1、x2、x4、x8、x12、x16及x32的通道頻寬，並透過8B/10B之編碼方式來傳送或接收資料。資料鏈結層的主要任務在於確保封包交換的可靠性，並提供流量控制的功能。交易層則接受上層軟體的讀寫要求，並請求資料鏈結層傳送封包。

基於目前PCI的廣泛應用，現有的PCI驅動程式與軟體將可繼續沿用到PCI Express，同時PCI Express亦支援外加模組（Add–in Module）、隨插即用、熱插拔、先進電源管理，以及QoS（Quality of Service）等功能，這些特性都將有助於將推廣這新一代介面的傳輸技術。

《圖二 PCI Express架構》 資料來源：工研院經資中心2003/04

關鍵機會分析

PCI Express採交換式點對點序列傳輸技術，並加了彈性擴充、外加模組、隨插即用、熱插拔、先進電源管理，和QoS等功能，所以不只是在頻寬上可得到大幅度的提升，更可應用在個人電腦、筆記型電腦、伺服器，以及工作站等不同需求的應用領域。假使在企業成本可行的條件之下，在各種不同的匯流排技術中，首先可望出現替代效應的是PCI匯流排。

對於目前伺服器所使用的PCI–X匯流排而言，由於頻寬還可以使用，加上新的技術在原有系統相容性上尚未得到實質的認可，以及已有許多廠商投入PCI–X2.0產品的開發，所以在取代性上將相對的薄弱。

就南北橋的互連而言，雖然不同的廠商推出不同的介面技術，不過已足夠讓現行的系統使用，但若基於匯流排下游廠商所帶動的效應而言，則南北橋匯流排將有可能出現替代的趨勢。不過就繪圖卡與南北橋的互連而言，目前以足夠讓AGP 8x的頻寬使用，所以並不需要有立即取代性的產生，但在未來頻寬需求的進一步提升，加上PCI Express對現行PCI的替代效應出現，內部匯流排規格的一致性，將有助於主機版設計的便利以及成本降低的考量，因此PCI Express未來將可望取代AGP匯流排。

《圖三 PCI與PCI Express兩者的差異比較》

結語

基於整體架構頻寬的瓶頸考量，PCI–SIG推出的新世代匯流排技術－PCI Express，不僅在基本性能上大幅的提升，並且也考慮到與PCI介面既有軟體的相容性，可以說是極有機會統一電腦內部匯流排規格，但這一種深富潛力的技術，能否有效的降低成本，以及電腦和主機板等系統業者的支持度，都將是推廣初期所需面對的最大挑戰。不過一旦電腦內部匯流排出現了替代的效應，將會直接影響晶片生產廠商在對下端I/O匯流排的設計，以及繪圖卡與晶片組之間匯流排的取代性，爾後更有可能影響到目前各晶片生產廠商在南北橋的互連匯流排的設計，不過要在個人電腦產生較明顯的替代效應前提下，才能促使週邊介面的型式改變。

延 伸 閱 讀

英特爾是新一代PCI Express標準的強力支持者，現行電腦是採用PCI標準來作為網路卡、晶片和音效卡之間的連結，而PCI Express晶片預計在今年底就會上市，不過完整的PC則要等到在2004年推出。目前電腦中採用最快的PCI-X可達到133MHz時脈，PCI-Express則可達到2.5GHz，且資料傳輸速度也會快上許多，PCI Express最後將可衝上40GHz，相關介紹請見「PCI Express將帶動PC的演進」一文。 未來PC首先要拋棄的就是PCI總線，在系統周邊設備信息吞吐量日益提高的今天，PCI已經明顯地露出了疲態。儘管半導體廠商不遺餘力地提出了一些改善的辦法，但終究無法改變它的窘境。不過在PCI Express的提案中，目前已有了初步替代的方案，而Intel更擬定將PCI Express x16來取代目前的AGP標準，你可在「何時告別AGP時代 PCI Express帶來諸多疑問」得到進一步的介紹。 「原名3GIO（Third Generation Input Output）的PCI Express規格，也將在成為2004年的電腦規格。PCI Express的規格是為提升CPU與晶片組、晶片組與周邊設備間傳輸速度所制訂的新規格。或許Intel已深切了解，一昧地提升CPU速度並無法提升電腦整體效能，然而周邊速度的提升，將可幫助電腦真正「整體升級」。。在「從Intel九月IDF看2003年PC新趨勢」一文為你做了相關的評析。

相關組織網站	PCI-SIG官方網站 PCWORLD介紹PCI Express的網站 Xilinx發展PCI Express的官方網站