自PCI介面发展10多年以来，因3D/多媒体动画与无线通讯应用的兴起，使现有的PCI bus不论在效能和频宽方面，都已逐渐不敷使用。也因为PCI的效能不足，进而导致了AGP、PCI–X、HL等其他汇流排的出现，并分别锁定在不同的软硬体应用上面。此种现象严重地反映出汇流排有如多头马车的问题，并说明汇流排真正的瓶颈已无关CPU或Graphics的好坏，而是在于内部传输的通用性（Common–Bus）问题。

有鉴于此，业界普遍开始渴望能够拥有一种通用的标准介面技术，此介面可同时运用到各种不同的应用市场，在这样的背景前提下，第三代的IO汇流排介面（Third Generation Input Output；简称3GIO）便应声而出。由AMD、IBM、HP、Intel、Microsoft，以及TI等公司为首的指导员（Director）所组成的PCI–SIG（PCI Special Interest Group）在2002年4月17日宣布已经完成个人电脑内部汇流排界面PCI （Peripheral Component Interconnect）的第三代介面标准的制定工作，并将正式名称订?PCI Express。 PCI–SIG在2002年7月22日公布PCI Express 1.0规格，正式将汇流排的传输速度推升至更高速境界。

PC内部汇流排的演进

第一代的PC汇流排–ISA Bus

IBM在1981年推出史上第一款个人电脑–5150 PC后，便揭开PC时代的序幕。而IBM在1983年推出内含Intel 8088的PC/XT（eXtended Technology）的个人电脑后，也同时开启了PC汇流排架构的时代。当时其所使用的汇流排为ISA（Industry Standard Architecture）Bus，传输的速度为38Mbps（4.8MB/s，8bits/4.77MHz）。1984年时，IBM继续推出PC/AT（Advanced Technology）的个人电脑机种后，汇流排速度也同时提升到128Mbps（16MB/s，16bits/8MHz），并开放给其它的电脑厂商使用，而这些电脑厂商则根据此标准大量推出ISA Bus的插卡，进而使得ISA Bus成为当时PC汇流排的标准。

第二代的PC汇流排–MCA、EISA、VESA和PCI 1.0

到了1987年，IBM推出了高档电脑IBM PS/2，并为其电脑开发出32位元扩展汇流排结构–MCA（Micro Channel Architecture），不过由于MCA并非为开放性技术标准，且不相容ISA卡，于是其它的电脑厂商便放弃追随IBM的脚步。因此，随着PS/2的停?，MCA在PC的发展也跟着消失无踪。

1988年时，9大PC厂商Compaq、AST、NEC、Zenith、Epson、Tandy、Olivetti、Wyse、Tandy，以及HP联合起来制定一个32位元的PC汇流排介面标准–EISA（Extended Industry Standard Architecture）来对抗IBM 的MCA。 EISA具备了优于ISA的先进性能，如32位元带宽、汇流排主控模式与仲裁，和即插即用等功能，并同时保持了对ISA扩展卡的相容性，不过由于性能和成本方面的原因，使得EISA推出不久便退出了汇流排的舞台。

1992年5月时，VESA（Video Electronics Standards Association）推出了新的汇流排标准VL–BUS（VESA Local BUS）。 VESA的标准是以ISA?基础的区域汇流排，其传输速度为33MHz，不但旧的ISA卡可以照常运行，而且新的VESA视讯卡和I/O卡也能发挥更高的效能。 VESA以高性能、低成本及极佳的向下相容性等优点，而得到广泛的应用。不过由于它是专?486系统所设计，所以与Pentium的结合存在相容性问题，再加上VL–BUS的规范性、相容性和扩展性比较不佳，其结构也偏于简单、无缓冲器、只能支援3个外设插接板，以及不能支援即插即用等缺点，故VL–BUS虽然被486系统广泛地采用，但是在Intel主导的PCI汇流排及Pentium系列产品推出后，便立即被取代了。

到了1992年,PCIE 1.0汇流排推出后,以支援32bits/33MHz的效能将传输速度大举提升至1Gbps,而目前的PCI则最高可支援到4.2Gbps(533MB/s,64bits/66MHz)。

第三代的PC汇流排–PCI 2.2

到了1999年，PCI–SIG为了满足伺服器的高资料处理量，而以PCI 2.2为基础制造出了PCI–X1.0，其中增加了电源管理功能和热插拔技术，并进一步将速度提升至8.5Gbps（1GB/s，64bits/133MHz）。

目前PCI–X2.0已经推出，而最高的传输速度则可达到34Gbps（4.2GB/s，64bits/533MHz），而以南北桥晶片的联结汇流排而言，由于连接南北桥的汇流排频宽须配合外部周边装置的需求，所以需要非常大的频宽。以键盘、滑鼠、软硬碟、印表机和连接PCI汇流排的装置为例，假设这些装置同时对PC内部传输资料，所需的频宽大约就必须在250MB/s左右，也因为如此，晶片生产商当初在南北桥汇流排介面的频宽设计就以266MB/s为主。

随着高速的I/O 周边设备陆续成为PC的标准配备，如Serial–ATA、USB 2.0和IEEE 1394等，原先266MB/s的频宽显然已不敷使用，因此各家厂商陆续提出新的介面规格以满足不断增加的频宽需求。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）等技术。

就绘图卡之汇流排而言，为了改善PCI之效率，在1996年Intel提出AGP（Advenced Graphics Port）规格，其资料宽度为32 bits、频率为66 MHz的高速汇流排。目前AGP 8x已经推出，其速率则可达到2.1GB/s（32bits/533MHz）。

《图一 总线之演变》 数据源：Intel，工研院经资中心2003/04

新世代技术带动汇流排革命

有别于PCI汇流排多点下传（Multi–Drop）平行汇流排技术，PCI Express引进交换式（Switch）点对点（Peer–to–Peer；P2P）序列传输技术，且在传输资料中，若不涉及需要维持快取记忆体内容一致性的存取动作，便不必将这种传输作业转送至主机桥接元件。

就架构上而言，PCI Express分成实体层、资料链结层及交易层三个部份。实体层是由一组单工通道（Lane）组成发送端与接收端，初期单一通道的传输速度可达到2.5Gbps，而这种单一通道的场合称为x1。 PCI Express的实体层可支援x1、x2、x4、x8、x12、x16及x32的通道频宽，并透过8B/10B之编码方式来传送或接收资料。资料链结层的主要任务在于确保封包交换的可靠性，并提供流量控制的功能。交易层则接受上层软体的读写要求，并请求资料链结层传送封包。

基于目前PCI的广泛应用，现有的PCI驱动程式与软体将可继续沿用到PCI Express，同时PCI Express亦支援外加模组（Add–in Module）、随插即用、热插拔、先进电源管理，以及QoS（Quality of Service）等功能，这些特性都将有助于将推广这新一代介面的传输技术。

《图二 PCI Express架构》 数据源：工研院经资中心2003/04

关键机会分析

PCI Express采交换式点对点序列传输技术，并加了弹性扩充、外加模组、随插即用、热插拔、先进电源管理，和QoS等功能，所以不只是在频宽上可得到大幅度的提升，更可应用在个人电脑、笔记型电脑、伺服器，以及工作站等不同需求的应用领域。假使在企业成本可行的条件之下，在各种不同的汇流排技术中，首先可望出现替代效应的是PCI汇流排。

对于目前伺服器所使用的PCI–X汇流排而言，由于频宽还可以使用，加上新的技术在原有系统相容性上尚未得到实质的认可，以及已有许多厂商投入PCI–X2. 0产品的开发，所以在取代性上将相对的薄弱。

就南北桥的互连而言，虽然不同的厂商推出不同的介面技术，不过已足够让现行的系统使用，但若基于汇流排下游厂商所带动的效应而言，则南北桥汇流排将有可能出现替代的趋势。不过就绘图卡与南北桥的互连而言，目前以足够让AGP 8x的频宽使用，所以并不需要有立即取代性的产生，但在未来频宽需求的进一步提升，加上PCI Express对现行PCI的替代效应出现，内部汇流排规格的一致性，将有助于主机版设计的便利以及成本降低的考量，因此PCI Express未来将可望取代AGP汇流排。

《图三 PCI与PCI Express两者的差异比较》

结语

基于整体架构频宽的瓶颈考量，PCI–SIG推出的新世代汇流排技术－PCI Express，不仅在基本性能上大幅的提升，并且也考虑到与PCI介面既有软体的相容性，可以说是极有机会统一电脑内部汇流排规格，但这一种深富潜力的技术，能否有效的降低成本，以及电脑和主机板等系统业者的支持度，都将是推广初期所需面对的最大挑战。不过一旦电脑内部汇流排出现了替代的效应，将会直接影响晶片生产厂商在对下端I/O汇流排的设计，以及绘图卡与晶片组之间汇流排的取代性，尔后更有可能影响到目前各晶片生产厂商在南北桥的互连汇流排的设计，不过要在个人电脑产生较明显的替代效应前提下，才能促使周边介面的型式改变。

延 伸 阅 读

英特尔是新一代PCI Express标准的强力支持者，现行电脑是采用PCI标准来作为网路卡、晶片和音效卡之间的连结，而PCI Express晶片预计在今年底就会上市，不过完整的PC则要等到在2004年推出。目前电脑中采用最快的PCI-X可达到133MHz时脉，PCI-Express则可达到2.5GHz，且资料传输速度也会快上许多，PCI Express最后将可冲上40GHz，相关介绍请见「PCI Express将带动PC的演进」一文。 未来PC首先要抛弃的就是PCI总线，在系统周边设备信息吞吐量日益提高的今天，PCI已经明显地露出了疲态。尽管半导体厂商不遗余力地提出了一些改善的办法，但终究无法改变它的窘境。不过在PCI Express的提案中，目前已有了初步替代的方案，而Intel更拟定将PCI Express x16来取代目前的AGP标准，你可在「何时告别AGP时代 PCI Express带来诸多疑问」得到进一步的介绍。 「原名3GIO（Third Generation Input Output）的PCI Express规格，也将在成为2004年的电脑规格。PCI Express的规格是为提升CPU与晶片组、晶片组与周边设备间传输速度所制订的新规格。或许Intel已深切了解，一昧地提升CPU速度并无法提升电脑整体效能，然而周边速度的提升，将可帮助电脑真正「整体升级」。 。在「从Intel九月IDF看2003年PC新趋势」一文为你做了相关的评析。

相关组织网站	PCI-SIG官方网站 PC WORLD介绍PCI Express的网站 Xilinx发展PCI Express的官方网站