- PCIe 通道在 GPU、M.2、SATA 和擴充插槽之間共用，因此請務必查看手冊，以免遺失連接埠或頻寬。
- 在大多數目前的 GPU 中，從 PCIe x16 切換到 x8 幾乎不會影響效能，而降級到 PCIe 3.0 x4 可能會導致約 25% 的效能損失。
- 使用 PCIe x4 模式時，M.2 插槽可能會停用 SATA 端口，且 NVMe RAID 的速度受限於速度最慢的插槽。
- 規劃 PCIe 插槽和版本的配置，可以建造可擴展的 NAS 和家庭實驗室，為未來的儲存和網路擴充做好準備。
使用桌上型電腦硬體建立家用NAS或高效能家庭實驗室有一個明顯的優勢：PCIe插槽提供了極大的靈活性，可以輕鬆擴展系統，例如添加顯示卡、NVMe固態硬碟、高速網卡等等。但問題在於，當你開始增加各種元件時，例如GPU、多個NVMe固態硬碟、控制器、萬兆乙太網路卡、擷取卡等等，你就會疑惑PCIe通道究竟是如何分配的，以及哪些效能因此受到影響。
在這種情況下，了解主機板上的PCIe 頻道、M.2 插槽和 SATA 連接埠的工作原理至關重要，它能幫助你最大限度地利用每一條頻寬，避免出現瓶頸。我們將透過實際案例（例如配備 GTX 1080 顯示卡、多個 NVMe 固態硬碟和 10GbE SFP+ 網路卡的 NAS/家庭實驗室）並結合 PCI Express 技術、其發展歷程、通道數和實際限制的詳細解釋，逐步講解相關內容。
實際應用場景：配備多個 PCIe、NVMe 和 SATA 硬碟的 NAS/家庭實驗室
假設你想用一塊像 Fatal1ty X470 Gaming K4 這樣的 X470 主機板搭建一台家用伺服器，並且你設想的系統配備了豐富的周邊設備：5 到 6 個SATA 硬碟用於海量存儲，2 個 NVMe SSD 組成 RAID 1 陣列，用於運行 unRAID 和 Docker 容器，以及 GTX網路卡用於高速網路連線。
這款 X470 主機板標配兩個 PCI Express 3.0 x16 插槽（第一個插槽可設定為 x16，如果兩個插槽都使用，則配置為 x8/x8），此外還有四個 PCIe 2.0 x1 插槽，用於安裝小型擴充卡。儲存方面，它配備六個支援 RAID 0、1 和 10 的 SATA3 接口，以及兩個 M.2 插槽（一個 Ultra M.2 M2_1 和一個 M2_2），速度不同：前者最高支援 PCIe Gen3 x4（取決於 CPU），後者最高支援 Gen2 x2。
安裝6 個 SATA 硬碟 + 2 個 NVMe 固態硬碟 + 一塊顯示卡 + 10 個萬兆乙太網路卡的方案是可行的，但必須非常謹慎地分配 PCIe 通道。第一個 PCIe 3.0 x16 插槽直接連接到 Ryzen CPU：在僅顯示卡模式下，它以 x16 模式運作；如果在另一個 x16 插槽中新增第二個大型顯示卡，則兩個插槽的 PCIe 速度都會降至 x8/x8。 M.2 插槽也由 PCIe 通道供電，在許多設計中，M.2 插槽使用某些 PCIe x4 模式會停用主機板上的一些實體 SATA 介面。
這意味著，根據您配置 M.2 和 PCIe 插槽的方式，您可能會遇到部分 SATA 連接埠無法使用或顯示卡頻寬無法完全發揮的情況。因此，請務必查閱主機板手冊，以了解哪些組合會停用哪些端口，切勿盲目安裝。
PCIe通道分配如何影響GPU、NVMe和網路？
在像搭載 Ryzen 處理器的 X470 這樣的平台上，CPU 提供的 PCIe 通道數量有限，這些通道主要由主 GPU、M.2 插槽以及其他插槽共享。晶片組雖然提供了額外的通道，但這些通道通常是 PCIe 2.0 或 3.0，需要透過間接路徑連接到 CPU，並且它們共享內部頻寬。
實際上，第一個 PCIe x16 插槽通常預留給顯示卡。當您將第二張顯示卡插入另一個 x16 插槽時，主機板會將其配置為x8/x8 模式，以指派 16 個可用通道。這對於現代 PCIe 3.0 GPU 的影響通常可以忽略不計：從 x16 到 x8 的切換在遊戲效能或日常工作負載方面幾乎感覺不到。
如果嘗試使用 M.2 Gen3 x4 和 M.2 Gen2 x2 插槽將兩塊NVMe 硬碟配置為 RAID 1，則陣列速度會受到速度較慢的硬碟的限制。可用頻寬將僅為 Gen2 x2 插槽的頻寬，這對於家用 NAS 來說可能仍然足夠，但這仍然是一個需要考慮的重要因素。有時，使用 PCIe 轉接卡將 NVMe 硬碟插入晶片組的 x4 或 x8 插槽會更加高效，這樣就可以將 M2_1 插槽空出來用於系統 SSD。
這款 10GbE SFP+ 網路卡可以毫無問題地安裝在 PCIe x4 或 x8 插槽中；它的實際頻寬遠未達到 PCIe 3.0 x4 的飽和狀態。關鍵在於決定是將其安裝在與 GPU 共享的第二個 x16 插槽中（強制 x8/x8 模式），還是安裝在主機板支援且通道數足夠的較小插槽中。
具體範例：如何最大限度地利用 PCIe 通道和 SATA 連接埠？
對於配備 Fatal1ty X470 Gaming K4 主機板和相容的 Ryzen 處理器的 NAS/家庭實驗室來說，為了最大限度地利用 SATA 通道並保持所有可能的 SATA 連接埠正常工作，合理的配置可以遵循以下一般邏輯（始終要查看具體的主機板手冊）：
- GPU（GTX 1080） 在第一個 PCIe 3.0 x16 插槽 (PCIE1) 中，如果沒有第二個大尺寸卡，則以 x16 模式運作。
- 首款 NVMe SSD 在 M2_1 中，利用 PCIe Gen3 x4 作為啟動磁碟和系統/unRAID。
- 10 GbE SFP+ 卡 在第二個 PCIe x16 插槽 (PCIE4) 中，GPU 和網路卡將共用線路並保持 x8/x8 模式，對於 GTX 1080 來說綽綽有餘。
- 硬碟SATA 佔用 5-6 個 SATA 端口，前提是啟動 M2_1 上的 PCIe x4 模式不會停用某些特定端口（請查看手冊中的表格）。
- 離開 M2_2 Gen2 x2 可以用作優先順序較低的輔助 NVMe 驅動器，或者如果不需要額外的效能，則可以空置。
在這種配置下，您雖然無法使用GPU的x16全模式，但卻獲得了一個用於10GbE網卡的較大PCIe插槽，並且可以在M.2_1插槽中保留一塊速度極快的NVMe固態硬碟。如果您需要組成NVMe RAID 1，則有兩種選擇：要么接受M.2_2 Gen2 x2插槽的瓶頸，要么購買一張支援多塊NVMe固態硬碟的PCIe擴充卡並將其安裝在第二個x16插槽中，如果主機板允許，可以將網卡移至較小的插槽。
總之，關鍵在於要明白，在 PCIe 3.0 上將 GPU 降級到 x8 時，實際的效能損失非常低，而失去 SATA 連接埠或 NVMe 限制可能會對依賴磁碟 I/O 的 NAS 或伺服器造成更大的損害。
從桌面到擴充平台：可以透過 PCIe 添加哪些內容
桌上型電腦相比筆記型電腦或遊戲主機的一大優勢在於，PCIe插槽使電腦變成了一種硬體「樂高」積木。幾乎所有你可能需要的進階功能都可以透過PCIe擴充卡添加。
常見的PCIe介面擴充設備包括視訊擷取卡、獨立音效卡、顯示卡、網路卡、USB控制器和NVMe儲存適配器。其中許多設備只需幾秒鐘即可安裝完畢，並在系統啟動時自動識別，通常無需額外驅動程式或僅需少量驅動程式即可使用。
例如，如果您想擷取來自遊戲主機或專業攝影機的訊號，PCIe擷取卡比大多數USB解決方案提供更高的頻寬和更低的延遲。同樣，如果您追求高品質音頻，PCIe聲卡也比集成聲卡提供更多的輸入介面和更好的控制，是播客或音樂錄製的理想選擇。
在圖形領域，PCIe x16 插槽是遊戲和專業 GPU 的標準配備。只要確保顯示卡的供電與 CPU 的供電相匹配，避免出現瓶頸；也就是說，確保處理器能夠為顯示卡提供足夠的資料。
當主機板的 USB-A 或 USB-C 連接埠不足時，安裝PCIe 卡來添加 USB-A 或 USB-C 連接埠是很常見的；或者安裝電視調諧器卡、高級 WiFi 網路卡，或者安裝具有多個 M.2 SSD 的卡，以擴展高性能存儲，使其超出主板上集成的 M.2 端口。
PCIe插槽：它們是什麼以及有哪些類型
PCIe（外圍組件互連高速）插槽是目前將高速擴充卡連接到主機板的標準介面。與較早的PCI或AGP匯流排不同，PCIe採用點對點串列架構：每個裝置都有自己專用的連結連接到主機板，無需與其他元件共用匯流排。
顯示卡插槽的物理尺寸和通道數各不相同，通道數決定了其可用頻寬。最常見的規格是x1、x4、x8 和 x16。頻道數越多，針腳越多，插槽越長。桌面顯示卡通常使用 x16 插槽，而音效卡或網路卡在 x1 或 x4 插槽中也能正常運作。
有趣的是，從物理角度來看，較短的卡片可以插入較長的插槽：例如，x1 卡可以完美地插入 x16 插槽，儘管它只會佔用一條通道。反過來則不行，因為 x16 卡片根本無法插入 x1 插槽。
從世代層面來看，PCIe 已經從 1.0 版本發展到 6.0 版本（7.0 版本也即將推出），每次版本升級都使每個通道的頻寬翻倍。這使得在維持相同物理通道數量的情況下，有效性能逐代顯著提升。
PCIe通道、頻寬和版本的工作原理
PCIe架構基於獨立的全雙工通道，每個通道由一對用於發送資料的差分線和另一對用於接收資料的差分線組成。一條通道可以同時雙向傳輸數據，插槽是透過添加通道建構的：x1有1條通道，x4有4條通道，x8有8條通道，x16有16條通道。
PCIe 連結的總頻寬取決於兩個關鍵變數：通道數和 PCIe 版本。例如，在 PCIe 3.0 中，每個通道的理論頻寬約為 984,6 MB/s；因此，一個 x16 PCIe 3.0 插槽可以處理大約 15,8 GB/s 的資料傳輸。在 PCIe 4.0 中，每個通道的頻寬增加到大約 1969 MB/s，使得 x16 插槽的頻寬接近 31,5 GB/s，以此類推。
- PCIe 1.0：每通道約 250 MB/s。
- PCIe 2.0：每通道約 500 MB/s。
- PCIe 3.0：每通道約 984,6 MB/s。
- PCIe 4.0：每通道約 1969 MB/s。
- PCIe 5.0：每通道約 3938 MB/s。
- PCIe 6.0：每通道約 8 GB/s（得益於 PAM4 和 FLIT）。
由於向下相容，PCIe 3.0 卡可以插入 PCIe 4.0 或 5.0 插槽，但速度會受到限制。反之亦然：PCIe 4.0 卡插入 PCIe 3.0 插槽後，速度將降至 PCIe 3.0。這大大簡化了升級過程，並延長了主機板的使用壽命。
PCIe 的歷史與發展：從 PCI 到 7.0
在 PCIe 出現之前，主流標準是 PCI，它由英特爾在 20 世紀 90 年代初推出，旨在取代 ISA、MCA、EISA 和 VESA 等總線。儘管 VESA 在速度方面具有競爭力，但PCI 最終勝出，因為它成本更低、更靈活、更易於集成，無需重新設計整個主機板即可升級 CPU。
多年來，PCI 不斷發展並提升頻寬，但最終還是遇到了共享總線的局限性，尤其是在高性能顯示卡興起之後。過渡方案是 AGP，即為 GPU 提供專用接口，直到 PCI Express 在 2004 年左右問世，徹底取代並重新設計了連接方式。
PCIe 1.0 引入了點對點串列鏈路，每通道傳輸速度為 2,5 GT/s（每秒千兆傳輸數），採用 8b/10b 編碼，可用吞吐量為 250 MB/s。 PCIe 2.0 將速度提升了一倍，達到 5 GT/s，每通道吞吐量達到 500 MB/s。而PCIe 3.0 則帶來了最大的變革，它採用了 128b/130b 編碼，大幅降低了開銷，並將每通道吞吐量提升至接近 1 GB/s。
PCIe 4.0 和 5.0 延續了速度翻倍的趨勢，同時保持了 128b/130b 編碼，x16 頻寬分別提升至 31,5 GB/s 和 63 GB/s。這些版本已成為人工智慧、資料中心、400/800 GbE 網路和超高速儲存的必備組件。
PCIe 6.0 引入了 PAM4 訊號和 FLIT（流控制單元）傳輸技術，結合 FEC（前向糾錯）技術，在 x16 模式下可實現高達 64 GT/s 的傳輸速度和 256 GB/s 的理論吞吐量，同時保持向下相容性。目前正在開發的 PCIe 7.0 的目標是在 x16 模式下實現高達 128 GT/s 的傳輸速度和高達 512 GB/s 的吞吐量，同樣採用 PAM4 訊號和高效的 1b/1b 編碼。
Synopsys 等廠商已經發布了完整的 PCIe 7.0 IP 解決方案，其中包括整合的控制器、PHY 和安全模組，這些方案專為先進製造流程而設計，並與 CXL 和大規模 AI 應用緊密相關。雖然距離消費市場普及還需要數年時間，但這清楚地表明了高效能互連技術的發展方向。
你的顯示卡真的需要更高的 PCIe 速度嗎？
一個非常常見的問題是，顯示卡效能提升是否僅僅因為其安裝在更新的 PCIe 插槽或更多頻道的插槽中。但事實是，目前沒有任何一款消費級 GPU 能夠完全發揮 PCIe 4.0 x16 通道的頻寬，而且在大多數情況下，甚至連 PCIe 3.0 x16 通道的頻寬都達不到。
現代顯示卡主要使用自身的顯存（VRAM），其速度通常比系統記憶體（RAM）更快。 PCIe匯流排主要用於傳輸紋理、命令資料、與CPU通訊以及在特定情況下存取共享記憶體。因此，在PCIe 3.0中將速度從x16降低到x8通常只會導致幾個百分點的效能差異，往往在誤差範圍內。
有些情況下，這種限制會非常明顯，例如某些GPU本身設計上只有x8頻道，或是當一張高效能顯示卡被迫在舊版標準下以x4頻道運作時。 Radeon RX 5500 XT顯示卡如果被限制在PCIe 4.0 x8或3.0 x8通道，那麼當它降到3.0 x8時，效能下降幅度會比4.0 x8時大得多，因為它無法利用全部16個通道，而是更依賴每條通道的頻寬。
在 RTX 5090 等高階顯示卡的測試中，PCIe 5.0 x16 與 x8 模式下的效能差異微乎其微，而大幅降級到PCIe 3.0 x4 則會導致某些渲染和 AI 工作負載下效能下降約 25%。換句話說：與其專注於 GPU 運作在 x16 還是 x8 模式下，不如更應該避免在舊版本系統上降級到 x4 模式。
使用立管電纜和垂直GPU安裝的影響
玻璃側板機殼的普及使得使用 PCIe 轉接線進行垂直顯示卡安裝成為可能。這種安裝方式看起來非常酷，但也存在一個重大風險：並非所有轉接線的品質都一樣，廉價的轉接線可能會將你的顯示卡限制在 PCIe 3.0 x4 模式，或引入訊號問題，導致效能下降。
為了確保垂直安裝GPU的可靠性，建議選擇至少支援PCIe 4.0 x16的PCIe延長線，在最新一代平台上，甚至需要支援PCIe 5.0 x16的延長線。高品質的線纜能夠保持訊號完整性，並將實際性能損失降至幾乎可以忽略不計的程度，僅留下極小的、難以察覺的誤差。
相反，劣質的延長線如果屏蔽效果差或規格過時，會導致主機板和顯示卡協商使用較低的連接速度或較少的通道，從而造成幀率下降、畫面卡頓甚至系統不穩定。因此，購買前請務必查看延長線的官方規格。
如果您想查看目前系統中顯示卡的運行速度和通道數，GPU-Z 等工具會顯示「總線介面」字段，您可以在其中即時查看 GPU 是否運行在 PCIe 3.0 x16、4.0 x8 等介面上。這對於檢測由轉接卡、輔助插槽或錯誤的 BIOS 配置引起的意外限制非常有用。
M.2 配置及其與 SATA 連接埠的關係
一個經常被忽略的細節是，在許多主機板上，M.2插槽與SATA介面共用資源。這意味著，如果將M.2固態硬碟設定為PCIe x4模式，某些實體SATA介面可能會被停用。此資訊通常可在使用手冊中找到，有時也會在BIOS/UEFI資訊中顯示。
例如，在華碩 ROG Maximus IX Formula 等主機板上，如果 M.2 插槽啟用了 PCIe x4 模式，BIOS 會警告SATA 連接埠 5 和 6 將被停用。 UEFI 甚至會顯示一個專門的「M.2 頻寬配置」螢幕，清楚地標明每種模式下效能方面的妥協。
這個故事告訴我們，在盲目地將 NVMe 固態硬碟部署到 M.2 配置之前，最好先進入 UEFI，找到 M.2 配置部分，並檢查其工作模式：PCIe x4、x2 還是 SATA。模式切換不僅會影響 NVMe 的效能，還會決定哪些 SATA 連接埠保持活動狀態。
在配備多塊硬碟的NAS/家庭實驗室中，這一點至關重要。配置錯誤會導致在安裝第二塊NVMe硬碟時，兩塊硬碟從RAID陣列中消失，因為晶片組會關閉它們的端口，以便為M.2硬碟騰出通道。請務必查看手冊中的相容性列表，以免發生意外情況。
PCIe卡的實體安裝和維護
安裝 PCIe 卡相當簡單，但最好還是按照特定順序操作，以避免接觸不良或電源問題。首先，關閉電腦，拔掉電源線，然後打開機殼。尋找對應的 PCIe 插槽（例如，顯示卡所在的頂部 x16 插槽），並取下對應的擋板。
接下來，將顯示卡對準插槽，用力但輕柔地按壓，直到聽到喀嚓聲。許多主機板在插槽末端都有一個小卡扣，當卡正確就位時會發出咔嗒聲。然後用螺絲將顯示卡的金屬支架固定到機殼上。
對於需要額外電源的顯示卡或其他設備，請將 PCIe 線連接到電源。組裝完成後，合上機箱，接上電源，啟動電腦。作業系統通常會自動偵測到新顯示卡，並安裝通用驅動程序，或允許您安裝製造商提供的驅動程式。
關於維護，最重要的是保持插槽和卡槽清潔無塵，最好使用壓縮空氣。定期檢查螺絲是否鬆動，以及是否有腐蝕或物理損壞的跡象，有助於預防間歇性故障。此外，維持 BIOS/UEFI 更新也是個好習慣，因為許多版本都能提升 PCIe 頻道的兼容性和效能。如果您對電源有任何疑問，請參閱我們的指南，以了解如何判斷電源是否良好且容量充足。
典型的PCIe問題及解決方法
安裝 PCIe 卡時最常見的問題通常與卡插不牢、電源不足或驅動程式錯誤有關。如果系統無法識別該卡，則首先應關閉計算機，取出該卡，然後小心地重新插入，確保其完全對齊並完全推入到位。
如果出問題的顯示卡是高效能GPU或控制器，建議檢查所有PCIe電源介面是否連接正確，以及電源功率是否足夠。有時，電源功率剛好夠用會導致系統啟動，但顯示卡運作不穩定。
效能問題可能是由於顯示卡安裝在受限插槽中（例如，GPU 安裝在 x4 晶片組插槽中）或 BIOS 將鏈路配置為舊版 PCIe 通道造成的。 GPU-Z 或裝置管理員等工具可協助您查看連結速度和活動通道數。
在某些情況下，特定的主機板和顯示卡組合可能需要更新BIOS來修復PCIe連線中的錯誤。如果在檢查插槽、線纜和驅動程式後問題仍然存在，最好將顯示卡插到不同的插槽甚至另一台電腦上進行測試，以確定問題是出在主機板還是顯示卡本身。
如何規劃面向未來的 PCIe 配置
如果您現在要組裝一台 PC、NAS 或工作站，並且希望它能使用多年，那麼選擇一款提供多個高速 PCIe 插槽並支援PCIe 4.0 或 5.0 等新版本的主機板是明智之舉，即使您當前的硬體尚未完全利用它們。
除了顯示卡之外，還要考慮未來可能的升級：更多的 NVMe 固態硬碟、10/25/40 GbE 網路卡、擷取卡、HBA 控制器等等。一塊擁有足夠通道、間距合理的實體插槽以及CPU 和晶片組之間清晰佈局的優質主機板，將為你提供所有這些升級的空間，而無需更換平台。
此外，從一開始就正確選擇電源容量也很重要，要預留足夠的餘量，以應對未來可能出現的高功率顯示卡。同時，確保機殼有足夠的散熱空間，以容納多張擴充卡，尤其是在同時安裝高效能顯示卡、高功率網卡和多塊發熱的NVMe固態硬碟的情況下。
從我們所看到的來看，很明顯，了解 PCIe 通道的分佈情況、每個版本的限制以及 M.2、SATA 和擴展插槽的交互方式，可以讓你構建非常完整的系統：從配備 6 個 HDD、2 個 NVMe 驅動器和 10 GbE 網絡的簡易高效能 NAS，到配備多個 GPU 和實際
