2023AIO服务器主板选购篇（二）：八盘M.2不是梦——如何极致利用PCIe通道

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写在前面

这一期和接下来的一期都属于主板选购理论篇，下下期会详细写主板选购推荐。但是大家既然要折腾并进行AIO服务器的DIY，光靠我推荐的CPU和主板型号是肯定不够的。建议大家认真看一下这两期主板的科普指南。

PCIe详解

PCIe是什么

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种高速串行计算机扩展总线标准，广泛应用于连接各种外设和扩展卡。

PCIe的发展可以追溯到2003年，当时推出了PCIe 1.0版本。随后，PCIe经历了多次升级，包括PCIe 2.0（2007年）、PCIe 3.0（2010年）、PCIe 4.0（2017年）以及PCIe 5.0（2019年）。

而PCIe采用点对点连接方式，每个设备拥有独立的数据通道。这种方式消除了传统并行总线上的共享带宽限制，大大提高了数据传输速率。此外，PCIe还支持双向数据传输，即发送和接收数据可以同时进行。

PCIe插槽有多种尺寸，包括x1、x4、x8、x16等。这些数字表示每个插槽的数据通道数量，通道数量越多，传输速度越快。x16插槽通常用于显卡，而x1、x4和x8插槽则适用于其他外设，如声卡、网络卡等。

PCIe具有良好的向后兼容性。例如，一个PCIe 3.0设备可以在PCIe 2.0插槽上工作，但数据传输速度将受限于较低版本的PCIe。为了获得最佳性能，建议确保主板和外设都支持相同版本的PCIe。

PCIe通道分布——以13代Z790芯片组为例

来看一张来自intel官网对于Z790芯片组简介的图：

z790-chipset

这部分就是与CPU直连的PCIe通道；

PCIE通道

而DMI（Direct Media Interface）总线是一种高速点对点连接接口，用于在计算机主板中连接中央处理器（CPU）与平台控制器集线器（PCH，也称为南桥芯片）之间的数据传输。DMI总线的主要作用是在这两个关键组件之间提供高速的数据通信。

DMI通道

而从下图即可看出，除了直连CPU的PCIe的设备，其他诸如USB、2.5G网卡、SATA存储接口等要共享DMI4.0 X8的带宽，显然这些设备在同时启用时就会相互挤占带宽，拖慢设备运行的速度。

PCH设备

PCIE通道速度

注：表中的速度数据是单向（单工）传输速度，即只包括了上传或下载的速度。实际上，双向（双工）传输速度是表中的两倍。例如，PCIe 3.0 x4的单向传输速度为3.938 GB/s，单向传输速度为7.877 GB/s。

而从上一节我们知道，主板PCH的连接速度是DMI4.0 x8的速度，查阅上表即可得出连接速度为15.754GB/s，双向速度为31.508GB/s。

我们用今年最适合用作AIO服务器的13代主板——铭瑄Z790M D5举个🌰：

铭瑄Z790M D5主板设计

图中红框圈住的地方，都是共享这DMI4.0 x8的带宽，光是这两个M.2的PCIe x4就可以占满所有的带宽。而且这还是最新的Z790芯片组。如果用的是比较旧的Z490芯片组，只有DMI3.0 x4的连接速度，那意味着PCH带宽速度就只有3.938 GB/s。根本无法满足所有设备的传输速度要求。

因此值友们应该可以明白直连CPU的PCIe通道的重要性了。因为如果我们要安装万兆网卡、甚至是40G网卡，要想跑到满速且不受其他设备部影响，就必须使用直连CPU的PCIe插槽，也就是主板第一条插槽。但如果只插网卡，即便是40G网卡，需要的PCIE 4.0的通道数大约也只是3条。如果这条插槽上只插40G网卡或万兆网卡就非常浪费了，如何充分利用好这16条通道，就是本文要解决的问题。

PCIE拆分

原理详解

PCIe拆分总的原理是将一个PCIe通道拆分成多个通道，以便连接更多的设备。这种拆分一般通过硬件实现，具体原理涉及到以下几个方面：

首先是PCIe总线架构，PCIe总线由多个点对点连接的通道（称为“lanes”）组成。每个通道由两条差分信号线组成，一条用于发送数据，另一条用于接收数据。通道可以单独使用，也可以组合成更高带宽的通道。例如，x1、x4、x8、x16等。

其次是数据传输：PCIe数据通过分组（称为“包”）在设备之间传输。每个包都有一个目标地址，用于指示其应该发送到哪个设备。这使得多个设备可以共享一个PCIe总线。

最后就是硬件设备——PCIe拆分器（switch）：PCIe拆分器是一种硬件设备，可以将一个PCIe通道拆分成多个通道。它的工作原理是在输入和输出之间进行数据包的转发和路由。拆分器可以将一个高带宽数的通道（如x16）拆分成多个较低带宽数的通道（如4个x4通道）。

拆分卡详解

通常情况下，要实现PCIe通道拆分，需要CPU、主板和PCIe拆分卡同时支持、配合使用：

CPU：PCIe首条插槽支持拆分成几条通道使用，是由CPU决定的。intel十二代之前的家用处理器支持拆分为x8x4x4使用，而十二代之后就只支持拆分为x8x8了。AMD的CPU一般均支持拆分为x4x4x4x4四条通道使用。

10900K PCIe拆分支持

主板：主板的BIOS/UEFI也需要支持PCIe拆分，以便正确配置和初始化拆分器。

如何知道我要选择的主板是否支持PCIe拆分呢，就需要用到上一期本薇教给你的技能了——看主板说明书（没看的赶快给我去看）。

华硕的主板说明书比较特殊：一般是标明支持Hyper M.2扩展卡，即表明支持PCIe拆分。

华硕主板对PCIe拆分的描述

其他主板说明书可以到BIOS设置里面找，找到如下说明即表明主板支持拆分。

技嘉b550m gaming主板说明书示例

但是如果是帮主那种过于简略的主板说明书，那就只能去问客服了，当然一般客服也不知道这个事情，建议直接打官方技术客服碰碰运气。

另外需要注意，部分服务器主板限于CPU的PCIe通道数，因此可能第一条插槽和第二条插槽共用直连CPU的PCIe通道，这个时候相当于主板已经帮你做了拆分了，这个时候就可能出现无法进行拆分，或者拆分后速度过慢的问题。

华硕Z10PA-D8示例

最后就是PCIe拆分卡了：因为我们无法直接从物理意义上将主板的PCIe插槽进行拆分，就需要使用PCIe拓展卡来提供更多的物理插槽以连接更多的设备。拓展卡可能包含一个或多个PCIe拆分器，将主板上的原始PCIe插槽拆分为多个插槽。

拆分卡购买推荐

首先是比较通用的拆分方案：将x16通道拆分为x8x4x4，x8可以接一个半高的PCIe设备，网卡、显卡、raid卡等等都可以，两条x4分给M.2接口的设备，如下图所示：

其次，仍然是拆分为x8x4x4，不过是作为hpe网卡专用，x4仍然分给M.2接口的设备：

群晖ESXiPVE4010G544+网卡固态NVME拆分卡组合适配卡10元天猫精选去购买

还有类似于这种的用于OCP网卡的拆分卡：

拆分卡正面

拆分卡背面

CX341OCP转PCIE拆分卡广达10G万兆网卡网络存储混合卡M.2扩展343元天猫精选去购买

然后，如果是AMD或者部分服务器主板，支持拆分为x4x4x4x4，那么可以用这种拆分为四条M.2接口的扩展卡：

乐扩m2硬盘四盘位pcie4.0转nvme拓展扩展接卡2280转接卡PCIE拆分99元天猫精选去购买

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佳翼（JEYI）PCIeX16四盘扩展卡带散热盒PCIE信号拆分阵列卡iHyper-M2X16PRO269元京东去购买

或者扩展为4个U.2接口，用来接U.2固态：

乐扩PCIE转4口U.2转接转换卡pcie4.0支持nvme的U.2需主板支持拆分145元天猫精选去购买

CEACENTANU04PE16U.2NVMe四口扩展转接卡需主板拆分PCIe3.0X16含两条线材299元京东去购买

最后，如果你是最新的十二代、十三代主板，只支持拆分为x8x8也可以使用上述设备，只不过最后一条或两条的M.2接口的设备无法使用。或者使用以下PCIe拆分卡，不过这种拆分卡就需要你的机箱支持或者和PCIe延长线配合使用了：

PCIEx16拆分卡转接卡插槽一分二X16转X8X8双显卡插槽PCI-E4.0/3.0PCIEX16一分二两槽距A款477.75元京东去购买

魔羯MOGEPCI-E4.0显卡延长线转接线PCIEx16转x16连接线90度竖装无损传输200mm支持4090显卡MC22314215元京东去购买

PLX拆分卡购买推荐

如果你的主板不支持PCIe信号拆分，是不是就无可奈何了呢？当然也不是，我们可以借助PLX芯片进行通道拆分：

PLX芯片是一种常见的PCIe拆分器（switch），由PLX Technology（后被Avago Technologies收购，现为Broadcom的一部分）开发。

很多高端的工作站主板上，比如x299，会自带PLX芯片，以增强主板扩展性：

如果我们的主板上没有PLX芯片，我们就需要自行购买自带PLX芯片的拆分卡了。但说实话，此类拆分卡价格过高，不如直接在选购阶段直接购买支持PCIe通道拆分的主板。

ASM2824，80Gbps：

麦沃（MAIWO）KCSSD7M.2转接卡NVMePCIeX16台式机固态硬盘raid阵列卡KCSSD7PLUS999元京东去购买

佳翼NVMe阵列卡PCie转M.2转接卡四盘SSDASM2824主控带涡轮风扇｜佳翼X4X4官方标配｜涡轮风扇+全铝散热片+40片高导系数硅片1199元京东去购买

PLX8724，80Gbps带宽：

EB-LINKPCIeX8转四口SFF8643接口转SFF8639U.2转接卡NVMeSSD固态硬盘扩展卡主控PLX8724980元京东去购买

GRISPCI-EX8转4个NVMEM.2阵列卡Raid电脑SSD固态硬盘PLX8724服务器1380元京东去购买

PLX8747，128Gbps带宽：

EB-LINKPCIe3.0X16转M2扩展卡四口M.2接口NVMe转接卡SSD固态硬盘四盘位满速主控PLX8747带风扇散热1650元京东去购买

EB-LINKPCIe3.0X16转M2扩展卡四口M.2接口NVMe转接卡SSD固态硬盘双面四盘位满速主控PLX8747带风扇散热1500元京东去购买

芯梦达PCIe3.0X16转4口M.2NVMe固态硬盘扩展卡RAID转接卡PLX8747主控卡双面4接口(支持2U半高服务器)PCIe3.0X16转4口M.2NVME转接卡1080元京东去购买

注：支持PCIe拆分的主板型号会统一放在AIO专栏第九期（《主板购买推荐》）里面，预计本周放出。

总结

本期主要给大家讲了一下主板的PCIe通道原理，以及其在增强AIO服务器扩展性上的应用。不同于机架式服务器机箱，在寸土寸金的AIO机箱里面，能尽可能地多塞下扩展卡就是王道。

下期预告：如何充分运用主板的各个接口，以最大化AIO服务器的扩展性。

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