PCIe Bifurcation？PCI-e X 16 如何1轉4 M.2?

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一個簡單的問題

首先問一個很簡單的問題，一個主板能支持多少PCI-e闆卡？每個插槽的都能插什麼PCI-e設備？

看到這裡，你會說這個問題多簡單，能插多少PCI-e闆卡那就看什麼主板了，主板有幾個PCI-e槽就能插多少卡，每個槽多長就能插多長的卡唄。

事實是這樣麼？

在這裡我們來看一個主板，SuperMICRO的C7Z270-CG(選用超微主板當例子是因為超微主板的文檔說明比較全，筆者並沒有擁有這個主板)

我們從主板上可以看到，三個綠色的16X PCI-e插槽,三個黑色的1X PCI-e插槽，那麼簡單計算一下，一共應該是(16*3 + 1*3)=51X的PCI-e通道(LANE)。

但是從這個主板支持的第7代CPU Intel® Core™ i7-7700K Processor的資料來看：

這個CPU最大才支持16條PCI-e通道。

16條PCI-e通道，一個顯卡就耗光了，其他設備怎麼用的呢？這到底是怎麼回事?

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為了搞清楚這個問題，我們還是需要看一下主板廠家是什麼說明的。

我們下載一下這個主板的PDF研究一下。

文檔中，標識了每個插槽的編號。從上面靠近CPU開始數，是SLOT6至SLOT1，一個6個。然後每一個插槽的下方，我用紅色圈出來，分別寫著這個插槽的配置。

SLOT6，配置是CPU SLOT6 PCI-E3.0 x16，而SLOT3，配置是CPU SLOT3 PCI-E 3.0x8 (IN X16)

在這裡，聰明的你看出來了，SLOT3雖然物理上是全長的16X插槽，但是只能支持8X的信號通道。就算你插上16X的卡，也是跑在8X的信號上。(PCI-e可以上下兼容，16x的卡可以跑在1x, 2x, 4x, 8x, 16x)

同理，SLOT1的配置只能跑4X，雖然插槽形狀也是16X。所以16X的顯卡要想發揮全部威力，只能插在靠近CPU的SLOT6上，而不能插在其他槽位，否則只能跑8X(SLOT3)，或者4X(SLOT1)。

那麼，SLOT5/SLOT4/SLOT2是什麼情況？1X的槽位，速度就應該是1X吧？總不能變成4X或者8X/16X。

的確，1X的信號無法變成4X/8X/16X，但是細心的你會發現，文字描述有點不同，SLOT6/3/1的描述是CPU SLOTX PCI-E XXX，而SLOT5/4/2的描述是PCH SLOTX PCI-E XXX，PCH是什麼鬼？

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什麼是PCH?

我們要想弄明白上面的問題，PCH( Platform Controller Hub )是乾什麼的要弄明白。

大家可能都聽說過主板的南橋和北橋。現代主板中，北橋的大部分功能已經被INTEL集成到CPU中了，而剩下的功能，重新整合在PCH這個芯片中。

上面圖中Intel H81 Express Chipset就是PCH。和CPU通過DMI（Direct Media Interface）通道連接。

PCH連接著很多設備，比如聲卡，板載網卡，SATA控制器，USB控制器，另外還能再分出來PCI接口。這麼多設備經過PCH芯片整合之後，通過4x的DMI總線和CPU互聯。

重新回來SuperMICRO的文檔，下面是主板的方塊圖。

左邊從CPU分出來16條PCI-e通道，另外PCH-H通過DMI和CPU相連。

那麼左邊的CPU x16可以怎麼繼續拆分呢？看下圖：

原來有好多ASMedia Switch 1480芯片，可以將16x分成兩個x8+x8, 或者拆分成x8+x4+x4。也就是說，一旦你使用了SLOT1/3的插槽，那麼SLOT6就不是x16了，而是x8。

而SLOT2/4/5的插槽，則通過PCH交換出來，和其他很多設備共享DMI x4的PCI-e帶寬。

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到這裡，你應該能的出來結論，要想讓SLOT6的x16插槽滿血，那麼SLOT1/3就不能插任何設備。同樣，如果你想要PCI-e的設備，比如NVMe SSD滿血，那麼就不能插到板載那個M2 NVMe口，而是單獨通過PCI-e轉換卡插到SLOT1/3/6上面，因為那樣子可以直連CPU，時延和性能都能最優。

另外，你也看到從CPU直接出來的PCI-e只有x16，那麼如果你同時擁有x16的顯卡，和x4的NVMe硬盤，那麼就無法將兩者同時最佳化，必須有所取捨。或者換用PCI通道更多的CPU，比如LGA2066平台。

大家看到家用平台的CPU，PCI-e通道非常少。相反，工作站或者服務器CPU就不同了，PCI-e通道非常多。我們拿一個好幾年前的CPU做例子，XEON E5-2680V3看一下。

2014年Q3發布的CPU

一共有40 PCI-e個通道。如果是雙槽CPU主板，那麼將達到驚人的80個PCI-e通道！這還是幾年前的CPU。看一下最近發布的XEON scalable 白金8180

可能會比較失望，PCI-e通道才比E5 2680V3多8，48條。

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講了這麼多PCI-e的事情，回到我們的標題，Bifurcation：PCI-e通道拆分

舉一個簡單的例子：你的NVMe SSD，一般都是PCIe 4x，如果你的x16槽，能拆分一下變成4個4x，那麼將可以支持4個SSD，並且4個SSD可以同時滿血運作，那該多好！或者說x8的插槽，通過拆分可以變成兩個4x，這樣子就可以用2個SSD了！

PCI拆分本來是服務器主板的一個功能，現在下放到民用主板了。支持PCIe拆分的卡，目前有很多，比如ASUS hyper m.2 x16 card

ASRock的ULTRA QUAD M.2 CARD

還有超微的AOC-SLG3-2M2，支持8x變成兩個4x拆分

ASUS的這個卡，在支持PCI Bifurcation的主板上，可以將4個SSD同時識別，同時工作。在ZFS等環境中，將獲得最大的性能。

當然，這個功能需要主板支持才可以使用。

接下來就是大家常見的問題：我的主板支持這個功能麼?如果支持的話，怎麼才能正確設置？

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第一個問題，就是要確認主板是否支持。這個問題查詢一下主板廠家的文檔即可。比如超微的主板，X10系列之後(包括X10)，都是支持拆分的。X9系列的X9DRi-LN4F也有人說可以，我還沒測試成功。

我拿SuperMICRO X10DRL這個主板來舉例子，說一下怎麼開啟這個功能。下面是主板的外觀圖。

這個主板有一個16x插槽，插槽編號是SLOT5。

看一下主板的Block圖，SLOT5是連接到CPU1上。編號是#3 (這個編號很重要，BIOS中設置時需要使用)

有了這些信息，接下來我們進入BIOS設置界面，選高級設置選項。

進入Chipset配置

進入北橋選項

再進入IIO配置

裡面有很多拆分配置。大家可能在這裡就不知道選哪個，搞不明白。

剛才我們從文檔中得到的信息，SLOT5是編號3，所以我們在這裡找到IOU1(IIO PCIe Port3)，將auto改成x4x4x4x4即可。

保存之後重新啟動機器，就可以將4個SSD正確識別！

其他型號的主板，由於筆者沒有相關的環境，所以還需要大家自己學會看文檔搞定。

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