PCI-Express規格は、現代のコンピューティングの主要規格の一つであり、ここ10年間、ほとんどのデスクトップパソコンにスロットが搭載されています。しかし、この接続は少し曖昧で、新しいPCには6つの異なるサイズのポートがあり、すべて「PCIE」または「PCI-E」と表示されています。では、なぜ混乱するのか、実際に使えるのはどのポートなのでしょうか？

pci expressバスの理解

PCI-Expressは、PCI（Peripheral Component Interconnect）システムのアップグレード版として、シリアルバスではなくポイント・ツー・ポイントのアクセスバスを使用するという、今世紀初頭に開発された当初の大きな利点を持っている。つまり、1つのバスで複数のカードや拡張機能をブロックすることなく、個々のPCIポートとその搭載カードがその最大速度をフルに活用できるのです。

平たく言えば、デスクトップパソコンをレストランに例えて考えてみてください。昔のPCI規格は、デリカテッセンのように、みんなが並んで待って、カウンターに一人いるだけでサービスのスピードが制限されていました。 PCI-Eは、バーのように、お客さんがそれぞれ決められた席に座り、複数のバーテンダーが同時に一人ずつ注文をするようなイメージです。(なるほど、お客様一人一人にバーテンダーをすぐに割り当てることはできませんが、仮に本当に素晴らしいバーだとしましょう)。各拡張カードや周辺機器は専用のデータチャンネルを持ち、コンピュータ全体がコンポーネントやアクセサリーに高速にアクセスできるようになります。

ここで、デリカテッセンとバーの例えを発展させて、その席のために複数のバーテンダーが予約されていると想像してください。マルチレーンのコンセプトはここから来ています。

ファーストレーンでの生活

PCI-Eは当初から何度か改定があり、現在では新しいマザーボードにはバージョン3の規格が一般的で、より高速なバージョン4が普及しつつあり、2019年にはバージョン5が登場する予定です。しかし、異なるバージョンではすべて同じ物理接続を使用し、これらは主に4つのサイズ：x1、x4、x8、x16があります（x32ポートも存在しますが、非常にまれで、通常、消費者向けハードウェアでは見かけません）。

物理的な大きさの違いにより、マザーボードに同時に接続できるデータピンの数が異なります。ポートが大きくなればなるほど、カードとポートの最大接続数は増えます。PCI-E規格のバージョンの違いにより、各レーンの速度が異なる。しかし、一般的には、1つのPCI-Eポートとその接続カードのレーン数が多いほど、周辺機器とコンピュータシステムの他の部分との間のデータフローが高速になります。

バーの例えに戻りますが、バーに座るお客さんがそれぞれPCI-Eデバイスだとすると、レーンx1は1人のお客さんにサービスを提供する1つのバーということになります。しかし、指定された「x4」シートに座る客には4人のバーテンダーがドリンクやフードを取りに行き、「x8」シートには8人のバーテンダーしかおらず、「x16」シートの客は、そのバーテンダーがx16」席のバーテンダーは、なんと16人もいることになる。これで、バーやバーテンダーの話はやめよう。私たちの比喩的な飲み手は、アルコール依存症の危険にさらされているのだから。

どの周辺機器がどのポートを使っているのか？

一般的なPCI Expressバージョン3.0の場合、1レーンあたりの最大データ転送速度は8Gで、これは「すべてのデータと電子的なオーバーヘッドを一度に」という意味の言葉です。現実のPCI-Eバージョン3の速度は、1レーンあたり1G/secを若干下回る程度です。

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そのため、低消費電力のサウンドカードやWi-Fiアンテナなど、PCI-E x1ポートを使用するデバイスは、約1GBpsの速度でコンピューターの残りの部分にデータを転送することができます。USB 3.0拡張カードなどのカードは、データ転送速度を4倍から8倍に高めることができ、2つ以上のUSBポートを最大転送速度で使用する場合に必要です。 PCI-E x16ポートはバージョン3.0で理論上の最大値は約15GBpsで、NVIDIAやAMDが設計したほぼすべての最新のグラフィックカードで使用されるものです。

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どの拡張カードが何チャンネルを使用するかというガイドラインは確立されていません。グラフィックカードは、データ転送を最大化するためにx16を使用する傾向がありますが、イーサネットポートが1ギガビット/秒のデータしか転送できないのに、ネットワークカードがx16ポートと16フルレーン（1バイトあたり8ビットでPCI-Eレーンの約8分の1のスループットと覚えてください）を使う必要がないことは明らかです。PCI-E搭載のソリッドステートドライブの中には、x4ポートを好むものも少なからずありますが、これらはPCI-Eバスも使用できる新しい規格M.2に急速に置き換わっているように思われます。ハイエンドのネットワークカードや一般的なデバイス（アダプタやRAIDコントローラなど）では、x4とx8が混在して使用されています。

注意：PCI-Eポートのサイズとチャンネルは同じものではありません。

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これは、PCI-E は基本的に **無しでシングル接続が可能ですが、チップセットのレーンスループットには現実的な限界がある ためです。安価なマザーボードや低価格帯のチップセットでは、たとえそのスロットにx16カードが装着できたとしても、x8スロット1つまでしか装着できないでしょう。一方、「ゲーマー」向けマザーボードには、最大4つのフルx16サイズおよびx16レーンのPCI-Eスロットが搭載され、GPUとの互換性を最大限に高めることができます。(この点については、こちらで詳しく説明しています）。

明らかに問題が発生する可能性があります。マザーボードにx16サイズのスロットが2つあり、そのうちの1つがx4チャンネルしかない場合、新しいグラフィックカード**を間違ったスロットに入れると、最大で75%も性能が低下することがあります。もちろん、これは理論上の結果であり、マザーボードのアーキテクチャ上、これほど大きな落ち込みは見られないということです。要は、正しいカードは正しいスロットに入れる必要があるのです。

幸いなことに、特定のPCIスロットのレーン容量は、通常、コンピュータやマザーボードのマニュアルに詳しく記載されており、どのスロットがどの容量を持っているかという説明もあります。マニュアルがない場合、チャンネル数は通常、マザーボードPCBのポート付近に以下のように書かれています。

さらに、短いx1やx4のカードは、長いx8やx16のスロットに物理的にフィットするように、電気接点の最初のピン配置で互換性を持たせています。物理的には少し緩いかもしれませんが、PCケースの拡張スロットにねじ込むと、十分に頑丈なカードになります。もちろん、カードの接点が物理的にスロットより大きい場合は、**できません。

したがって、PCI Expressスロット用の拡張カードやアップグレードカードを購入する際には、利用可能なポートのサイズとチャンネル定格の両方を意識する必要があることを覚えておいてください。

写真提供：Amazon Newegg