62c1d7cff9ad1c3f36442b8716d20934 Intel 在 Ivy Bridge-E 旗艦平台推出後,已經非常久一段時間沒有任何後續更新,同時也沒有廠商為其加入 M.2 或者是 SATA Express,這些 Z97 晶片組的特色功能。其原因在於產品週期已至末期,處理器從 13 年 Q3 推出至今將屆一年,而配套的 X79 晶片組自 11 年 Q4 推出至今早已顯現疲態。

難題 1:處理器規格丕變

在 Intel Ivy Bridge-E 平台上,不論高低階產品,處理器內建的 PCI-E 通道數量都是 40 條。規格是 PCI-E 2.0/3.0 共存,其中 PCI-E 3.0 端看各家主機板廠商是否將之開啟與導入主機板設計中。

而即將上市的 Haswell-E 平台,將分為 2 種類型處理器,高階會擁有 8 個實體核心、16 執行緒,同時內建 40 條 PCI-E 3.0 通道。而低階則是從原先 Core i7-4820K 的 4 個實體、核心 8 執行緒,提升為 6 個實體核心、12 執行緒,但 PCI-E 3.0 通道數量會縮減為 28 條。這次新平台所面臨到的第 1 個難題,是主機板設計必須要相容 2 種 PCI-E 通道數量完全不同的處理器。

Haswell-E 處理器 PCI-E 通道將會有 3 個埠,28 條通道的處理器分配將為 Port #1:最高 4 條、Port #2:最高不超過 8 條、Port #3:16 條。40 條通道的處理器則是會分配成 Port #1:8 條、Port #2:16 條、Port #3:16 條。這 2 種不同規格的處理器,都具備 16 條通道可以拆分為 2 條 8 通道的規則,也就是 28 條最多可以拆分為 x8、x8、x8、x4,而 40 條最多則是 5 x 8。

▲Haswell-E 最大的硬體差異將會是在 PCI-E 通道數量上。

通常一張家用主機板上,最多可以塞入標準 PCI-E Slot 為 7 條,有些產品會因處理器插槽下移,而更改設計為 6 條。不論哪一種設計,它們之中將會有 1 條 PCI-E x16,但不一定為獨占頻寬設計,可能得和其他 x16 或者 x8 插槽共享頻寬。如 EVGA X99 FTW,即具備 5 條 PCI-E x16 3.0 插槽,頻寬由處理器提供。1 條 PCI-E x4 2.0 插槽,頻寬由晶片組提供,還有 1 條空缺插槽,介於 PCI-E x16_1、PCI-E x16_3 之間,該位置因目前顯示卡大多為雙槽設計,而直接取消。

但具體來說,X99 FTW 還是一張標準 7 槽主機板。這邊問題點就出現了,28 條版本的低階處理器,就算靠拆分也至多只有 4 個有效通道可以分配給予 PCI-E 插槽,顯然會因此有 1 條插槽是無法擁有頻寬。同時又因為要滿足 40 條版本的高階處理器,就會將會出現重疊、空缺地帶。

原因在於通常 1 條插槽,會對應處理器 PCI-E 通道內的其中 1 個埠,也就是兩者之間是具備因果關係。例如在 PCI-E x16_1 插槽上導入 Port #1,那麼不論在哪一種處理器上,這條插槽所具備的頻寬至多就只有 x8,相對來說搭配低階版本將僅具備 x4 頻寬,在高階版本才會提昇至 x8。在圖表中就可以發現 Port #1、Port #2 空缺,Port #3 重疊的關係,這造成主機板設計上面的困難。

編輯將會藉由 EVGA X99 FTW、微星 X99 Prototype 進行解析,兩款主機板設計是完全迥然不同的概念,將分析這些設計上的好處與盲點。

EVGA X99 FTW 為標準 7 槽位主機板,優點為最高可以安裝 4 張雙槽顯示卡進行串接。在硬體設計上,第 3 條 PCI-E x16 插槽是使用率極低的插槽,也是這一次最先被開刀插槽。原因在於高、低階處理器原先就差距 1 條可用頻寬,顯然這個插槽,剛好可以將這個差距縮至最小,且影響不大。

解決了可用頻寬差距後,接著就是解決插槽對應埠的問題,可以看到僅有第 1、4 條插槽標示為 PCI-E x16/8,其餘插槽皆為 PCI-E x8,這時候就可以將之視為 5 x 8,或者是 3 x 8。為什麼會看成 3 x 8,這邊必須要提到主機板上具備 2 組 Quick Switch,這是 PCI-E 通道分配切換晶片,也就是 5 x 8 是藉由拆分 2 條 16 通道而來,而在低階版本則是僅能拆分 1 條,這邊我們就直接將之簡化。

然主機板設計習慣將第 1 條 PCI-E x16 插槽頻寬填滿,這邊就可以推斷出該插槽頻寬導入的源頭為 Port #3,而第 2 條則是藉由 Quick Switch 與第 1 條共享,第 4 條則是很明顯的 x16/x8 頻寬。唯一具備該條件且沒有占用問題的埠則是 Port #2,且第 3 條 PCI-E x8 是藉由 Quick Switch 拆分第 4 條頻寬,在低階版本則是因不具備 x8 頻寬,所以就成為無頻寬插槽。而在最後 1 條插槽上,x8 頻寬則是由最後剩下的 Port #1 提供,在低階版本處理器則是會變為 x4 頻寬。

▲EVGA X99 FTW 具備多條 PCI-E 插槽。

▲EVGA X99 FTW 主機板插槽頻寬分配表。

而微星 X99 Prototype 則是屬於 6 槽位主機板,最頂端因處理器插槽位置下移,而取消第一槽的設計,同時僅具備 1 組 Quick Switch,那非常簡單可以理解為 3 x 8 + 16,或者為 3 x 8,只進行 1 次頻寬拆分。另外由於第 1、2 條插槽都是 x16 頻寬設計,且第 2 條應為可拆分的 x16 頻寬,那麼就可以立即判斷 Port #3 是導入這條插槽之中,也可藉由拆分將頻寬分享至第 3 條插槽。而 Port #2 則是導入第 1 條,而第 4 條插槽則是為 Port #1,設計非常簡單。

▲微星 X99 Prototype,具備 4 條 PCI-E 插槽。

▲微星 X99 Prototype 主機板插槽頻寬分配表。

兩張主機板都各別有優缺點,如 EVGA 與微星最大的硬體差距,4 way 顯示卡串連的可行性,微星的硬體設計上並不容許雙槽卡進行 4 way 串連。按照這個設計最多為 3 張,高階處理器上也都可以得到完整 2 條 x16 頻寬,但 EVGA 會出現插槽無頻寬的問題。而微星則是不會有這種問題,但相對就是犧牲多顯示卡串連的契機,也是 6 槽位與 7 槽位之間最大的差距。

難題 2:晶片組規格更為複雜

Haswell-E 平台除了新處理器之外,還有新的 X99 晶片組,與 X79 不同之處在於導入了 Z87 之後獨有的 Flexible I/O 技術,可重新定義晶片組通道所適用的裝置。

Flexible I/O 是 Intel 為了讓晶片組具備更靈活調用通道而更改的設計。在以往晶片組功能上,SATA 就是 SATA,沒有其他可能性,而 Flexible I/O 的出現則是可以將 SATA 定義成為 PCI-E 通道。在 X99 上,總共擁有 22 個裝置,其中具備 4 個 USB 3.0、6 條 PCI-E、8 個 SATA 6Gb/s。另外缺少的 4 個裝置則是可以被定義為 USB 3.0、PCI-E 或者是 SATA 6Gb/s,但至多只能定義 2 條 PCI-E,也就是最多只能擁有 8 條 PCI-E 而不是 10 條。

這可以讓廠商更靈活的運用 2 條 PCI-E 通道,將之重新被定義成為 M.2 或者是 SATA Express,且不需要額外晶片即可達成。就如同目前 Z97 上,各廠商常見 SATA 6Gb/s 與 M.2 共用的設計,即是透過 Flexible I/O 所達成。

另一個問題點在於雖然宣稱 8 + 2 SATA 6Gb/s,但實際上這是由 2 顆控制器所組合而成,藉由 6、4 的組合達成 10 組數量,理論上是沒有辦法跨控制器組建 RAID。若是取 2 個 SATA 6Gb/s 用作於 M.2 且不共用頻寬,則是會出現最多 4 + 4 的硬碟組合,也就沒有辦法組成高於 4 顆裝置數量的 RAID 模式。若為了達成 10 個 SATA 6Gb/s,那麼必然就只能透過犧牲 USB 3.0,或者是屈就於 6 條可用 PCI-E 通道。但由於目前高速裝置陸續抬頭的狀況下,PCI-E 通道上面的取捨則成為了非常大的設計難題之一。

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