PCIe: PCI Express の技術概要
誤解：16レーンのPCIeスロットは常に16レーンを有効にする
混乱するかもしれませんが、x16 PCIeスロットは16レーン構成とは異なります。
PCI Express規格は分かりにくい場合があります。まず、物理スロットについて考えてみましょう。一般的にはx1、x4、x8、x16と呼ばれます。これらの名称は、スロットの物理的なサイズと、そのスロットに挿入されたカードがアクセスできるPCIeレーンの最大数を表しています。
小型のカードは長いスロット（例えば、x8またはx1のカードをx16スロットに）に挿入できますが、大型のカードは短いスロット（例えば、x16のカードをx1スロットに挿入）には挿入できません。まれな例外を除き、グラフィックカードはほぼ全て16レーンのリンクで通信するように設計されているため、対応するスロットが必要です。PCIe仕様では理論上、スロットあたり最大32レーンまで対応可能ですが、x16を超える長さのものはこれまで見たことがありません。
PCIe 32x スロット/カード?
あまり知られていない事実ですが、PCIe仕様では理論上、どのスロットでも最大32レーンまで使用できます。しかしながら、16レーンを超える幅のスロットは見たことがありません。32レーンスロットの物理サイズは非常に大きくなり、ATXフォームファクターのマザーボードに実装するのはほぼ不可能でしょう（ルーティングが困難になるため）。
例えば、16レーンのグラフィックカードをx16スロットにきちんと装着したとします。これは、16レーンのリンクを介してデータを転送しているという意味でしょうか？そうかもしれませんし、そうでないかもしれません。各スロットにアクティブに関連付けられているレーンの数は、ホストアーキテクチャ（HaswellやHaswell-Eなど）、ブリッジチップの有無（PLXのPEX 8747など）、そして周囲のスロットにインストールされているカードの数（ほとんどのマザーボードのハードウェアストラップは、使用率に基づいてレーンを動的に再構成します）によって異なります。したがって、x16スロットは16レーン、8レーン、4レーン、あるいは1レーンがアクティブで動作することもあります。確実に確認できる唯一の方法はGPU-Zなどのツールを使用することですが、それでも信頼性が低い場合があります。
あまり詳しく説明はしませんが、Intelの「プレミアム」LGA 2011インターフェース（Core i7-4820K、-4930K、4960XなどのIvy Bridge-EベースのCPUをサポート）とIntelの「メインストリーム」LGA 1150インターフェース（Core i7-4770KなどのHaswellベースのプロセッサをサポート）の大きな違いは、ハイエンドプラットフォームがネイティブで最大40レーンの第3世代PCIeを提供していることです。これは、x16/x16構成で2枚、x16/x16/x8構成で3枚、またはx16/x8/x8/x8構成で4枚のカードに十分な容量です。一方、LGA 1150は16レーンに制限されているため、x16では1枚のカード、x8/x8では2枚のカード、CrossFireではx8/x4/x4では3枚のカードを接続するのに十分な接続性を提供します（Nvidiaは4レーンリンクを使用したSLIを許可していません）。もちろん例外もあります。IntelのCore i7-5820Kは2011ピンソケットに収まりますが、PCIeコントローラーは意図的に28レーンに制限されています。
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LGA 1150プラットフォームで利用可能なPCIe接続の制限を回避するため、ハードウェアメーカーはスイッチのように動作し、より多くのPCIeレーンへのアクセスを可能にするPCIe「ブリッジチップ」を使用しています。こうしたチップの中で最も有名なのは、PLXのPEX 8747です。これはPCIe Gen 3スイッチであり、安価ではありません。Mouserでは少量販売の場合、1個あたり約100ドルで販売しています。OEMは大量販売の場合、価格交渉に応じる可能性がありますが、それでも高価な部品であることに変わりはありません。このチップだけでも、主流のLGA 1150マザーボードと愛好家向けLGA 1150マザーボードの価格差が約200ドルから300ドル以上に跳ね上がっています。
しかし、帯域幅の観点から見ると、これらすべては何を意味するのでしょうか?
ご覧のとおり、PCIe の世代が進むにつれて、帯域幅は実質的に前世代の2倍になっています。PCIe 3.0の4レーンはPCIe 2.0の8レーンにほぼ相当し、PCIe 2.0は第1世代のPCIeの16レーンにほぼ相当します。
2015年に予定されている第4世代は、現在のテクノロジーとの下位互換性を備えています。PCIe 3.0（および2.0）グラフィックカードは、少なくともインターフェースの観点からは、当面の間最新の状態を維持すると予想されます。PCIe 4.0について既にご興味をお持ちの方は、PCI-SIGが提供するPCIe 4.0に関するFAQをお読みください。
ただし、必要な帯域幅の大きさについての質問にはまだ答えていません。
