拡張カードの接続規格 PCI-Express

マザーボードの拡張スロットには、PCI-Expressという接続規格があります。略して PCIe、PCI-Eのように表記されることもあります。

現在の主流の接続規格で、市販されているグラフィックボードのほとんどはこの規格になります。グラフィックボード以外では USBボード、キャプチャボード、サウンドカードなどが使われます。

PCI-Expressが登場するまでに主流だった接続規格は AGPという規格です。旧規格であり、現在はほとんど使われていません。

AGP

AGPとは、Accelerated Graphics Portの略。2004年頃までに主流だったグラフィックボードの接続規格。より高速なデータ転送が可能なPCI-Expressの登場により現在では旧規格となっています。

AGPには、AGP1.0、AGP2.0、AGP3.0の3つの規格があり、それぞれ動作電圧が3.3v、1.5v、0.8vと異なります。また転送速度もAGP 1x、2倍モードのAGP 2x、4倍モードのAGP 4x、8倍モードのAGP 8xの4種類があります。

AGPAGPのグラフィックボード。


マザーボード上のAGP接続端子マザーボード上のAGP接続端子。スロットの色が茶色や赤色になっていることが多いです。


取り付けの際は、動作電圧、転送速度などグラフィックボードやマザーボードの仕様を確認する必要があります。

PCI-Express

2004年頃から登場したAGPに代わる接続インタフェース。

PCI-Expressにはx1、x4、x8、x16などの種類があり、このうち最も高速な転送速度を持つ x16がグラフィックボードの接続に使用されています。転送速度は AGP x8の約4倍です。

グラフィックボード

PCI-Express x16のグラフィックボード。端子の左から2cmぐらいのところに切り抜きがあります。


PCI-Express x16のスロットPCI-Express x16 スロット。グラフィックボードはここに接続します。


PCI-Express x1のスロットPCI-Express x1のスロット。グラフィックボード以外のパーツで使うことがあります。


PCIスロット切り欠けが右寄りにあるのは、PCIスロットです。近年の自作パソコンのマザーボードでは、実装されなくなってきています。


スロットの種類や数、場所はマザーボードによって異なります。

PCI-E スロット

PCI-Expressx16のスロットには、グラフィックボード以外、他のパーツも取り付けることはできます。例えば、USB3.0ボードTVキャプチャボードサウンドカードなどです。

キャプチャボードPCI-Express x1のキャプチャボード。


これらのパーツは、グラフィックボードのように x16の長さを持っているわけではなく、それよりも短くなっています。

マザーボード側の x16スロットには、これら x4やx1のものも増設は可能です。この場合、転送速度は x4 x1など増設したパーツに合わせられます。ただ x4やx1のスロットは、マザーボード上にPCI-Express x16のスロットとは別に用意されているため、通常はそこに増設することが一般的です。

PCI-Express x16のスロットは、ほとんどグラフィックボード専用と考えてもいいでしょう。

レーン

x1、x4、x8、x16はレーンともいいます。

送信用と受信用のデータ伝送路を2本束ねたもので、レーンを複数束ねることで、高速にデータを転送することができます。例えると道路の車線です。1本より4本、4本より16本の方が車の流れは早くスムーズです。

PCI-Express x16のスロットは16レーン使えて、PCI-Express x1のスロットは1レーン使われています。

このレーンの数、総数は、チップセットCPUが統合的に管理しています。

一般的にどんなマザーボードでも、グラフィックボードやサウンドカードなど複数の拡張カードを増設できる分のレーン数は確保されています。

PCI-Express x16のスロットが2つあるマザーボードで、グラフィックボードが1枚ならCPUに近い上のスロットに取り付けます。

青と黒のスロット2つある PCI-Express x16スロット(ここでは青と黒)

16レーンが使用できる上のスロットを優先的に使います。


グラフィックボードを2枚使ったりすると、x16がそれぞれx8 x8、またはx16、×4のようになります。性能のよいマザーボードやCPUは、x16、x16などフルで使えます。

PCI-Expressのグラフィックボードや拡張カードを複数取り付けて動作しないという場合は、レーン数が不足していることが考えられます。

NVMe SSD

PCI-Express x1、x16のようなスロットを使わないものの、PCI-Eで動作するデバイスにNVMe SSDがあります。

PCI-Expressのスロットとは別に、M.2スロットがあり ここにNVMe SSDを取り付けて使います。

M.2スロットM.2スロットとNVMe SSD。

主な動作転送モードは、PCI-E×4であり 4レーン使います。


従来のSATAとはインターフェースや伝送路が異なり、SATAⅢより高速な転送速度となります。

PCI-Express 3.0

PCI-EXPRESSには 2.0や3.0というものがあります。これはPCI-Expressの世代であり 転送速度をあらわしています。

  • PCI-Express 1.1・・双方向 500Mbyte/sec
  • PCI-Express 2.0・・PCI Express 1.1の約2倍、双方向 1.0Gbyte/sec
  • PCI-Express 3.0・・PCI Express 2.0の約2倍、双方向 2.0Gbyte/sec

転送速度は、1レーンあたりの速度を示しています。

単純に計算すると、グラフィックボードのPCI-Expressは 16レーンあるので、PCI-Express 2.0なら 1.0Gbyte/sec×16の速度になります。

現在のマザーボードやグラフィックボードで使用されているものは ほとんどがPCI-Express 2.0や3.0のものになります。

PCI-Express 2.0は GEN2、PCI-Express 3.0は GEN3といいます。

青と黒のスロット3.0や2.0のスロットかどうかは マザーボードの仕様書でも確認できます。


互換性はあるので、PCI-Express 3.0のグラフィックボードを2.0のスロットに、またPCI-Express 2.0のグラフィックボードを3.0のスロットに増設しても問題なく使用できます。下位互換となり、いずれか低い世代の方に速度は合わせられます。

PCI-Express 3.0のグラフィックボードは、3.0のスロットで使用すると上限の速度で使うことができます。