谁也阻挡不了PCI Express时代的来临。然而，在华丽舞台上争先恐后的NVIDIA和ATI，却在相同的金手指下上演着不同的戏法……
八年后的又一次改革大潮
本文作者：{PCHOME特约撰稿人}飞雪/YOYO
前言
谁也阻挡不了PCI Express时代的来临。然而，在华丽舞台上争先恐后的NVIDIA和ATI，却在相同的金手指下上演着不同的戏法……
八年后的又一次改革大潮
1996年7月，Intel推出了AGP（Accelerated Graphics Port，加速图形端口）规范，该规范从AGP 1.0、2.0到目前主流的3.0（AGP 8X），不断地提升着数据传输带宽，为显卡大量的3D特效处理提供支持。五年后（2001年）的春季IDF上，Intel再次宣布要启用一种全新的技术作为计算机系统的内部连接，并称之为第三代I/O总线技术（3rd Generation I/O，也就是3GIO）。2002年，3GIO被正式命名为PCI Express。直到今年在德国汉诺威举行的CeBIT展会上，真正采用PCI Express总线的硬件产品才正式亮相。这当中最引人注目的，除了Intel的915/925芯片组主板外，当属采用PCI Express X16接口的显卡。不过有意思的是，虽然NVIDIA和ATI均已在PCI Express舞台上崭露头角，但是两家图形巨头在PCI Express的实现方式上却有着巨大的不同……
计算机总线发展历程
“原生”派与“桥接”派之争
在2003年秋季IDF上，ATI在Intel的平台上展示了世界上第一款PCI Express显卡。ATI这样描述了他们的这一产品：“PCI Express是未来十年PC工业最受瞩目的改进，我们已经开发出支持PCI Express的“原生（Natively）”芯片。随着工业过渡到PCI Express，更多的芯片组厂商和主板厂商使得消费者开始使用这种技术，ATI将能提供完全可以利用PCI Express所有优势的图形芯片”。
ATI展示全球第一款PCI Express显卡
同样，在2004年春季IDF上，人们得到了另外一个惊人的消息：业界龙头NVIDIA最新的GeForce PCX系列图形芯片并非“原生”PCI Express芯片，而是通过NVIDIA自行研发的PCI Express HSI（High Speed Interconnect，高速互连）技术——采用AGP转PCI Express桥接芯片来实现对PCI Express接口的支持。
此消息一传出，业界一片哗然！因为这意味着GeForce PCX系列图形芯片并非真正意义上使用PCI Express技术的芯片，而是一个相对折中的“桥接”方案，这让早已等候PCI Express多时的人们感到非常意外。
ATI的“原生”与NVIDIA的“桥接”PCI Express解决方案的异同
通过上图我们可以了解到，PCI Express系统由Root Complex（根联合体）为中心枢纽，各种端点设备（直接或者通过交换器）组合而成。其中“PCI Bridge”部分所表示的是可以支持PCI设备的PCI桥接设备，通过它可以实现对于老的PCI设备的支持。PCI Express在软件层上兼容PCI，但是在底层上却无法直接兼容，因此需要借助于桥接芯片来实现，但这势必会影响实际的传输速率。
虽然在IDF上NVIDIA特别强调说：“HSI桥接芯片的应用将不会影响其利用PCI Express总线技术的主要优势，并且其不会影响带宽”，但从技术上分析，这种说法显然难以令人信服。
“原生”PCI Express显卡工作示意图
如图可见，由于HSI依然采用的是AGP 8X传输协议，其数据传输速率峰值依然只有2.1GB/s，这对于上/下行带宽都为4GB/s的PCI Express X16规范来说无疑是一种局限。
两派之间的口舌之争
“原生”派奉行直走
以ATI为代表的PCI Express“原生”派认为：“原生产品可以让升级到PCI Express总线系统的用户全面地利用这项全新的总线技术的所有优势，而桥接产品的骨子里依然是现有的PCI/AGP总线技术，用户只是购买到了一个‘可以’用在PCI Express总线系统中的产品而已”。真正的PCI Express是从AGP的技术发展而来的，它的优势主要包括：
不仅如此，ATI还举了一个应用的实例，来证明“原生”PCI Express显卡相对于“桥接”PCI Express显卡的优势。
当显卡在进行HD（高清晰）视频编辑过程时：
1.系统从HD摄像机下载视频数据到内存，然后写入到硬盘
2.处理器从系统内存读取视频流进行解码然后写入显存
3.显卡显示视频流
4.编辑完毕的视频流再写回系统内存
在高分辨率视频编辑过程中，PCI Express X16能够充分显示其4GB/s上下行能力的优势。而AGP总线则只能提供266MB/s的上行能力，因此在从显存读取数据到内存的过程将会很慢，而且由于其是半双工，上行的时候将无法下载。桥接PCI Express显卡的弊端在这种应用中将会原形毕露。
此外在游戏运行过程中，现在的3D GPU会产生大量的浮点数据，也同样需要“宽敞”的通路来运送这些数据。由于以前的AGP传输能力的限制，游戏开发者会尽量地避免GPU和CPU之间频繁交换数据，所以虽然GPU的处理能力在增加，但是部分运算还是被安排到了CPU。PCI Express总线使得现在的游戏开发者消除了这方面的顾忌，他们可以把更繁重的任务交换给GPU，让CPU进一步的解放，并提升游戏的AI（人工智能）。
来自“桥接”派的回应
面对上述猜疑和攻击，NVIDIA方面迅速做出回应：“由于HSI芯片是直接安置在显卡上的，通向图形芯片的信号长度非常短。因为不存在原来AGP插口以及主板等限制，工程师可以更自由地进行设计。通过在电路板上进行一些附加设计，NVIDIA能够将AGP的带宽峰值提升至AGP 16X（4.2GB/s），而非大家所猜想的只有AGP 8X（2.1GB/s）的速度”。
另外，虽说PCI Express X16上下行传输速率各有4GB/s，但这只是理论速度。由于PCI Express是采用串行数据包来进行数据传输，数据线要同时分担地址、数据、控制信号、错码等，因此有效传输率只有大概3GB/s（根据64B数据包来作计算）。加上一般显卡主要是作数据下传（由CPU到GPU），上传的3GB/s带宽（由GPU到CPU）根本不能尽用，一般只需1GB/s。结果总的有效带宽只有4GB/s，而非理论上的8GB/s。由于AGP 16X是采用并联传输方式，所以有效传输率能达到理论上的4.2GB/s，足够支持PCI Express X16所要求的总频宽。总结以上分析，NVIDIA的HSI桥接方案是绝对有效及可行的。
产品金手指上方可以看到盖着散热片的桥接芯片
除此之外，桥接技术还有一个好处就是可以让现有的产品迅速获得进入PCI Express世界的“通行证”。我们知道，从原本的AGP 8X转换到PCI Express必须对显卡的图形核心、PCB布线等部分重新设计，也就是说必须对原有生产线进行改造，这势必导致生产成本的增加和量产时期的延长。而NVIDIA的“桥接”方式虽是“过渡”方案，但却能尽可能少地改变原有设计。这既能够节省对生产线的投入（相对于完全转变为PCI Express的方案来说），又能加快PCI Express显卡的量产速度，而且也能为显卡厂商提供更加灵活自由的选择——采购“同一种”芯片，既可以生产AGP 8X接口的显卡，也可以生产PCI Express接口的显卡，生产环节也易于管理和控制。
如何抉择：显卡厂商的难题
如何抉择——显卡厂商的难题
对比两家图形芯片厂商的解决方法，作为下游的显卡制造商则面临着选择的难关。如果选择“桥接”方案，虽然能够尽可能快地生产出PCI Express接口显卡，而且生产线改动不大，但却需要额外购买桥接转换芯片。有消息透露，在显卡上设立桥接芯片将增加不低于5美元的成本，这对于目前价格战白热化的显卡厂商来说无疑是噩梦，成本的提升会直接导致该类产品市场竞争力的下降。相反，如果采用“原生”方案，虽然省去了桥接芯片这道“关卡”，但是却要面临量产时间较晚、生产线改动较大等问题。如何适当调配自己的资源应付这两种不同的PCI Express解决方案，已经成为目前显卡厂商迫切需要解决的问题。
不可忽视的“幕后”力量
如果说NVIDIA和ATI是演员的话，那么芯片组厂商则可以比喻为编剧或者导演，而Intel无疑是这场“戏剧”的总策划。无论PCI Express规范显卡设计得如何好、性能如何强、成本如何低，没有适当的使用平台也是白搭——这也是PCI Express从2001年提出至今才有正式产品的原因。在这个环节上，芯片组厂商起着绝对主导的作用。不过有趣的是，经过我们观察，发现不同的芯片组厂商在PCI Express的推广策略上也存在着差异。
1.大刀阔斧的Intel
在Intel即将普及推广的Alderwood/Grantsdale芯片组蓝图上，我们只看到对PCI Express X16的支持却看不到AGP插槽，这就是说Intel打算搞“一刀切”——使用Alderwood/Grantsdale芯片组主板的用户只能购买PCI Express X16接口的显卡。这与当初AGP规范开始普及时AGP插槽与PCI插槽并存的情况完全不同，这样的做法可以借助Intel在电脑平台上的巨大影响力让PCI Express迅速普及，但却在一定程度上限制了用户的选择余地。
2.双管齐下的VIA
与Intel相比，威盛在PCI Express的推广上则显得“温和”不少。从威盛的芯片组蓝图上可以看出，即将到来的PT890/KT890芯片组都采用AGP 8X与PCI Express X16“并存”的方式——芯片组本身既支持AGP 8X接口，也支持PCI Express X16接口，主板厂商可以根据自己需要在主板上安置其中一种接口（不能同时存在两种接口）。之所以采取这样的市场策略显然与威盛自身的市场定位有关，在Intel大刀阔斧的时候威盛适时吸纳老用户，“多条腿走路”不失为一种稳妥的做法。
3.耍花样的NVIDIA
NVIDIA已经在开发下一代芯片组CK8-04/Pro，该芯片除了支持AMD的Athlon 64位处理器外，还增加了对PCI Express X16以及HD Audio等功能的支持。有消息称CK8-04/Pro甚至还能对PCI Express X16进行超频（称之为PCI Express X20），通过频率的提升令带宽再度提升，但这是否与因采用桥接芯片而限制了带宽的NVIDIA PCX系列产品存在抵触？尚不清楚。或许这更能让我们肯定“桥接”只不过是NVIDIA的短期过渡方案，其“原生”产品可能会很快（今年的第三或第四季度）推出——这也正是CK8-04/Pro的推出时间。
此外值得注意的是，NVIDIA、ATI与Intel的关系及市场角色并不尽相同。ATI在Intel开发3GIO规范之初就成为了Intel的紧密合作伙伴，并且共同开发制订了PCI Express 1.0版规范。而NVIDIA于这个规范正式发布的2月后（2002年9月9日）才成为PCI Express英特尔开发者网络（Intel Developer Network）的成员。而且NVIDIA作为目前图形芯片领域的巨头，却在芯片组方面有着越来越大的影响力，这多少有点让Intel如坐针毡。
看清PCI Express X16
Intel的彻底升级、VIA的双项选择、NVIDIA的桥接方案、ATI的原生产品……一切的一切似乎都预示着PCI Express的普及道路并不平坦。从上游的芯片组厂商乃至下游的显卡和主板厂商，PCI Express的发展过程中依旧存在着不少变数。如果说AGP是纯粹为了让显卡能够有更高的数据传输带宽，那么在PCI Express X16上我们则还能看到了几种不同的市场策略与厂商们的利益之争。
对于一般用户来说，因鲜有人需要经常进行HD视频编辑或运行大纹理的3D处理——PCI Express X16的高带宽并不能立马得以体现，因此在PCI Express X16显卡正式推出到普及的这段日子里，它只是一个厂商叫卖的手段而已。我们不能否认PCI Express是一项很先进的技术，它代表着未来的发展方向，但它的优势同样也只会存在于未来。
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