物聯網設備的爆炸式增長，以及資料處理從雲端轉移到邊緣，為功能強大、緊湊的邊緣電腦帶來了新要求。這些電腦必須能在惡劣的邊緣部署環境中執行複雜任務，同時保持其可靠性、耐用性和使用壽命。這促使電腦製造商推出具有 PCIe 擴充功能的小型工業電腦，這些電腦功能強大，可擴展以升級特定功能，並且超堅固，非常適合邊緣的工業部署。在本部落格中，我們將進一步討論 PCI Express 插槽，以及它們如何提升堅固型迷你電腦的性能，特別是其額外優勢。
什麼是 PCIe 或 PCI Express？
PCIe 代表週邊組件互連高速，通常縮寫為 PCI-e、PCIe 或 PCI Express，它們都是一樣的。PCI Express 是一種非常流行的高速主機板擴充匯流排介面標準，它取代了其他較舊的標準，如 PCI、PCI-X 和 AGP。與採用並行通訊的 PCI 相比，PCIe 利用序列鏈路連接架構，該架構利用點對點拓撲。這使得 PCIe 更可靠、整體速度更快，並且與 PCI 匯流排相比生產成本更低。因此，現今大多數主機板和電腦都配置了 PCI-e 插槽以實現擴展功能。
為什麼 PCIe 架構對電腦運算很重要
下一代規則
目前，PCIe 標準世代已從第一代發展到第六代。PCIe 下一代規則基本上解釋了 PCI Express 在高速連接方面的指數級發展，每個新世代都會將其連接速度加倍。x16 鏈路的 PCI-e 頻寬容量從 Gen 1 的 8GB/s 倍增到 Gen 6 的 256GB/s，其千兆傳輸速率從 Gen 1 的 2.5GT/s 倍增到最新 Gen 6 架構的 64GT/s 位元速率。然而，目前的處理器、電腦和主機板大多支援 PCIe Gen 3 架構，而新的應用程式則需要 PCIe Gen 4 的性能速度。
最新的 PCIe 架構創新比目前市面上銷售的處理器快得多，這導致具備更快 PCIe 世代速度的硬體產品商業化有所延遲。這種技術採用模式及其大規模部署的進程是正常的，因為它受到實際應用需求的影響。在本部落格文章發表之際，PCIe Gen 4 硬體產品正變得越來越普及，尤其是在資料中心的高性能運算領域。
因此，對於嵌入式運算市場，最好選擇支援 PCIe 3.0 及更高版本匯流排標準的 PCIe 插槽迷你電腦。半導體製造商不斷創新，以創造超高速處理器來支援 Gen 4 速度，例如 AMD 的第三代 Ryzen 300 CPU、AMD X570 主機板和 AMD Radeon™ RX 5000 系列顯示卡都支援 PCIe 4.0。
PCIe 尺寸類型
PCI Express 插槽有不同尺寸，標記為 x1、x4、x8、x16，這些標記實質上表示實體插槽的通道數量。一個通道由兩對訊號組成，每對用於接收和傳輸資料。配備 PCIe 3.0 的電腦以 8GT/s 的速度運行，頻寬從 x1 的 1GB/s 到 x16 通道的 16GB/s 不等，每增加一個通道可增加 1GB/s。憑藉快速的 PCIe 速度，邊緣設備可以升級強大的處理器，而無需擔心匯流排連接的瓶頸問題。
關於相容性的重要注意事項，PCIe 卡也向後相容不同尺寸和世代，但顯然會犧牲效能。PCI 和 mPCIe 卡不相容 PCIe 插槽，mPCIe 需要轉接器才能連接到 PCIe 插槽。
什麼是 Mini-PCIe 或 mPCIe？
具備 PCI Express 連接的小型電腦通常將其擴充插槽配置為 mPCIe。Mini PCI-express 或 mPCIe 是一種尺寸縮小化的 PCIe 介面，專為空間受限的設備設計。Mini PCIe 是小型電腦擴充插槽的完美尺寸，可讓迷你電腦部署在狹窄的空間和緊湊的邊緣。mPCIe 卡的尺寸範圍從全尺寸的 30 x 50.95 mm 到半尺寸的 30 x 26.8 mm。這些類型的卡具有 52 針邊緣連接器，以 0.8 mm 的高度交錯排列兩排，卡厚為 1mm（不含元件）。大多數小型電腦都在板載使用迷你 PCIe 擴充插槽，以便為空間受限的邊緣運算解決方案提供額外功能。迷你 PCIe 的主要優點是外形尺寸的標準化；有各種功能模組可以添加到電腦中。
PCIe 插槽和卡
設計最小巧的電腦並配備用於邊緣運算的 PCIe 擴充插槽，可以在邊緣的性能加速方面產生巨大影響。藉助可擴充（小尺寸）的 SFF 電腦和 PCIe 插槽，邊緣部署現在能夠克服在遠程、惡劣和空間受限環境中部署強大解決方案的挑戰。透過 PCIe 插槽，可為配備 PCIe 功能的迷你電腦配置各種性能加速器和附加功能，包括顯示卡、音效卡、RAID 控制器卡、SSD、HDD、WIFI、藍牙、SIM 卡插槽、額外的 I/O 等。因此，設計具有 PCIe 擴展性的緊湊型邊緣解決方案可以為工業運算應用程式創建功能強大的專注解決方案。例如，GPU 等性能加速器卡可用於邊緣的機器學習和推斷分析。
額外的 PCIe 插槽能做什麼？
深入了解性能加速器 | GPU、ASIC、FPGA、VPU 等。
從運算設計的各個方面來看，具有 PCIe 擴充槽的小型電腦的未來仍在快速成長。硬體加速器變得更小、更強大、更節能。電腦和主機板正在採用更快的 PCIe 世代。無線連接正以極快的速度發展，WiFi 6 和 5G 連接在邊緣推動人工智慧、機器學習和深度學習模型的新應用。所有這些因素都在推動邊緣顛覆性創新的發展。