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PCIe 介紹

PCIe 的全名為 Peripheral Component Interconnect Express。

PCIe 的頻寬

PCIe 的規範主要是為了提升電腦內部所有匯流排的速度，因此頻寬有多種不同規格標準，其中 PCIe ×16 是特別為顯示卡所設計。

PCI-E bus 的速度限制

PCI Express 1.1
使用兩對低電壓的差位訊號排線(low-voltage differential signaling pairs)，分別各跑 2.5GBit/s 速度，x1 有兩對(傳送與接收) 2.5 G x 2 = 5Gbps 的頻寬，不過在討論頻寬時還是以單方向來計算。

    x1 2.5Gbps (20% overhead – PCI-e 在每八個位元的資料串上用十位元來加以編碼) 2Gbps (250 MB/sec)
    x4 10Gbps 8Gbps (1 GB/sec)
    x8 20Gbps 16Gbps (2GB/sec)
    x16 40Gbps 32Gbps (4GB/sec)

PCI Express 2.0
PCI-SIG 的 PCI Express 2.0 規格，新版每條 Lane 的單向頻寬從 2.5Gbps 倍增到 5Gbps。

    x1 5Gbps (20% overhead – PCI-e 並且在每八個位元的資料串上用十位元來加以編碼) 4Gbps (500 MB/sec)
    x4 20Gbps 16Gbps (2 GB/sec)
    x8 40Gbps 32Gbps (4 GB/sec)
    x16 80Gbps 64Gbps (8 GB/sec)

PCI Express 3.0
PCI-SIG 的 PCI Express 3.0 規格，新版每條 Lane 的單向頻寬增到 8Gbps。
但因為編碼方式改變了，相較於 2.0 之前採用 8b/10b (每10個bit只有8個是有效資料)而 3.0 編碼方式為 128/130，所以資料傳輸頻寬以及原始傳輸率基本當都可以算成 8Gbps。

    x1 8Gbps (1GB/sec)
    x4 32Gbps (4 GB/sec)
    x8 64Gbps (8 GB/sec)
    x16 128Gbps (16 GB/sec)

PCI Express 4.0

    x1 16Gbps (2GB/sec)
    x4 64Gbps (8 GB/sec)
    x8 128Gbps (16 GB/sec)
    x16 256Gbps (32 GB/sec)

PCI Express 5.0

    x1 32/25 Gbps (4/3.1 GB/sec)
    x4 128/100 Gbps (16/12.5 GB/sec)
    x8 256/200 Gbps (32/25 GB/sec)
    x16 512/400 Gbps (64/50 GB/sec)

lspci 指令的解析

在 Linux 下，使用 #lspci 就可以看到目前系統所有的 PCI 裝置：
# lspci
  06:00.0 Fibre Channel: QLogic Corp. ISP2432-based 4Gb Fibre Channel to PCI Express HBA (rev 03)
  06:00.1 Fibre Channel: QLogic Corp. ISP2432-based 4Gb Fibre Channel to PCI Express HBA (rev 03)

在 PCI 的裝置使用三個編號用來當作識別值，分別為 1. "匯流排(bus number)", 2. "裝置(device number) 以及 3. "功能(function number)"。
以 06:00.0 來看，就是 bus number = 06，device number = 00，function number = 0

這 3 個編號會組合成一個 16-bits 的識別碼。

匯流排(bus number) 8bits 2^8 至多可連接 256 個匯流排(0 to ff)，
裝置(device number) 5bits 2^5 至多可接 32 種裝置(0 to 1f)，
功能(function number) 3bits 2^3 至多每種裝置可有 8 項功能(0 to 7)。

接下來透過指令 #lspci -s 06:00.0 -vvv | grep -i width 就可以得知 PCI-Express 的速度了：

# lspci -s 06:00.0 -vvv |grep -i width
LnkCap: Port #0, Speed 2.5GT/s, Width x4, ASPM L0s, Latency L0 <4us, L1 unlimited
LnkSta: Speed 2.5GT/s, Width x1, TrErr- Train- SlotClk+ DLActive- BWMgmt- ABWMgmt-
LnkCap: Port #0, Speed 2.5GT/s, Width x4, ASPM L0s, Latency L0 <4us, L1 unlimited
LnkSta: Speed 2.5GT/s, Width x1, TrErr- Train- SlotClk+ DLActive- BWMgmt- ABWMgmt-

LnkCap :
    系統能提供的最高頻寬 PCI-Express 1.0 ( 2.5G ) Width x4=10G。 如果系統是提供 PCI-Express 2.0 那 x1 速度就會是 5G。

LnkSta :
    目前該 PCI-E 裝置跑的速度 PCI-Express 1.0 ( 2.5G ) Width x1=2.5G。

LnkSta 和 LnkCap 這兩個速度有可能不一樣，例如，系統所提供的是 PCI Express 是 2.0，但裝置還是使用 1.0。

在 Linux 中，使用 Class ID + Vendor ID + Device ID 來代表 PCI 裝置：
# lspci -n
  06:00.0 0c04: 1077:2432 (rev 03)
  06:00.1 0c04: 1077:2432 (rev 03)

使用參數 -n，使得 PCI vendor 以及 device codes 以數字來顯示。
0c04: 1077:2432 所代表裝置名稱為 Class ID = 0c04，Vendor ID = 1077，Device ID = 2432。

0c04 : class 0c04 表示是 Fiber Channel controller
1077 : vendor ID 1077 製造廠商 Qlogic Corp
2432 : device ID 2432 產品名稱 ISP2432-based 4Gb Fiber Channel to PCI Express HBA

而 ID number 與 文字之間的對應關係，可以在 pci.ids 檔案中看到。
在 Ubuntu 20.04.4 LTS 的版本中，pci.ids 的檔案路徑為： /usr/share/misc/pci.ids。

針對單一裝置來檢視可以使用 -d [vendor]:[device]，剛剛使用 -n 時所查到的 PCI vendor 以及 device codes 這邊就派得上用場了。

接下來透過指令 #lspci -n -d 1077:2432 -vvv | grep -i width 就可以得知 PCI-Express 的速度了.

# lspci -n -d 1077:2432 -vvv |grep -i width
  LnkCap: Port #0, Speed 2.5GT/s, Width x4, ASPM L0s, Latency L0 <4us, L1 unlimited
  LnkSta: Speed 2.5GT/s, Width x1, TrErr- Train- SlotClk+ DLActive- BWMgmt- ABWMgmt-
  LnkCap: Port #0, Speed 2.5GT/s, Width x4, ASPM L0s, Latency L0 <4us, L1 unlimited
  LnkSta: Speed 2.5GT/s, Width x1, TrErr- Train- SlotClk+ DLActive- BWMgmt- ABWMgmt-

如果 PCIe 裝置有支援熱插拔，或是有沒偵測到裝置的情況，可以手動觸發 PCI rescan：
# echo 1 > /sys/bus/pci/rescan
再以 lspci 指令查看系統上目前所認到的 PCIe 裝置。

M.2 簡介

M.2 原先被稱為 NGFF (Next Generation Form Factor，字面意義為次世代硬體規範)。
而 NGFF 於其原生定義中，廣泛涵蓋了 PCIe、SATA 以及 USB 等硬體介面之各類裝置。
亦即，一件原本為標準 PCIe 或 SATA 或 USB 介面之裝置，可依循 NGFF 之外型尺寸規範及腳位定義，來加以重行設計，以此化身為一 M.2 型式之同款裝置。

此外，考量到 PCIe/SATA/USB 等不同介面之裝置，各自之腳位訊號與電氣特性皆存在著極大差異。
M.2/NGFF 為此定義了多組的插槽防呆位置 (或稱防呆鍵位，目前存在於實體產品之型式計有 A/B/E/M key)，來避免不同硬體介面裝置因位腳座尺寸相近，而產生混插或誤插之情事，最後導致不正常運作或損壞之困擾。

由於原有 PCIe、SATA 或 USB 之裝置皆可以轉設計為 M.2 之型式，以此 M.2 其並非專屬於 SSD 之格式規範。
其他諸如 Wi-Fi/Bluetooth、GPS 或 NFC 介面卡等，目前皆已有 M.2 格式之產品。

而這些裝置原先多屬於 USB 介面，若依循 M.2/NGFF 之設計規範，其金手指防呆鍵位與 M.2 SSD 將會有著顯著之不同(其它裝置主要採用 A/E key)。
整體而言，不同的金手指防呆位置，可讓消費者於安裝使用 M.2 裝置時，可獲得最低程度之依循法則。

M.2 SSD 之兩種主要插槽類型：B key 及 M key
目前普及在市的各類 3C 產品中，支援 M.2 SSD 之插槽共計有兩種類型：B key (另稱 socket 2) 以及 M key (另稱 socket 3)。

M.2 SSD 之兩種主要腳位型式：B+M key 及 M key
對應以上插槽之 M.2 SSD，其腳位並非一個蘿蔔一個坑的 B key 與 M key，而是具有兩個防呆缺口的 B+M key 型式，以及僅有一個缺口的 M key 型式。
對於 B key 插槽而言，B+M key 之 SSD 可以順利插入，而 M key 腳位之 SSD 則無法順利安裝。

同理，對於 M key 插槽而言，B+M key 之 SSD 可以順利插入，而 B key 腳位之 SSD 則無法順利安裝。

但是並非腳座相契合必然能夠相容運作，造成 M.2 SSD 無法正常運作之第一層原因，在於「硬體介面」之不同。
上文已說明了 M.2 可以涵蓋原本 PCIe、SATA 或 USB 之裝置，而 SSD 原本採用硬體介面的不同 (PCIe 或 SATA)，形成了 M.2 SSD 安裝後無法相容運作之主因。

在主板端的 PCIe 插槽類型，分成三種 Socket：
    Socket 1： 主要針對無線網卡，對應的防呆鍵位為 A Key。
    Socket 2： 可以支援走 SATA 及 PCIe x2 通道的 M.2 SSD，所對應的鍵位為 B Key。
    Socket 3： 則支援走 PCIe x4 通道的 M.2 SSD，對應的鍵位為 M Key。

市面上有些 M.2 SSD 產品為了能同時相容於兩種插槽，便把金手指的部分設計成 B+M Key 的形式，但是能夠插得進去，不代表就能夠正常使用。
因為某些主機板上的 M.2 插槽僅能支援 PCIe 通道，如果你插入 SATA 的 M.2 SSD，那麼就會無法偵測到，除非廠商在設計時，就已經加入 SATA 及 PCIe 的控制器，使它能夠相容於兩者，這部分各家不一，只能從主機板規格表上自行查詢。
另外，如果是走 SATA 通道的 M.2 SSD，那麼一樣會受到 6Gb/s 頻寬的限制，在傳輸效能上等同於2.5吋的 SATA SSD。

各種類型的 M.2 裝置使用「WWLL-HH-K-K」或「WWLL-HH-K」命名表示方案，其中「WW」(width，寬度) 和「LL」(length，長度) 分別表示以毫米為單位的模組寬度和長度。
「HH」部分是一個編碼形式，表示模組是單側或者雙側，以及已安裝組件的最大厚度。
模組防呆鍵位指定在「K-K」部分，使用 key ID 表示；它也可能指定為僅「K」，如果該模組只有一個缺口。

例如： 2280 就是寬 22mm、長 80mm 。

Reference：

wiki: PCI Express

Linux查看PCIe版本及速率

檢查 PCI-E 裝置的 Speed & width

M.2 SSD 選購指南 - SATA、PCIe/NVMe 掌握要訣

What is M.2? Keys and Sockets Explained

wiki: M.2