问题

为什么许多消费级主板都要设计被显卡挡住的PCIe槽?

回答
好家伙,你这问题问到点子上了!很多人装机,看着那个PCIe槽被显卡死死压住,心里都痒痒的,但又不知道为啥。这事儿说来话长,背后是技术演进、成本控制和市场需求多种因素在博弈的结果。

咱们得先捋清楚,主板上的PCIe槽可不是长得一模一样的。最常见的,也是最显眼的,就是那长长的、带宽最高的那个,专门给显卡准备的。然后旁边可能还有一些短的,或者长但金手指部分接口没那么多,这些就是给其他扩展卡用的,比如声卡、网卡、采集卡、NVMe SSD转接卡等等。

你说的“被显卡挡住的PCIe槽”,我猜你主要指的是在显卡插满的情况下,它后面或者旁边那些更短的PCIe x1、x4槽。那些长长的PCIe x16槽,一般都设计在最上面,最核心的位置,不太容易被另一块显卡挡住,除非你玩双卡交火,那另当别论。

那为什么要把这些槽设计在那里,然后让显卡挡住呢?这里头有几个原因,咱们一个一个掰扯:

1. 信号完整性与布局的妥协:

最关键的PCIe x16槽位置: 显卡对带宽和延迟要求最高,所以最主要的PCIe x16槽(通常是CPU直连的那条)必须设计在离CPU最近、信号路径最短、干扰最小的地方。这通常就意味着它要占据主板最显眼、最方便的位置。
其他PCIe槽的优先级: 那些短的PCIe x1、x4槽,虽然也重要,但它们通常承担的任务对带宽和延迟的要求没那么苛刻。比如一条千兆网卡,或者一块入门级的独立声卡,它们需要的PCIe通道数很少,对信号质量的要求也没有那么极致。
布局的“黄金法则”: 主板设计就像一个棋盘,每一颗棋子(元器件)都要有自己的位置。CPU是核心,内存插槽要靠近CPU,VRM(供电模块)也要离CPU近,方便供电。PCIe通道的布线也是如此,要从南桥或者CPU那里引出来,尽可能缩短走线长度,减少信号衰减和干扰。
显卡是“巨无霸”: 现代高性能显卡,尤其是那些三风扇、双卡槽厚度的大家伙,体积巨大,占据了主板很大一块区域,并且还向下延伸。工程师在设计主板时,就得考虑如何在这块“有限的土地”上安插尽可能多的功能,同时还要保证核心功能(CPU、内存、主显卡)的正常工作。
就近原则与“最优解”: 有些短的PCIe槽,可能是南桥(PCH)提供的通道,南桥芯片本身就固定在主板的某个位置。而显卡插槽的位置也基本固定。那么,当工程师想为一些次要的扩展设备提供接口时,自然就会在显卡插槽附近或者下方寻找可用的布线路径。而显卡那么大一块,不可避免地就会把它下面的槽给“盖住”。这是一种布局上的妥协和“最优解”,在保证主要功能和整体布局合理的前提下,牺牲了部分槽位的即时可用性。

2. 成本控制与空间利用率:

成本是永恒的主题: 主板的设计不仅仅是技术问题,更是成本问题。每一层PCB(电路板)的面积、每一颗电容、每一个电阻,甚至每一个走线层,都是成本。
最大化利用每一寸空间: 为了让主板的功能更丰富,满足不同用户的需求,制造商需要在有限的PCB面积上塞入尽可能多的接口和功能。显卡插槽下方或者侧面的那些短槽位,虽然可能不常用,但它们提供了额外的扩展可能性。
“能放就放”的思路: 在PCB设计时,工程师会考虑所有可能的扩展场景。即使显卡挡住了,用户也可以通过转接线、或者将显卡升级成更薄的版本,或者直接拆下显卡来使用这些槽位。与其完全不设计,然后让用户投诉“没有扩展槽”,不如设计上,只是暂时被挡住。这是一种“宁可被挡住,也不可没有”的策略。
不同型号的取舍: 即使是同一代的芯片组,不同价位的主板,其PCIe槽的数量和布局也会有所不同。高端主板可能设计了更多的槽位,并且会更巧妙地安排布局,尽量减少遮挡。而入门级主板为了控制成本,槽位数量就没那么多,布局也可能更“拥挤”。

3. 用户实际使用习惯的分析:

主要扩展设备是显卡: 大部分消费者购买主板,最核心的需求就是插一块性能不错的显卡。这块显卡的使用频率最高,也决定了电脑的大部分性能。
其他扩展设备的需求相对较低: 像声卡、网卡、采集卡等,虽然有用户群体,但相比显卡而言,其普及率和用户数量要小得多。而且,很多集成在主板上的功能(如集成声卡、集成网卡)已经能满足大多数人的需求。
“必要时拆显卡”的逻辑: 消费者在需要使用被显卡挡住的槽位时(比如要加装一块高速NVMe SSD到PCIe转接卡上,或者要用一个PCIe声卡),通常会选择暂时拆下显卡来完成安装。这种操作在DIY电脑用户中并不少见,虽然有点麻烦,但并非不可接受。

4. 历史遗留和技术演进:

早期PCIe的设计: 最初PCIe标准刚出来的时候,对主板布局和信号要求也没有现在这么极致。随着技术发展和显卡性能爆炸式增长,显卡尺寸越来越大,对主板设计的影响也就越来越大。
一代代主板设计的“惯性”: 主板设计往往会继承前代的一些成功经验和布局方式,然后在此基础上进行优化。如果某种布局在过去一段时间内被市场接受,那么很可能在后续产品中继续沿用,即使存在一些小小的妥协。

总结一下,为什么会有被显卡挡住的PCIe槽?

这就像在自家院子里盖房子,你最想盖的是主卧室,于是把它放在了朝阳、风景最好的位置。接着你想盖厨房、客厅,也得考虑采光和动线。最后剩下的那一小块地,你想种点花花草草,但可能被之前盖好的房子一部分挡住了阳光。这就是在满足核心需求和最佳布局的前提下,进行功能堆叠和空间利用的必然结果。

主板制造商也是在权衡信号质量、成本、空间利用率、用户需求以及技术可行性之后,做出的一个相对“聪明”的决定。牺牲掉一两个可能不常用且容易通过简单操作(拆显卡)来访问的槽位,来换取整体设计的合理性和功能的丰富性,这在商业上和技术上都是可以理解的。

当然,也有一些高端主板会通过更精密的PCB布局、更少的槽位数量或者更巧妙的物理设计(比如把一些槽位设计在主板边缘,或者利用主板背面的空间)来尽量避免这种情况。但对于大多数消费级主板来说,这种“遮挡”在很大程度上是设计上的一个既定事实。

网友意见

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作为主板PM来答一下。


因为第一次回答没仔细看题,只看了标题就答了。因此补充一下:

1、把x1和x16调换位置,使两个插槽都能用,这个思路是没错的。但比较麻烦。

2、因为x16通常是CPU通道,而x1是主板芯片通道。假如主板使用常规的4层板,并把主板芯片放置在内存插槽下方的话,那么将x1放在第一根的位置上Layout不太好处理,有线路必须得“绕一个大弯”,或者通过通孔走主板背面。

鉴于x1的使用率很低,通常RD宁可选择不放,也不太愿意拿使用概率较高的x16槽的电气性能冒风险。

当然,如果PM坚持要这样调换的话,也是可以弄的。

3、在高端主板上,如果使用6层、8层甚至10层板,因为信号层和接地层比较多,放在第几个槽位倒是无所谓了。

---------------原回答---------------

零售主板要考虑PCB美工的需求。即同样的设计和用料,如何把料件摆放整齐,提升产品的整体外观美感,是一门学问。这里不展开,就说其中一个要求:“料件密度”。

什么是料件密度呢?

如果打料太少,PCB板看上去就会显得比较空,就降低了主板的“档次感”。

增加一根PCI-E 1X成本提升是极其有限的,是一种比较常用的手段(尽管我们都知道,这根插槽99%的用户用不上。因为现在99%的用户对主板的扩展性要求真的不高,除显卡外绝大部份用户并不考虑再插其他设备)。

其次还比较常用的手段,像拉大散热片面积,把“空旷地带”给遮住。

或者打一些“可打可不打”,算下来几毫钱一个的小料。

但在一些分毫必究的低端板上,要怎么做呢?——还有万能的丝印大法(在主板工程上,一个丝印也是一个料)。但大型丝也并不算简单,因为需要平面设计、销售渠道和Layout紧密配合。比如,在卖场里摆样的主板一般是怎么放法?电商橱窗图首张是哪个角度的展示?然后要考虑丝印图案的“重心”放在哪里才最能提升产品视觉效果?再要考虑如何避件的问题。

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