もうPCIでは遅すぎる さらなる高速化目指すPCはPCI Expressへ：“PC”あるいは“Personal Computer”と呼ばれるもの、その変遷を辿る（1/4 ページ）

[大原雄介，ITmedia]

　昔ながらのIBM PC、PC/AT互換機からDOS/Vマシン、さらにはArmベースのWindows PC、M1 Mac、そしてラズパイまでがPCと呼ばれている昨今。その源流からたどっていく連載。第17回はいよいよ現在のスタンダード、PCI Expressが登場します。

• 第1回：“PC”の定義は何か　まずはIBM PC登場以前のお話から
• 第2回：「IBM PC」がやってきた　エストリッジ、シュタゲ、そして互換機の台頭
• 第3回：PCから“IBM”が外れるまで　「IBM PC」からただの「PC」へ
• 第4回：EISAの出現とISAバスの確立　PC標準化への道
• 第5回：VL-Bus登場前夜　GUIの要求と高精細ビデオカードの台頭
• 第6回：VL-BusとPnP ISA　PCの仕様をMicrosoftとIntelが決める時代、始まる
• 第7回：Intelが生み出したさまざまなPC標準規格　Microsoftとの協力と対立
• 第8回：USBが誕生したのは「奥さんのプリンタをつなげる手間にキレたから」　USBの設計当時を振り返る
• 第9回：Modern PCの礎、PCIはどう生まれ、いかに成立していったか
• 第10回：PCのスケーラビリティを決定付けた超重要コンポーネント、地味にスゴイ「APIC」の登場
• 第11回：ラップトップPCのための基礎技術が生まれるまでの紆余曲折
• 第12回：PC互換機はIntelだけではない　ジョブズのいないAppleが進めたPRePとCHRP
• 第13回：Intelがメモリ標準化で主導権を失うに至った“やらかし”について
• 第14回：Intelのさらなる“やらかし”と、Intelが主導するPCアーキテクチャの終わり
• 第15回：カセットからフロッピー、そしてハードディスクを制御するSASI、SCSI、IDE、ATA、SATA――さまよえるストレージ用インタフェース標準を語る
• 第16回：BIOSからUEFIへ　BIOSはなぜ終わらなければならなかったのか

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　2021年7月にISAからPCIへの変遷をご紹介したが、今回はその続編、PCIからPCI Expressへの移行をまとめたい。ちなみにこの筆者、放っておくと延々とバスの話を始めるのは“仕様”なのでご容赦いただきたい。

　PCIは1995年辺りから普及し始め、1997年には既に主要なI/OのI/F（インタフェース）になった。とはいえ、いきなり既存のI/Fを転換するには時間が掛かる。ISAバスをPCのマザーボードでほとんど見なくなったのは、多分2005年とか2006年である。

　Intelは1999年に、Intel 810チップセットと併せて発表された初代ICHでISA Busのサポートを削除。PCIとLPC（Low Pin Count）という独自の低速周辺回路用I/Fを導入する代わりにISA Busを省いた。ただこの時点では、周辺チップメーカーがPCI-ISA Bridgeを提供しており、マザーボードメーカーはこれをオンボードで搭載してISA Busを出していた（写真1）。

写真1：SMC（Standard Microsystems Corporation：後に略称をSMSCに変更）のSLC88B17というPCI-ISA Bridgeチップの仕様書より。ちなみにSMSCは2012年にMicrochipに買収されている

　ISA Busが消えたのは、次のPCI Expressの登場で低速周辺機器がPCIにほぼ移行し、ISAの必要性がなくなったからである。とはいってもまだこの時点では産業機器向けにはISAが結構必要とされており、確か2005年か2006年のCOMPUTEXでは、産業機器や計測器向けにISAを10スロットくらい持ったマザーボードが出展されていた記憶があるが、まぁこれは特定用途向けなので一般ユーザーには関係ない話である。

　さてそのPCIであるが、1.0が1992年6月、2.0が1993年4月、2.1が1995年6月で、その後エラッタの修正が主な2.2が1998年12月、5Vキーを省いた2.3が2002年3月、5Vのサポートそのものが省かれた3.0が2006年7月にリリースされるが、ここで終わりとなっている。

　その理由として大きいものは、PCI Expressが出てきたからという話であるが、その背景にはPCIのスケーラビリティーが限定的だったというのがある。PCIはバス幅32bit／信号速度33MHzのシェアードパラレルバスがスタンダードというか基本であるが、オプションでバス幅64bitが用意されており、またPCI 2.1では信号速度66MHzがやはりオプションで追加された。結果、

バス幅	信号速度	帯域
32bit	33MHz	132MB/sec
64bit	33MHz	266MB/sec
32bit	66MHz	266MB/sec
64bit	66MHz	533MB/sec

の4種類の組み合わせが可能である。

　後追いで、特にサーバ向けなどにより高い帯域を目指したPCI-Xと呼ばれる規格も追加され、こちらは、

64bit	100MHz		800MB/sec
64bit	133MHz		1067MB/sec

まで性能が引き上げられている。

　64bit/133MHzではもう基本の8倍まで性能が引き上げられており、「スケーラビリティーあるじゃないか」と言われそうだが、PCI-Xはある意味拡張性を犠牲にした規格で、64bit/100MHzだとPCI-Xスロットが2本、64bit/133MHzだと1本になる。

　実をいうと、さらに上を目指して64bit/266MHz及び64bit/533MHzの規格もPCI-X 2.0では追加されているのだが、こちらは一応1スロットで利用できるものの実装が極めて困難とされ、266MHzはIBMのサーバで実装例があるものの、533MHzは筆者が知る限り商用製品で採用した事例は皆無である。要するにある程度のスロットの本数をサポートしようとすると、信号速度は66MHzに限られる。

　また、32bitの信号線の引き回しだけでもかなり難しい（しかも信号長が変わると、信号のバラつきが大きくなるので、「なるべく」等長配線が望ましいとされる）のに、64bit化するとさらに配線が困難になる。結局のところ、32bit/33MHzのシステムが大多数で、サーバ向けに多少64bit/33MHzとか32bit/66MHzのPCIが用意された、という程度でしかなく、これは1990年代では十分な速度であったが、2000年代に入るとまたもやPCIの速度がボトルネックになり始めていった。