Skylake PCH-H 晶片組現身，整體架構大解密!

改版幅度遠超以往
看完了處理器的性能比較，恐怕很多人對於新平台興趣缺缺，不過別急，雖然處理器性能令人不滿，但看完配套晶片組的性能提昇幅度，你或許會考慮在購買新產品時多留意 Skylake 幾眼。

Skylake PCH-H 更新速覽
新的 Skylake 晶片組相較於處理器可說是改變許多，作為 9 系列晶片組的繼任者，100 系列一改上代晶片組僅推出 2 款產品的作風，全線高中低產品在這次將全數補齊。家用產品共計會推出 H110、H170、Z170 三款產品，商用平台為 B150、Q150、Q170，不過近年來作為商用平台的入門產品 B 系列靠著 B75 在市場中銷量大開，在這次也相當有機會在零售市場中推出對應產品。

硬體變化量相當多
在 Intel 改變平台晶片數量為雙晶片後，許多人在購置新電腦時，都會面臨到一個抉擇問題，到底是買舊平台呢？還是多花點錢購入最新產品呢？會有這種想法的人不在少數，那為什麼會有此種想法，主因為 Intel 在晶片組之間的差別在推出 P55 後，就再無任何相當大的差別。許多人可能會認為，每一代都更新了部分功能，對選購上怎麼會沒影響呢。我們先來稍微列舉一下近年來硬體的更新部分，SATA 從 3Gb/s 提升為 6Gb/s，PCIe 通道從 1.0 升級為 2.0，USB 3.0 從原先未內建，陸續從內建 2 埠一路提昇至目前近乎瘋狂的數量。

由上稍微列舉的數量，可以看到數量不少，不過對於一般人而言，這些改變其實相當無感。若你對主機板有點概念的話，可以發現 SATA 3Gb/s 提升為 6Gb/s 雖然是個很大的改變，但數量上仍然維持 6 埠，並未如 X99 一樣提昇至 10 埠如此令人驚艷（X99 實際上為內建雙控制器，兩者並不能跨控制器組 RAID），PCIe 也是如次，USB 更次如此，它們的改變大多只是頻寬增加，數量仍然原地踏步。

不過 100 系列晶片組就不是如此了，除了頻寬的提升，數量上也進行了增加，雖然 SATA 6Gb/s 仍然只有 6 埠，但是在 PCIe 與 USB 3.0 埠，均有相當程度的增加。針對以往被詬病功能半殘的部份，進行了一輪翻新大改造。

晶片間分水嶺不再模糊
在 100 系列晶片組之前，不論是 9 系列抑或是 8 系列，甚至更早的 5、6、7，頂級與次級晶片間的差異並不算大。大多也只是降速處理之。鮮少有直接將硬體功能直接拔除等激烈手段，針對 100 系列旗下的晶片組，Intel 在這次的規格區分上也不同於以往。將會針對各階級產品直接拔除部分硬體功能作為分級，例如 H170 與 Z170 間差異將有 USB 3.0、PCIe 數量上的刪減，加上專屬韌體的支援度差異。H110 則面臨大幅刪減，與上代晶片組機無差異甚至相對低階的狀況，無疑是為了強迫使用者多掏點銀子出來購買較高階的產品，以享受額外功能，以往的產品分級模糊的狀況，在 100 系列晶片組將變得非常明顯。



高速時代來臨的因應之道
從 8、9 晶片組到最新的 100，可以看到 Intel 對於高速裝置的準備已經相當完備，甚至可以說 8、9 系列僅只是個前奏，100 系列才是真正跨入高速時代領域的第一步。以目前市場走向來看，主板已經算是慢了不少腳步，回顧固態硬碟推出之際，不難發現規格仍在 SATA 3Gb/s 打轉良久。NVMe SSD 推出後，PCIe 通道數量不夠用的情況也在當下成為了一大問題，已經從原先的規格準備齊備的領先者，變成補洞的角色。

因應這個存在良久的問題，Intel 這次對 Skylake 所開出的規格在一般人眼中可能仍然相當疲軟無力，不過對於板廠來說，它能夠支援後續更新壽命都要比前面兩款產品要來的長久許多。光是 DMI 與 PCIe 頻寬、數量加倍的改版，已經足以讓一般使用者用上好一段日子才會面臨產品不敷使用的瓶頸。

全面升級 PCIe 3.0，搭配更靈活的 Flexible I/O
Skylake PCH-H 與前幾代產品差異最明顯處為提昇 PCIe 頻寬與通道數量，從原先最多 8 條 PCIe 2.0 三級跳為 20 條 PCIe 3.0。頻寬提昇約為一倍，PCIe 通道數量則翻了 2 倍有餘，支援目前崛起的 PCIe Nand Flash Storage，同時也解決在 Z97 平台中，為了提供額外 PCIe 通道而大量採用 PCIe Switch 晶片的問題，降低頻寬受限狀況。

Flexible I/O 全面備戰
Flexible I/O 自 Z87 晶片組正式推出，當時並沒有針對這個功能進行詳細報導，主因在於當時各家廠商的競爭目標並沒有放於 M.2 上，僅有華碩一家在初期於 Maxmius VI Impact 上導入 NGFF（也就是 M.2 前身），不過當時僅提供 PCIe 2.0 x1 頻寬，甚至還爆出速限問題。主因為當時 M.2 仍在開發階段，加上背景環境沒有如此氾濫的 PCIe SSD 於市場中流通，間接導致第一款 Plextor M6e 問世後，該主機板安裝後反而受到 PCIe 2.0 x1（500MB/s）限制從而表現比一般 SATA 6Gb/s （600MB/s）還要差。

隨著時間輪替，目前儲存裝置並不再以 SATA 6Gb/s 為唯一主流，採用 PCIe 通道的儲存媒體也陸續問世，諸如 Samsung、Intel、Marvell 與 SandForce，都已經開始展示旗下新款 PCIe 儲存媒體，甚至已上市良久。通訊協定方面則逐漸從原先 AHCI 更改為 NVMe 這款在企業中採用已有一段時間的協定，效能跳升的幅度讓其成為了市場新寵兒。

因應這個態勢，Intel 在今年推出的晶片組做了些改變，原先 4 埠選 2 埠的 Flexible I/O 功能進化為不限制數量，只要該通道具備 Flexible I/O 功能即可自由選擇對應的功能埠。簡而言之，這項改變提供主機板廠不需要重蹈之前 Z97 使用 Switch 在 SATA Express、M.2 與 PCIe 插槽間的切換造成的混亂。藉由提供足夠多的可用通道，簡化高階主機板設計困難。



低階晶片不再吃香
雖然 Flexible I/O 非常好用，但在 Skylake PCH-H 中為了做出規格差異化，並沒有下放全系列享有此功能。H110 即是個極端例子，不但 DMI 通道沒有升級為 3.0 版，Flexible I/O 功能在這次也是無緣搭載。

對 Haswell 平台中常用裝機晶片 B85 同等級的 B150 而言呢？Intel 這次特地加入了 Flexible I/O 功能，不過卻只有半套。何以半套言？Intel 雖然賦予 B150 具備 Flexible I/O 的功能，但從 HSIO Lane Assignements 中可以發現 Lane #15#16、#19#20 這 4 條 Lane 中的 SATA 功能為重疊的關係，加上 Lane #19#20 只能提供 SATA 訊號。若板廠想要在 B150 中提供 M.2 x4 支援 SATA，勢必得額外增加 Switch 或者放棄 PCIe 通道數量。



為了 PCIe 3.0，拆分獨立 Clock Generator
針對 PCIe 通道從 2.0 提升為 3.0 後極端不穩定的狀況，Intel 為此也提供了解決方案，在前面所提及 BCLK 不再綁定，並不是 Intel 為了重回以前 Core 2 時代的超外頻光景。主要是因應 PCIe GEN3 對時脈穩定度要求相對嚴格，不得已之下所做的取捨，透過完全分離的 Clock Generator，產生專用於 PCIe 3.0 通道的時脈，如此一來才得以將 PCH 對處理器的 DMI 通道與 PCH 轄下的 PCIe 通道全數提升為 GEN3 規格。

除了上述兩項 GEN3 規格的 PCIe 通道之外，額外受惠的還有處理器內的 PCIe 3.0 通道，該通道在本次也完全與 BCLK 完全隔離，改為固定 100MHz。因此不論處理器外頻為多少，均不再需要刻意除頻，也就不必再如往常一樣想要超高頻得降速為 PCIe 2.0 以求穩定。

NAND Flash Storage 正式接軌
近幾年家用電腦發展最快速的元件，大多數人的第一印象可能都是固態硬碟，藉由 NAND Flash 不需碟片詢軌的優勢，讓平台讀寫資料變得異常的快。不單單是大檔傳輸在目前都已可達到 SATA 6Gb/s 近乎滿載的效率，小檔讀寫的表現更是讓傳統硬碟望塵莫及。持續發展的 NAND Flash 一撇初期速度、容量、耐用度上令人質疑的觀點，以非常迅速的腳步陸續取代許多玩家的系統磁碟，甚至是作為遊戲專用。

針對這個新興儲存媒體，Intel 除了推動幾個新介面，e.g. M.2、SATA Express，也陸續針對自家晶片組進行最佳化，諸如強化 DMI 通道頻寬，增加更多 PCIe 通道，用以滿足更多高階玩家的效能需求。除了硬體方面，Intel 也陸續針對軟、韌體功能加入新型態支援，如 Rapid Storage Technology 所涵蓋的功能從原先僅針對傳統硬碟，新增更多 NAND Flash Storage 應用，近幾年推出的 Smart Response Technology 或者是支援 SATA 以外的 NAND Flash Storage 都是針對新型儲存媒體所開發的子功能。

首款支援 PCIe SSD RAID 晶片組
在 9 系列中，可能許多人都搞不太清楚「它」到底改了些什麼？這也難怪，畢竟 8、9 系列間的差別，大多只存在於功能面與無關緊要的韌體面較多，對消費者影響甚鉅的硬體面反而是近乎一樣。

9 系列之於 8 系列晶片組，主要新增的功能為 Rapid Storage Technology for PCI Express Storage、Device Protection Technology with Boot Guard 這兩項。前者為新增一般 PCIe Based SSD，後者則為開機保護機制，兩者存在感對於一般人恐怕是一點也感受不到。畢竟 PCIe Based SSD 直到 X99 的上市才正式於市場中成為一般店頭會有現貨的商品，且 Intel 所謂的支援，僅只是可以在軟體中見到該 SSD，使用者既無法控制，效能還因此折損。加上並不是因為加入這個功能才得以支援 PCIe SSD，早在 9 系列晶片組問世前，廠商早已解決許多相容性問題，即便是在 8 系列上也可以使用，也造就該功能無法成為左右消費者升級的利基點。

不過在 100 系列晶片組，可就完完全全的改變了之前跛腳的狀況，因應 20 條 PCIe 3.0 通道，Intel 開放主板廠最多可加入 3 埠 M.2 x4 或 3 埠 SATA Express。不過光是可以「用」跟「軟體看」恐怕只會淪為另一個笑話，因此 100 系列額外新增了 PCIe Flash Storage 建構 RAID 模式的功能，提供 0、1、5、10 這四種任君選擇。且該功能為韌體層面下即可完成，也就代表使用者可以將之用於系統碟的安裝，提昇為更高速或者享有備援機制的系統環境。



組成技術原理
Intel 如何將 PCIe Based SSD 轉為可組建 RAID 的呢？這項重大改變，可能已經打破許多人 PCIe SSD 只能透過軟體建構 RAID 模式的刻板印象。如果你是定期逛電腦展，或者對業界動態持續追蹤的玩家。可能有相當多機會看到廠商在單一平台展出自家多張 PCIe SSD 時，旁邊大多會接上一顆 SATA 6Gb/s SSD 用於系統碟。美化數據只是其中一個原因，另一重要原因為 PCIe SSD 在之前的平台僅能透過軟體 RAID，也因此需要額外的系統碟來協助。

那麼 100 系列如何打破這個限制呢？歸功於 Flexible I/O 的特性，除了可提供 PCIe 訊號之外，也可轉提供 SATA 訊號，對於主板廠來說同一電路中，不再需要 Quick Switch 的存在，透過 PCH 韌體即可切換對應訊號。針對這個特性，Intel 將 PCIe root port re-mapping 至 AHCI HBA 上，透過這個方式，將 PCIe SSD 重新歸納至 RST 監管，因此能夠提供 RAID 的功能。



暫且不會成為購買關鍵
將 PCIe SSD 透過 RAID 的方式組成更大容量或更提昇頻寬看似對性能提昇相當不錯，不過仔細思考後，該功能並不可能成為左右購買的關鍵。其因有二，一為傳統硬碟與固態硬碟間差異甚鉅，確實有造成一股換碟潮，不過 SATA SSD 與 PCIe SSD 差異甚少，並無法成就下一波熱潮。其二為單一 PCIe SSD 在性能數字提昇足以滿足消費者的升級心態，建構 RAID 的誘因相對稀少，遑論資料存放仍可透過傳統硬碟協助，能成為大量採用的平台戰場恐怕不會是在桌上型電腦，而是可用空間相對少的 Ultrabook。

架構改版後效能提昇幅度
針對 PCH 的性能測試，編輯選定磁碟傳輸方面進行比較，除了與一般人息息相關之外，透過數據的比較，也簡單觀察出兩個世代晶片組的性能差距。

軟體方面採用 AS SSD、ATTO 這兩套，前者透過內建的演算法，可模擬部分現實應用性能。後者則較接近傳輸數據的演示，可檢測傳輸通道最大傳輸量，可以觀察各種檔案大小在不同通道間的表現。

測試碟分為 OS 碟，安裝於 PCH 所內建的 SATA 通道與 PCIe SSD 裝於 PCH 所提供的 PCIe 通道，前者可測出不同世代 Intel 對於 SATA 介面資料傳輸處理差異，後者則是可以比較 PCIe 2.0、3.0 與 DMI 前後代的差距。

Plextor PX-256M6Pro @ PCH SATA 6Gb/s















Intel 750 PCIe SSD @ PCH PCIe Slot















從結果中可以發現，SATA SSD 在 PCH 上的性能表現差距並不算大，均落在合理的誤差範圍內，真要說它們間的實質差異，恐怕只有在那毫秒間的讀取延遲差。主角換到 PCIe SSD 後，不用編輯多說，各位也可以發現兩者頻寬差距相當大，甚至以壓倒性來形容也不為過。這之間性能差異的主要原因在前面也已經提及過，PCIe 通道從 2.0 提升為 3.0 加上 DMI 通道頻寬加倍的優勢，使得 Intel 750 SSD 即便是安裝在 PCH 所提供的 PCIe 通道上，仍然能提供高水準的表現，甚至與使用 Intel CPU 所提供的 PCIe 通道相差無幾。
來源: Skylake PCH-H 晶片組現身，整體架構大解密!