X870E、X870 晶片組及總平台擴展性規格詳細解析

在 AMD X870E、X870 晶片組主機板的開箱文章裡，關於晶片組規格的部份，礙於篇幅所限沒有解釋太多。以下整理主流晶片組的擴展性規格，修正一些錯誤。

雖然 AMD 在 2024 好像更新了 AM5 晶片組關於 USB 5 Gbps 的支援數量，但那部份筆者一直看不明白。由於筆者不解 AMD 最新公開的圖表，也不喜歡 INTEL 的呈現方式，以下筆者便以自己看得懂的方式，加入一些真實世界的案例，嘗試以同一標準填寫各晶片組規格，如有錯誤或遺漏還請以官方為準。

AM5 處理器、X870E / X870晶片組、主機板

先看 AM5 晶片組，PROM21 唯一存在，不管是 A620、B650、B650E、X670、X670E、X870、X870E，還是 TRX50，都是 0GA2。下圖來自 MPG X870E CARBON，絲印的 2417 應該是指 2024 年第 17 周生產，0GA2 應該就是 PROM21 的代表。

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一些基礎要注意：

• 總通道 = 獨立通道 + 複合通道。
• 複合通道意味二選一，例如 4 個 SATA 背後代表 4 組 GEN3X1。
  • 在該組複合通道裡，當選擇 4 個 SATA，便不能提供任何 GEN3 通道。
• PROM21 並無獨立 SATA。
• PCI-E 通道向前相容，原生 4.0 也可以改為提供 3.0 連接，比例是一換一。
• USB 也向前相容，原生 10 Gbps 也可以改為提供 5 Gbps 埠，比例也是一換一。
• PROM21 的原生 USB 10 Gbps 本身已包含 USB 2.0 支援 / 相容。
• PROM21 的 6 個 USB 2.0 意味都是獨立和原生的設計，不受 USB 10 Gbps 影響。
  • INTEL USB 設計則把 USB 10 Gbps (十個) 和 USB 2.0 (十四個) 完全分離，意味 USB 10 Gbps 本身不含任何 USB 2.0，若要提供 USB 2.0 相容須利用獨立 USB 2.0 補進去。
  • PROM21 足以提供 6 個含 USB 2.0 支援的 USB 10 Gbps，又能額外提供 6 個 USB 2.0；Z790 在提供 10 個含 USB 2.0 支援的 USB 10 Gbps 後，只剩 4 個 USB 2.0。
• PROM21 6 個 USB 10 Gbps 之中，AMD 容許利用其中 2 個 USB 10 Gbps 轉化為 1 個 USB 20 Gbps，但只限最多 1 個 USB 20 Gbps。
  • INTEL Z 系列容許把所有 USB 10 Gbps 轉化為 20 Gbps，10 個 USB 10 Gbps 最大支援 5 個 USB 20 Gbps。
• 晶片組的 USB 是 USB-A，改 USB-C 需要使用額外的 TYPE-C 控制器晶片 (ASM1543)，除了 USB-C 20 Gbps。
• 10 Gbps USB 和 20 Gbps USB 都須補上 USB 中繼器 (REDRIVER)，不管距離。
• 用上 USB HUB (ASM2074) 和 USB CONTROLLER (ASM3241)，一般不須為其上行連接補上 USB 中繼器。
• JHL8540 在很多主機板上都出現相應的 GEN3X4 PCI-E 中繼器，反之 ASM4242 (GEN4X4) 所到之處目前都沒見有用上任何中繼器。
  • 這可能與 ASM4242 大多被接上 CPU 而非 PCH 有關？
• 雙晶片組設計是串連做法，以 GEN4X4 串連意味 X870E / X670E 的晶片組總 GEN4 通道數量不是 8 + 8 = 16，而是 4 + 8 = 12。
  • CPU 也須分出 X4 連接首顆晶片組，故 CPU 用作連接 PCH 的通道數量一般視為不可用通道。
• A620 使用同一顆 PROM21 0GA2，但禁用其中一組 GEN4X4，再把剩下的一組 GEN4X4 降為 GEN3X4，然後保留原有的 GEN3X4 或 SATA 的複合通道，上行 GEN4X4 也有保留。
  • USB 方面也把 6 個 USB 10 Gbps 降為 4 個，再把其中 2 個降為 5 Gbps，便是 2 個 10 Gbps + 2 個 5 Gbps USB。
• A620A 目前好像只有映泰有推出一款產品，都是 PROM21 的變奏，據說這次順手把上行連接從 GEN4X4 降為 GEN3X4。
• A620 與 A620A 這種不完整的晶片組擴展，跟 INTEL HXXX、BXXX 晶片組的做法一模一樣，其實很久以前的 INTEL ZXXX 也是不完整的版本 (SATA 設計有刪減)。
• AMD 也進一步限制 A620 主機板的 CPU PCI-E 速率，24 組 CPU GEN5 全限制為 GEN4。
• 實際上不少 B650 主機板由 CPU 提供的 M.2 插槽號稱只有 GEN4X4 (~7000)，卻都能跑到 ~9000，也就超出 GEN4X4 的理論上限。
• 有時候 AMD / INTEL 管太多也很煩，因 INTEL 不穩事件盲目崇拜 AMD 規管廠商操作，最終自食其果的還是使用者。

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關於 PROM21 USB 5 Gbps，可以看為 A620 先禁用 PROM21 6 個原生 10 Gbps USB 的其中 2 個 USB 10 Gbps，再把剩下 4 個的其中 2 個禁用 10 Gbps 模式只允許 5 Gbps，所以 AM5 PROM21 0GA2 才有獨立 5 Gbps 一說，其原生 GEN3 通道也是從 GEN4 降下來。所謂獨立 / 原生，也可以是不能再升級的意思 / 被強制降級後的版本。至於 INTEL 與 AMD 為什麼要這樣做，尤其在低階版本上加入諸多限制，筆者也看不懂。好比 USB 10 Gbps，由於大廠不敢砍掉中繼器，在走量的型號上為了省錢，也就不太會提供 USB-A 10 Gbps，TYPE-C 也盡量避免 (要補 TYPE-C 控制器)。

其實市場本身具有調節能力，多年競爭後現在剩下的主流板廠都沒那麼蠢。市面上有些 AM5 入門板那 4 個 CPU 原生 USB 10 Gbps 只拉兩三個，你也可以看為要加錢板廠寧願不給，也懶得跟你降，畢竟連接埠也是料錢，簡單來說就如同爺爺名言要買買不買滾啦。

AMD 最新公開的官方表格提到，PROME21 的 SUPERSPEED USB 5Gbps (UP TO) 是 1 個 (最多)，卻又在 X870 CHIPSET DIAGRAM 提到晶片組那 4 個 USB 10 Gbps，也可以改為提供 4 個 USB 5 Gbps (Optionally two USB 3.2 ports can be implemented)，反正筆者看不懂。筆者是認為 PROM21 的原生 6 個 10 Gbps USB，均支援降為 5 Gbps 輸出，很多低階 AM5 主機板都不提供任何 USB 10 Gbps (因為需要補上中繼器晶片)，板廠直接做成 6 個 5 Gbps USB 罷了，怎可能只能拉一個。難道這些主機板在 AMD 眼裡都是超規格設計 / 超規格運作，或影響保固？

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關於 CPU 本身，RYZEN 7000 和 RYZEN 9000 的 I/O DIE 有幾點值得注意：

• RYZEN 7000 / 9000 原生提供 28 組 GEN5 通道，在主流主機板上有其中 4 組被用作連接晶片組，故連接晶片組的部份視為不可用通道，意味 CPU 的總通道雖然有 28 組，但是可用通道只有 24 組。
• CPU 16 + 4 + 4 = 24 組可用通道，當中的首 16 組也支援原生拆分為 4 + 4 + 4 + 4。
  • INTEL LGA 1700 的首 X16 只支援原生拆分為 8 + 8，據說未來平台支援 8 + 4 + 4。
• RYZEN 8000 APU 有兩種設計，APU 直出的 PCI-E 可用通道分別是 8 + 4 + 4 和 4 + 4 + 2；USB 方面那 3 個 USB-C / DP 其中 2 個卻由 10 Gbps 提升至 40 Gbps (USB4)。
• USB-C / DP 複合的意思一樣是二選一，在原生 HDMI 之上再提供 1 個 DP 或 HDMI，便等於少 1 個由 CPU 提供的 USB 10 Gbps；用盡 4 個 DDI 意味 CPU 只剩 1 個 USB-A 10 Gbps (和 USB 2.0)。
• ASM4242 / JHL8540 若要提供 DP ALT，但又不提供 DP IN 外接輸入，便會佔用 CPU 的複合的 USB-C / DP，同時意味 USB 10 Gbps 也會減少。
• 從 PCI-E 擴展卡上的 USB 2.0 9-PIN 連接，引證 ASM4242 / JHL8540 均需要獨立的 USB 2.0 引進來；至於板載而且是沒 DP IN 也就是跑 IGPU 的方案，是否仍需要獨立 USB 2.0 來支援 USB 2.0 裝置，筆者不確定。
  • 為 DP ALT 而提供 USB-C / DP 當中的 USB-C 內的 USB 2.0，可否作為 ASM4242 / JHL8540 的 USB 2.0 支援？
• 從 AMD 提供的 DIAGRAM 來看，似乎 AMD 無意為 ASM4242 提供 USB 2.0 支援，因為 AMD 甚至拆出那 2 個接到 ASM4242 用作 DP ALT 的 CPU USB-C 的 USB 2.0，作為一般的 USB 2.0 埠，PCH 那邊也用盡所有原生獨立 USB 2.0，除非第 8 個 USB 2.0 (CPU 1 個加 PCH 6 個之上)，是合併而來的 USB 20 Gbps 的其中 1 個 10 Gbps 的 USB 2.0。
• 實際上大部份 800 系主機板，都以 CPU 而非 PCH 提供 PCI-E X4 連接 ASM4242，有別於 AMD 的 DIAGRAM 所示。
• 另一方面，由於 RYZEN 8000 APU 的 PHOENIX 2，例如 8300G 只有 X4 + X4 + X2 共 10 組 PCI-E 可用通道，但板廠無一有表明當使用 PHOENIX 2 APU 時，USB4 的部份將受影響。
• PHOENIX 2 APU 理應不可能享有獨立完整的獨立 X4 M.2 插槽之餘，同時又能盡享由 ASM4242 GEN4X4 提供的雙 40 Gbps USB-C。
• USB-C 跑不滿 40 Gbps 也沒差，GEN4X2 = 32 Gbps = GEN3X4，JHL8540 TB4 也喊了很多年雙 40 Gbps USB TYPE-C 了。
• 板廠主要以 CPU 來接 ASM4242，難道是要讓 APU 的原生 40 Gbps USB4 直衝過去？
• 關於 CPU 24 組 PCI-E 通道，主機板 PCB 必須是 6 層或以上，否則只能啟用 16 + 4 = 20 組，大部份 A620 和入門 B650 因為 4 層板設計，只拉出 20 組 CPU PCI-E 通道。
• 也不是所有 6 層板 AM5 主機板 (B650)，都有拉出 CPU 完整的 24 組 PCI-E 通道，最終還是要看板廠的做法。
• 有些 A620 主機板首發期間也有跑到 CPU GEN5 的水平，所以 A620 在 CPU 的部份是 GEN5 還是 GEN4 沒那麼重要。

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以上是 CPU 和 PCH 各自的擴展性。在主流的主機板上，都有用到 PCH 晶片組。把 CPU 接到 PCH 的那一段 PCI-E X4 視為不可用通道，是行業的慣例，INTEL 亦然，只是沒有 CPU 往下接，也就沒有晶片組的下行擴展。另外，AMD 仍然視 ASM4242 所佔用的 PCI-E X4 為可用通道，所以 AMD 才在 X870E 與 X670E 的平台總 PCI-E 可用通道，寫上相同的 44 組 (CPU 24 + PCH 8 + PCH 12)。這種操作 / 表達惹不少人不滿，因為他們認為 AMD 明顯是限制 X800 系列主機板的總平台 PCI-E 可用通道的其中四組的形狀 (TYPE-C)，很多電腦使用者都用不上 40 Gbps 等級的 USB 裝置。

筆者倒是認為，樂觀一點來看，把 ASM4242 視為晶片組就好。晶片組在擴展性上，無非就是 PCI-E HUB。剛好筆者在寫 ROG STRIX X870-I 時，既看到那個 ROG FPS-II 裝置使用 TYPE-C 連接，又看到 ASM4242 真身，加上以前寫過 MSI Z790 CARBON MAX 的 MSI USB4 PD100W PCI-E 擴展卡，得出以下靈感：

• 主機板 ASM4242 以 GEN4X4 接到 CPU。
• 自行準備使用 ASM2464PD 方案的 USB-C M.2 外接裝置，2 個外接盒子。
• 自行準備 2 組 NVME PCIE M.2 SSD。
• 哇啦這就是 ASM4242 GEN4X4 64 Gbps 分拆兩組 32 Gbps GEN3X4 M.2 的方案。
• 至於供電問題，那些 ASM4242 的 15W 基礎功率可否同時支撐兩組 GEN3X4 M.2，這要問板廠和裝置廠商啊。
  • 現實中據說不少 40 Gbps M.2 USB 外接盒子，在供電設計上一言難盡，容易帶走 M.2 見上帝。
• 補充，ASM2464PD 只是 40 Gbps，你接 GEN4X4 M.2 也不能跑滿 7000，大概就是 3800 ~ 4000 封頂，所以接 2 個 GEN3X4 或不要期待 GEN4 全速就好。

自 X570 起引進 GEN4，長久以來使用者一直在等 GEN4 拆 GEN3 的方案，因為 GEN4 是 GEN3 的兩倍，GEN4X4 是 64 Gbps 而 GEN3X4 是 32 Gbps。如果 AMD 對 AMD 800 系主機板的限制不單是 ASM4242，更必須引出 TYPE-C，那麼 ROG FPS-II CARD 這類設計，便可繞過 AMD 限制大顯神通，順便再次氣死 AMD。

其實微星在 AMD 800 系列對於 ASM4242 的處理也很叛逆進取，它們家 PRO X870-P 只引出 1 組 USB4 TYPE-C (只拉 X2 至 ASM4242)，TOMAHAWK 更偷加 GEN5 通道切換晶片，把 CPU 的 GEN5X4 分拆為雙 USB4 TYPE-C 或一組 GEN5X4 M.2 插槽。至於 PRO X870-P 那個 USB-C 是否能夠跑滿 40 Gbps，這就跟微星無關了。

INTEL JHL8540 GEN3X4 32 Gbps 也號稱 40 Gbps USB 了，ASM3241 GEN3X2 16 Gbps 也號稱 20 Gbps USB，這是行業慣例。筆者只知道華擎 Z490 TAICHI 有老實交待 ASM3242 GEN3X4 32 Gbps 的 20 Gbps USB 當被切走 X2 時，只剩 GEN3X2 = 16 Gbps。

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只看晶片組的擴展性：

• 關於 USB 20 Gbps，由於 INTEL 本身把 USB3 和 USB2 分拆，由 2 個 10 Gbps 合併的 20 Gbps 也就只需佔用 1 個 USB 2.0，另一個則可以獨立使用至其他地方。
  • 至於 AMD 因為 USB3 本身自帶 USB2，合併而來的 20 Gbps 能否交還出 1 個 USB 2.0 作獨立使用，筆者也不確定。
• PROM21 有限制最多提供 1 個 20 Gbps，雙 PROM21 設計便是 2 個 20 Gbps 不能再多。
• INTEL Z790 沒有相關限制，10 組 USB3 最大支援 5 個 20 Gbps (也就不能提供任何 10 Gbps 或 5 Gbps USB)。
• 雖然 INTEL 把 USB2 分離，但以下表格假設 USB3 也帶 USB2 支援以符合現實主流操作，所以 14 個 USB 2.0 在連接 10 個 USB3 後便只剩 4 個。
• INTEL 平台的 DMI 4.0 X8 對 PCB 板層數有要求，HXXX、ZXXX 也是 6 層或以上才可以支援 DMI 4.0 X8，BXXX 6 層也不行。
• 以下因為在描述晶片組本身的擴展，總 PCI-E 通道也就是原生的 4.0 + 3.0，晶片組本身並無原生 2.0 或 5.0。
• USB 方面兩家其實就是以 10 Gbps 為標準，容許組合出 20 Gbps (二換一) 及降至 5 Gbps (一換一)，並無原生 5 Gbps USB 一說。
  • 所謂原生 5 Gbps USB，也就是不允許提升至 10 Gbps 速率的可憐鬼，B760 就有幾個，跟 A620 上的操作一樣。
• 下圖沒有整合 USB 10 Gbps 和 USB 2.0 的晶片組總 USB 數量，例如 X870E 雙晶片組理應是 12 + 12 = 24。
  • 因為現實中雙 PROM21 所帶來的額外 USB 2.0 有點太多，板廠基本上不會用滿 12 個 USB 2.0 (再加處理器的一個便是十三個)。
  • 兩家都有 ROOT PORT 限制，可能也有影響，例如雙晶片組 20 組 PCI-E 通道，是不能同時提供 20 組 PCI-E X1 插槽 (PORT)。
  • 在 X870E、X670E、X670 這些雙晶片組設計的主機板上，百分之九十九不會出現 USB 2.0 HUB 晶片 (ITX 除外)，相反 Z790 盡是 GL850G 之類的 USB 2.0 HUB。
  • 所以無論如何，INTEL 平台在 USB 2.0 的部份都不堪入目令人尷尬。
• 實際上，原生 / 獨立的 USB 2.0 很有用，AUDIO CODEC (ALC4080)、燈效管理的微處理器、WIFI 模組的 BT 支援，都用得上 / 須用上 USB 2.0。
  • 好像也可以以原生 USB3 接上這些東西，但原生 USB3 比較珍貴 (HUB / CONTROLLER 比 USB 2.0 的貴)。
  • 有些 H610、A620 主機板也有用到 GL850G 等 USB 2.0 HUB 的設計，但很少出現 ASM1074 等 5 Gbps USB HUB，遑論 ASM2074 / GL3590 這種 10 Gbps 的 USB HUB。
• 前面說要買買不買滾啦，某程度上也是市場引起，愛亂罵亂噴的消費者 / 鄉民多如繁星，目前例子有頂級超頻主機板上的 PS2。
  • 頂級主機板的 I/O 不宜出現後置 USB 2.0 TYPE-A，因為市場視之為垃圾，板廠為免影響定位和觀感，也不會提供 USB-A 2.0。
  • VGA 影像輸出，是需要加入額外晶片把原生的 DP / HDMI 轉換而來，但也沒有哪家敢在頂級主機板上提供 VGA D-SUB 了。

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含 CPU + PCH 的平台終極擴展性：

• 計算平台總 PCI-E 可用通道時，假設不提供任何原生 SATA (SATA 與 PCI-E 通道為一比一)。
• 以下假設 ASM4242 以 GEN4X4 連接至 CPU，並提供 2 個 40 Gbps USB-C，且提供經 IGPU 輸出的 DP ALT。
• 因應 ASM4242 限制適用於全 X800 系平台，以下把 ASM4242 的 GEN4X4 與 2 組經 CPU 內置顯示輸出 DP ALT 的 USB-C 10 Gbps / DP，從平台可用 PCI-E 通道中和平台 USB 數量中扣除。
• AMD 的表格把晶片組上行連接 GEN4X4 視為不可用，把 ASM4242 上行連接 GEN4X4 視為可用，原則上也沒有錯。
  • 實際上 PROM21 晶片組是 4 擴 12，ASM4242 仍然是 4 進 4 出，AMD 只限制該 GEN4X4 的＂形狀＂和其背後方案，不是砍掉 X4。
  • 不爽 C10H 的 SLIMSAS GEN4X4，可以不買，華碩仍然提供多款沒有 SLIMSAS 的 X870E / X870 主機板，其他家也可以。
  • 不爽 AMD X800 系 ASM4242，也可以不買，但只能等 B850、B840 或選擇上代的 X670E、X670、B650E，不過這時刻已經快買不到。
  • 不爽 PROM21，可以不買，還有 PRO 600 (ASROCK DESKMINI X600) 選。
• INTEL 下代平台據說 CPU 原生支援 2 個 40 Gbps TB4 TYPE-C，且不佔用任何 PCI-E 通道。
  • 據說改為 20G / 10G / 5G 也可以，同樣是 2 個，但好像不支援原生切回 PCI-E 通道。
• ASM4242 提供的 2 個 USB-C 40 Gbps 也沒算進平台總 USB 數量，因為那是經 PCI-E 通道換來的方案，不是原生直出。
• 以下也不管 USB4 的 USB 2.0 連接 (假設不佔用額外的 USB 2.0 & 不能分拆 USB 2.0 出來)。
• 關於 GEN5 支援：
  • AMD X870E 要求至少一組 PCI-E 5.0 插槽，和一組 PCI-E 5.0 M.2 插槽。
  • X870 要求至少一組 PCI-E 5.0 M.2 插槽，沒有限制必須提供 PCI-E 5.0 插槽。
• AMD 強制要求 X870E 和 X870 提供 USB4 40 Gbps，由 AMD 提供的 BLOCK DIAGRAM 可見那就是 ASM4242。
• ASM4242 本身也拿到 INTEL THUNDERBOLT 的認證，但據說成品還是要送到 INTEL 那邊拿認證，才能對外宣傳和標示為 TB4。
• 由於送測要錢，就連採用 INTEL JHL8540 TB4 控制器的 X670E，也沒掛上 TB4 頭銜。

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上面的 AMD DIAGRAM，來自 AMD 的官方文件 (September 2024 AMD RyzenDesktop Updates)，筆者喜見 AMD 願意提供完整的 X870E & X870 BLOCK DIAGRAM，雖然與兩三年前被流出的版本基本一致。不過現實總是殘酷，經上次在 GN 影片 AMD 工程師提及 X670E 什麼應該是八層、十層甚至十二層 PCB 設計後，這份 BLOCK DIAGRAM 再次引證 AMD 對於現實世界主流板廠的實務操作一無所知，所展示的擴展性設計 (插槽 / 埠的規格和種類及數量) 南轅北轍，三個前置 TYPE-C (TYPE-E) 也太扯了。

當然 AMD 所畫出的版本也只是舉例，好比 ASM4242 的連接方式，AMD 是接到 PCH 而板廠大多接上 CPU。適者生存，就看各位對板廠的最終方案買不買單，什麼 GEN4X2 的 ASM4242 單 USB-C、再補 PCI-E HUB 2 擴 4 的設計，也許反映板廠絕處逢生。把所有東西完整呈現，多加晶片切換提供彈性，價格注定不便宜，而目前市場價格也是相當高。

至於為什麼 AMD 顯示 ASM4242 為 PCH 提供而非 CPU 直出，筆者是認為因為 INTEL 本代和下代的 CPU 都沒有兩組獨立的 GEN5X4，AM5 當然可以贏對手，只是可惜沒有預估主板廠 LOL。

X870E

X870

AMD Socket AM5 晶片組