PCIe是什麼

一、PCIe的概念

PCIe的英文全稱為“Peripheral Component Interconnect Express”，簡稱為“PCI-Express”或者“PCIe”。

簡單來說，PCIe”是一種高速串列計算機擴展匯流排標準，主要用途是用於連接各種計算機內部的各種組件，比如顯卡、網卡和音效卡等，讓它們（尤其是與晶元組和處理器）之間可以高效地傳輸數據，協同工作。

二、組件互聯所面臨的挑戰

在過去的20年內，各種計算機硬體（包括處理器、內存、顯卡和硬碟等）的性能越來越高，然而，這些硬體都不是孤立工作的，彼此之間需要配合（傳遞交換數據），才能發揮出最佳性能。

通俗地說，某種硬體的性能越高，那麼在單位時間內所傳遞交換的數據也就越多，如果各種硬體之間的傳遞交換數據的速度和性能達不到硬體的需求，那麼就會造成性能瓶頸。因此，儘可能地提升計算機內部的各種硬體之間傳遞交換數據的速度和性能非常重要。

不過，提升受制於多種因素，性能越高，所面臨的挑戰和問題也就越多，舊有標準（比如PCI、AGP以及PCI-X）就已無法再滿足需要，PCIe技術就是針對這個問題應運而生的，它是新一代、成熟的解決多組件互聯的解決方案。

三、PCIe技術發展史

2001年，PCI-SIG（Peripheral Component Interconnect Special Interest Group）組織提出了PCIe 1.0規範草案。

2003年，正式發布PCIe 1.0a版本，定義了1x、4x、8x、16x等不同寬度的鏈路配置，每條通道的數據傳輸速率為2.5 GT/s，實際帶寬為250 MB/s。

2007年：推出PCIe 2.0，數據傳輸速率翻倍至5 GT/s，帶寬達到500 MB/s。2010年，PCIe 3.0問世，採用128b/130b編碼方式，有效帶寬進一步提升到1 GB/s。

2017年，PCIe 4.0標準發布，數據傳輸速率再次翻番至16 GT/s。2019年，PCIe 5.0規範完成，支持32 GT/s的數據傳輸速率。2022年，PCIe 6.0標準公布，引入了PAM4（四電平脈衝幅度調製）技術，使得單通道的數據傳輸速率達到了64 GT/s。

四、技術優勢

1、高帶寬

這些年PCIe技術升級迭代的速度非常快，帶寬一直在持續快速增長，每一次升級都非常簡單粗暴，都是相對上一代直接翻倍。

2、低延遲

PCIe採用了高效的協議棧，減少了數據包的處理時間和傳輸延遲。

3、靈活性

支持多種鏈路寬度和配置選項，可以根據具體應用場景靈活選擇合適的方案。

4、高兼容性和可擴展性

PCIe技術的兼容性較佳，用戶在系統升級過程中可以逐步替換設備，並且支持熱插拔功能，降低了系統升級的成本和難度。

5、低功耗

通過動態電源管理技術，能夠在保證性能的同時降低功耗，這對於各種使用電池供電的移動設備或者擁有龐大計算設備的數據中心來說意義重大，有利於節能環保。

五、應用場景

提到這個話題，大家應該都非常熟悉，PCIe技術的重點應用設備是顯卡，它為顯卡提供了高速的數據傳輸通道，使得顯卡能夠快速地與系統內存和 CPU 進行數據交互。

其次是網卡。PCIe介面能夠滿足網路不斷增長的高帶寬需求，如10Gbps、25Gbps甚至100Gbps的網路連接。

第三是各種存儲設備，最典型的是M2固態硬碟。PCIe介面的固態硬碟可以提供比傳統SATA介面固態硬碟（最高僅為6Gbps）高得多的讀寫性能。目前對於消費級固態硬碟，主流產品正處於PCIe 4.0向PCIe 5.0的過渡階段。

以上小編列舉的這些例子僅限於“消費級”應用場景，這些只是PCIe技術的應用範圍的冰山一角而已，在工業控制與自動化領域，PCIe技術被用於連接各種工業控制設備，如可編程邏輯控制器、數據採集卡等，用武之地更大。

六、現階段所面臨的挑戰

PCIe技術是一種軟硬體綜合解決方案，它受制於多種因素，性能越高，相關信號傳輸的完整性、穩定性和可靠性就會隨之變得越來越複雜，解決實現的難度也越來越大，尤其是在進入了PCIe 5.0時代以後。

為了解決這些問題，需要採用更先進的晶元製造材料和工藝、更複雜的信號處理電路等，這些因素都會導致PCIe設備的成本上升，總體來說，未來PCIe設備的設計和製造難度和成本越來越高，儘管如此，其未來的總體發展前景還是非常看好的。