深入了解PCIe它具体有什么用.docx

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1、最近BUS技百度的文心一言带火了。生成一副总线和猫的图片好的，根据你的需求，我为你创作了一幅画作。我的作画技能还在不断进化中，暂时还不古培K府作心你NH1.M辞今天这篇文克,我们来聊聊PCIeBus（PCIe总线）.Bus在国内被理解成汽车，在国内还有一种解释是总线的意思.其实这两种翻浮还是有共通之处,以我们生活中例子来说，Bus是两个域市中沟通的重要连通方式，而总线则是计管机之间联通的重要方式.我们想从天津去北京办点里,那么可以乘坐长途大巴，电脑则需要通过PCIe的Bus.简单来说，BUS总线是多个硬件之间的一条通信公路.总线（BUS）TIANJINBEIJING与公路相对应的是，PC1.e

2、也有不同的规范，就像高速一样，不同的道路也有不同的限速，比如国道和高速，宽度和最高行驶速度都不同。这个就对应若PCIe1.O,PCIe2.O.PCIe3.O.PCIe4.0这些规危.但即使是同一条公务，行驶在不同的线路上也有不同的限速，这个就是跟PCIe1.0不同扩展栖的性能类似，例如PCIEx1.6x8x4x1.四种扩展方式能然支持的最大传输速度也是不一样的.可以说，PCIe总线是计克机设备树的电要组成部分，几乎所有外囹硬件的扩展都需要PCIe上,今天我们就来聊聊PC1.e发展史.挖挖PCIe的祖先们在多年以前，计算机主板上不同的设备所使用的的总线接口是完全不一样的，硬盘有硬盘对应的总线接口

3、，网卡有网卡对应的总线接口.这样好处是每个设备都有对应的总线接口，优化性能简单.但对于个人来说，随着扩展设备的逐渐增多，如果都在主板上扩展对应的总线接口，有点得不偿失，同时造成了主板拓展的局限性，也对硬件规格的统一带来很多的不便。为了解决这个瓶颈，IBM和Inte1.联手，在1981年第一代IBMPCXT机型上采用了第一代ISA插槽，作为现代PC的开山之作，当时8位的ISA提供了4.77MB/S的带宽（或传输率）.由于兼容性好，一经推出，ISA总线就受到了各个厂商的欢迎，成为了上个世纪80年代最广泛使用的系统总线.但由于ISA使用的是并行总线，当时的抗干扰技术也不成熟，就导致ISA总线的带宽不

4、能设计的很高，只能达到8MBs的速率.这个传输速度对于在90年代逐渐出现的像图像这种大数据传输需求来说还是有点“不够劲儿除了速度慢这个缺点，还有就是ISA总线接口上的设备不能自动配置，无法即插即用。再加上IBM自作聪明在PS/2产品线上引入了MCA总线，迫使其他几家PC兼容机厂商联合起来楣鼓出来EISA.这些都导致了ISA总线最终被淘汰.在1992年fInte1.搞出了自己的杀招，提出PCI(Periphera1.ComponentInterCOnneCt)总线协议，并塾若自己在PC领域的强大影响力，召集了一堆小伙伴组成了名为PCI-SIG(PCISpecia1.InterestGroup)(

5、PCI特殊兴趣组J)的企业联盟.从那以后这个组织就负责PCI总监的标准制定和推广.不得不点赞下Inte1.这种先见之明，在90年代就开始建立自己的“朋友圈，相比于封闭的IBM,英特尔合作共赢的心态让PC1.标准得到了广泛推广和使用。统一的标准也有利于外围设备制造商的创新，从那以后各种各样的PCI设备应运而生，丰富了PC的整个生态环境.相比ISA总线，PC1.总线带宽升级到了132MBs,速度提升非常明显.再就是支持自动配JS,即插即用。但PQ总线也并不是完美的Pc1.总线跟ISA总线都是使用了并行总线设计,所以传输速度也受到了影响.再就是PCI总线的带宽共享机制,在高负载下,其他设备可能会出现

6、抢带宽的现象，也不支持热插拔.于是为了解决PQ总线的缺陷，技术再一次进行了升级革新，2004年,Inte1.再一次带领小伙伴革了PCI的命也就是本篇文章要说的PC!Express（简称PCIe）总线了.如今计算机已经开始是第五代（gen5,5.0）,而且在计算机中更是更为了不可或缺的存在。如今，PCIe可以支持的设备非常多，常见的有显卡、固态硬盘（PCIe接口形式）、无线网卡、有线网卡、声卡、视频采集卡、PC1.e转接M.2接口、PQe转接USB接口.PCIe转接TPye-C接口等。IPCIe的传输速度和宽度PQe总线有两种存在形式，一种是接口、一种是通道.当PC1.e以接口形式存在的时候，就

7、是主板上横若的长槽.有人可能会问，这长槽有啥作用，为啥我的主板上的长槽长短不一呢？这些长槽其实是PCIe不同的接口，常见的PCIe接口主要有四种尺寸，XI、X4.X8、X16,一股情况下四种尺寸的插槽屐大带宽是不同的.它们的速度是不一样的，X16的PCIe速度就是X8的两倍，X8就是X4的两倍.当然，上面这段话都是建立在同一代PCIe总线之上的.那么PCIe的吞吐量是怎么算出来的呢？首先我们来看下不同PCIe接口尺寸的计算公式：吞吐=传输速率*编码方案*物理信道1.ane以PCIe4.0x4为例，该系列为4.0版本的PCIe,包含4个物理信道1.ane,每个通道的吞吐H为：16GTsX128b

8、130b=1.969GBs所以PCIe4.0x4的吞吐量为：1.969GBsx4=7.877GBs,如果是PCIe4.0x1.6,吞吐!后大就是64GBs.InterconnectStandardWidthTransferRateEffectiveBandwidthYrIntroducedISAIebit8MHz833MBs1934PCI32brt33MHZ133MBs1993PC1.e1.0upto161.anes(consumer)2.SGHz8GBs2004PCIe2.0upto161.anes(ConWmer)5GH，16GBt2008PCIe3.0upto16IaneS(ComUme

9、r)8GHz32GBs2011PC1.e4.0upto161.anes(commer)16GHZ64GBs2019PCIe5.0upto161.anes(consumer)32GHz128GBs2020-2021(Est)PCIe6.0upto161.anes(consumer)64GHz256GBs2022or1.ater(Est)除了吞吐量不同,不同的PCIe的尺寸的应用有啥不同呢？我们就来详细看下XI、X4、X8、X16的应用情况,PCIex1cardcanbeInsertedandwi1.1.workcorrect1.yInax1tx4.x8.x16s1.ot.PCIex2cardca

10、nbeInsertedandwi1.1.workcorrect1.yInax4,x8.x16s1.ot.PCIex4cardcanbeInsertedandwi1.1.workcorrect1.yInax4,x8.x16s1.ot.PCIex8cardcanbeInsertedandwi1.1.workcorrect1.yInax8,x16s1.ot.PCIex16cardcanbeinsertedandwi1.1.workcorrect1.yon1.yInax16s1.ot.PCIex1.6插槽：如上图所示，PCIe16插槽全长89mm,有164根针脚，靠主板外侧端有一卡口，将16分为前后两

11、组，较短的插槽有22根针脚，这个是用于供电，每个尺寸的插槽都有这个22根针脚的供电设计.较长的插槽142根，主要用于数据传输，具有16通道所带来的高带宽.目前来看,PCIex1.6插槽,主要用于GPU显卡以及RAID阵列卡等，这个插槽拥有优良的兼容性，可以向下兼容x1.4x8级别的设备，而且具有更强的传输性能，可以说是PCIEx1.6插槽是PCIE的万能插槽.由于PC1.ex1.6插槽常用于显卡，与CPU处理器直接相通，在物理位置上直接靠近CPU,这样显卡与处理器之间的数据交换就可以减少延迟，让系统的性能可以得到充分的发挥.PCIex8插槽：全长56mm,有98根针脚，与PCIe16比蛟，主要

12、是数据针脚减少至76根,短的供电针脚仍然是22针脚.为了兼容性，PCIex8插槽通常加工成PCIE16插槽的形式，但数据针脚只有一半是有效的，也就是说实际带宽只有真正的PC1.EX1.6插槽的一半.可以观察主板布线，x8的后半段没有线路连接，甚至针脚也没有焊接。实际上除了旗舰级或服务器的主板，能提供多条真正的PCIex1.6插槽外，大多数的主板只会提供一条耳正的PCIeX16插槽就是最靠近CPU的那条.而第二条和第三条PCIe16插值,则多数是PCIex8甚至是x4级别的。PCIex4插槽：长度为39mm,同样是在PCIE16插槽的基础上，以减少数据针脚的方式实现，主要用于PCIeSSD固态硬

13、盘，或者是通过PCIE转接卡安装的M.2SSD固态硬盘.PCIex4插槽通常由主板芯片扩展而来，不过随若CPU内部PC1.E通道数的培多，现在有部分高端主板可以开始提供直连CPU的PCIEx4插槽,用于安装PCIESSD固态硬盘.不过与PCIe8插槽一样尸C1.e4瓶槽为了莪容性现在多数也是做成PCIeX16插槽的形式,或是扩展为M.2接口，用于安装M.2SSD.M.2无线网卡或者其它M.2接口设备，其余扩展卡则留给PCIEX1.插槽负责.PCIEX1.插播:长度仅有25mm,相比PCIEx1.6插槽，其数据针脚是大幅度减少至14个.PCIEX1.插槽的带宽通常由主板芯片提供,主要用途是独立网

14、卡、独立声卡、USB3.O/3.1扩展卡等都会用到PCIEx1.插槽，甚至可以通过转接线给PCiEx1.插槽装上显卡，用来挖矿或者实现多屏输出.X1.的另外一个重要作用就是是用来替代原来的PCI设备的.PCIe未来会怎样？PCIe接口从2001年发展至今在协议的完整性上已经建立足够高的护城河1.重新定义一个接口协议在性能上超越PCIe,短期内一方面没有企业会有这个动力，另一方面技术的维度，也没有可预期的雏形创新.但“成“也Inte1.,“阻碍”也在Inte1.我们都知道（Inte1.在CPU发展方面一直以挤牙青”著称其实在PCIe方面，Inte1.挤牙膏那是更严重.一股来说，规范确定到商品化需

15、要12年的时间，就像摩尔定律估算的差不多，每过12年，其实产品就需要升级进化。但是宛若英特尔塾若自己的垄断优势，在PCIe升级方面则是亦步亦趋.从2004年发布PCIe1.O以后，到2023年新一代服务器的发布，PCIe5.0才开始逐渐出现在主板上.而且可以说,PCIe5.0是PCIe发展的重要分水岭，这是因为人或不如天算，Inte1.没想到大数据A1.视觉活染、基因分析以及EDR仿真等需求的突然爆发，让PCIe的数据传蜿已经赶不上GPU的需求.为了解决Pe1.e在数据传输的限制，早在几年前，市场上几种不同的传输和内存语义协议逐渐出现TBM的OPenCAP1.内存接口协议、Xi1.inx的CC1.X协议、NVIDIA的NV1.ink协议、惠普企业版的Gen-Z协议，都是为了解决PQe4.0传输过慢的问题.眼看若大家都在革PCIe的命”，在2019年3月份Inte1.推出了CX1.(ComputeExpress1.ink)协议接口，将CX1.协议封装到PCIE腌路层数据包中传送，并在CPU端的PCIE总控后端