PCIExpress接口

PCI Express（以下簡稱PCI-E）是一種高速串列計算機匯流排，用於取代老舊的PCI標準。PCI-E採用了點對點串列連線，每個設備都有自己的專用連線，不需要向整個匯流排請求頻寬，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高頻寬。相對於傳統PCI匯流排在單一時間周期內只能實現單向傳輸，PCI-E的雙單工連線能提供更高的傳輸速率和質量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。

基本介紹

• 外文名：Peripheral Component Interconnect Express
• 簡稱：PCI-E
• 發布時間：2003
• 類型：串列匯流排

釋義

PCI-E是新一代的匯流排接口，而採用此類接口的顯示卡產品，已經在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特爾開發者論壇”上，英特爾公司就提出了要用新一代的技術取代PCI匯流排和多種晶片的內部連線，並稱之為第三代I/O匯流排技術。隨後在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在內的20多家業界主導公司開始起草新技術的規範，並在2002年完成，對其正式命名為PCI Express。

簡介

PCI-E接口規格根據匯流排位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式將用於內部接口而非插槽模式。PCI-E規格從1條通道連線到32條通道連線，有非常強的伸縮性，以滿足不同系統設備對數據傳輸頻寬不同的需求。此外，較短的PCI-E卡可以插入較長的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口還能夠支持熱拔插，這也是個不小的飛躍。PCI-E X1的250MB/秒傳輸速度已經可以滿足主流聲效晶片、網卡晶片和存儲設備對數據傳輸頻寬的需求，但是遠遠無法滿足圖形晶片對數據傳輸頻寬的需求。 因此，用於取代AGP接口的PCI-E通道連線數為X16，能夠提供5GB/s的頻寬，即便有編碼上的損耗但仍能夠提供約為4GB/s左右的實際頻寬，遠遠超過AGP 8X的2.1GB/s的頻寬。

儘管PCI-E技術規格允許實現X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X16和X32通道規格，但是依形式來看，PCI-E X1和PCI-E X16已成為PCI-E主流規格，同時很多晶片組廠商在南橋晶片當中添加對PCI-E X1的支持，在北橋晶片當中添加對PCI-E X16的支持。除去提供極高數據傳輸頻寬之外，PCI-E因為採用串列數據包方式傳遞數據，所以PCI-E接口每個針腳可以獲得比傳統I/O標準更多的頻寬，這樣就可以降低PCI-E設備生產成本和體積。另外，PCI-E也支持高階電源管理，支持熱插拔，支持數據同步傳輸，為優先傳輸數據進行頻寬最佳化。

PCI-E在軟體層面上兼容的PCI技術和設備，支持PCI設備和記憶體模組的初始化，也就是說過去的驅動程式、作業系統無需推倒重來，就可以支持PCI-E設備。PCI-E已經成為顯示卡的接口的主流，不過早期有些晶片組雖然提供了PCI-E作為顯示卡接口，但是其速度是4X的，而不是16X的，例如VIA PT880 Pro和VIA PT880 Ultra，當然這種情況極為罕見。

發展

2001年春季的IDF上Intel正式公布PCI Express，是取代PCI匯流排的第三代I/O技術，也稱為3GIO。該匯流排的規範由Intel支持的AWG（Arapahoe Working Group）負責制定。2002 年4月17日，AWG正式宣布3GIO 1.0規範草稿制定完畢，並移交PCI-SIG進行審核。開始的時候大家都以為它會被命名為串列 PCI（受到串列ATA的影響），但最後卻被正式命名為PCI Express。2006年正式推出PCI-E 2.0規範。

PCI Express匯流排技術的演進過程，實際上是計算系統I/O接口速率演進的過程。PCI匯流排是一種33MHz@32bit或者66MHz@64bit的並行匯流排，匯流排頻寬為133MB/s到最大533MB/s，連線在PCI匯流排上的所有設備共享133MB/s～533MB/s頻寬。這種匯流排用來應付音效卡、10/100M網卡以及USB 1.1等網路接口基本不成問題。隨著計算機和通信技術的進一步發展，新一代的I/O接口大量湧現，比如千兆（GE）、萬兆（10GE）的乙太網技術、4G/8G的FC技術，使得PCI匯流排的頻寬已經無力應付計算系統內部大量高頻寬並行讀寫的要求，PCI匯流排也成為系統性能提升的瓶頸，於是就出現了PCI Express匯流排。PCI Express匯流排技術在當今新一代的存儲系統已經普遍的套用。PCI Express匯流排能夠提供極高的頻寬，來滿足系統的需求。

截止到2019年10月，PCI-E規範已經發展到5.0版本，其在X16接口下，可以達到63.02 GB/s的吞吐量。

PCI-E 各版本鏈路性能指標

PCI-E 版本	推出時間	碼型	傳輸率	吞吐量（以X1記）
1.0	2003	8b/10b	2.5 GT/s	250 MB/s
2.0	2007	8b/10b	5.0 GT/s	500 MB/s
3.0	2010	128b/130b	8.0 GT/s	984.6 MB/s
4.0	2017	128b/130b	16.0 GT/s	1969 MB/s
5.0	2019	128b/130b	32.0 GT/s	3938 MB/s

比較

與PCI匯流排相比，PCI-E匯流排主要有下面的技術優勢：

1. 是串列匯流排，進行點對點傳輸，每個傳輸通道獨享頻寬。
   
2. PCI-E匯流排支持雙向傳輸模式和數據分通道傳輸模式。其中數據分通道傳輸模式即PCI-E匯流排的x1、x2、x4、x8、x12、x16多通道連線，x1單向傳輸頻寬即可達到250MB/s，雙向傳輸頻寬更能夠達到500MB/s，這個已經不是普通PCI匯流排所能夠相比的了。
   
3. PCI-E匯流排充分利用先進的點到點互連、基於交換的技術、基於包的協定來實現新的匯流排性能和特徵。電源管理、服務質量（QoS）、熱插拔支持、數據完整性、錯誤處理機制等也是PCI Express匯流排所支持的高級特徵。
   
4. 與PCI匯流排良好的繼承性，可以保持軟體的繼承和可靠性。PCI-E匯流排關鍵的PCI特徵，比如套用模型、存儲結構、軟體接口等與傳統PCI匯流排保持一致，但是並行的PCI匯流排被一種具有高度擴展性的、完全串列的匯流排所替代。
   
5. PCI-E匯流排充分利用先進的點到點互連，降低了系統硬體平台設計的複雜性和難度，從而大大降低了系統的開發製造設計成本，極大地提高系統的性價比和健壯性。從下面表格可以看出，系統匯流排頻寬提高同時，減少了硬體針腳的數量，硬體的成本直接下降。
   

套用

PCI-E接口廣泛套用於消費級和工業級產品。主要作為主機板級互聯接口和擴展接口。

在幾乎所有個人電腦、筆記本和商用伺服器上，PCI-E是連線處理器和擴展卡的主要接口。而為了向後兼容性，在其中很大一部分系統上PCI-E和PCI是共存的。

自2013年起，PCI-E接口已經完全取代了AGP接口，成為顯示卡的默認接口。AMD和英偉達在2010年後生產的所有顯示卡都採用了PCI-E接口。