PCIe 4.0

PCIe 4.0，即PCI Express標準第4代版本，由PCI-SIG組織於2017年10月正式發布。其關鍵特性是將數據傳輸速率提升至16 GT/s，相比上一代PCIe 3.0實現頻寬翻倍，x16通道雙向頻寬可達64 GB/s。該標準主要用於連線高性能NVMe固態硬碟和獨立顯示卡等設備，可顯著提升存儲讀寫速度，並已拓展至數據中心、伺服器及移動設備等領域。PCIe 4.0保持向下兼容性，但需CPU、主機板及設備同時支持方可發揮全部性能，且存在特定硬體組合下的兼容性或穩定性問題。2019年，AMD率先在消費級市場支持PCIe 4.0，隨著技術成熟，其生態持續擴大，例如2025年國產廠商發布了相關晶片及車載光傳輸模組。

PCIe 4.0採用與PCIe 3.0相同的128b/130b編碼方案，並引入了省電增強功能。由於速率提升帶來信號完整性挑戰，其規範引入了通路裕量（Path Margin）特性。採用該接口的NVMe固態硬碟可實現超過7000 MB/s的順序讀取速度，2023年TB級別PCIe 4.0固態硬碟已成為市場主流。2026年，仍有新產品配備PCIe 4.0擴展槽。

基本介紹

• 外文名：PCI Express 4.0
• 產品類型：標準
• 上市時間：2017年10月

技術規格

PCIe 4.0的傳輸速率定義為16 GT/s，是PCIe 3.0（8 GT/s）的兩倍。單通道（x1）單向頻寬約為2 GB/s，x16通道雙向總頻寬可達64 GB/s。PCIe 4.0採用與PCIe 3.0相同的128b/130b編碼方案。

PCIe 4.0支持向後兼容，連線PCIe Gen 3系統的PCIe Gen 4設備會以PCIe Gen 3速度運行。PCIe 4.0還引入省電增強功能，有助於降低設備功耗和運行溫度。

發展歷程

隨著人工智慧、高速存儲和網路技術的快速發展，PCIe 3.0的頻寬逐漸成為瓶頸，催生了更高頻寬標準的需求。

2017年10月，PCI-SIG組織正式發布PCIe 4.0規範（版本v1.0），傳輸速率提升至16 GT/s，頻寬較PCIe 3.0翻倍。此次版本更新距上一代PCIe 3.0（2010年發布）間隔約7年，長於通常的4年疊代周期。

規範發布後，IBM Power 9處理器和AMD EPYC伺服器晶片成為早期支持該技術的處理器。2019年，AMD在台北國際電腦展（Computex 2019）上率先發布了支持PCIe 4.0的第三代銳龍桌面處理器及配套的X570晶片組主機板，標誌著PCIe 4.0技術正式進入消費級市場。為確保穩定性，AMD在後續的BIOS更新中決定，舊有的X470/B450等晶片組主機板將無法通過升級支持PCIe 4.0。

隨著技術成熟，PCIe 4.0生態持續擴大。例如，匯聯芯橋於2025年推出了首款PCIe 4.0高速傳輸晶片；同年，智馳領馭推出了基於PCIe 4.0協定的車載光傳輸模組，拓展了其在智慧型汽車領域的套用。

2026年3月，軟通華方推出的“龍蝦一體機”系列AI工作站提供了PCIe 4.0 x16插槽。

2026年3月22日，惠普星 Studio Pro 27 一體機開售，配備1TB PCIe 4.0固態硬碟。

技術特點

PCIe 4.0的傳輸速率定義為16 GT/s，相比PCIe 3.0翻倍，並採用128b/130b編碼機制。在x16通道配置下，其雙向頻寬可達64 GB/s。當數據率從8 GT/s翻倍到16 GT/s時，信號完整性降低變得更加顯著，帶來了信號衰減、抖動和串擾等挑戰。為應對此項挑戰，PCIe 4.0規範引入了通路裕量（Path Margin）特性，允許系統設計人員在接收器處測量每一系統中的可用電氣裕量。

PCIe 4.0可連線高性能設備，如GPU和PCIe NVMe固態硬碟。NVMe SSD在PCIe 4.0下連續讀寫速度可達7000 MB/s以上，能顯著提升大檔案傳輸或視頻剪輯效率。對於高端顯示卡，在4K遊戲等場景下可能略微提升性能。然而，在多數遊戲和中端顯示卡的套用中，PCIe 4.0相較於PCIe 3.0的實際性能優勢有限或難以察覺。要充分利用PCIe 4.0，需要CPU、主機板晶片組和PCIe設備三方同時支持。PCIe 4.0向下兼容，當PCIe 4.0設備連線至PCIe 3.0系統時，將以PCIe 3.0的速度運行。

產品與套用

PCIe 4.0技術已廣泛套用於多個硬體領域，可讓系統連線到高性能PCIe設備，例如GPU和PCIe NVMe固態硬碟。PCIe 4.0已成為數據中心和企業伺服器的主流選擇，套用廣泛用於支持高性能存儲、GPU加速計算和網路接口卡。

主機板晶片組

支持PCIe Gen 4的消費級台式機主機板晶片組包括AMD的X570、B550和TRX40，以及Intel的Z490、Z590和Z690及600系列。B550晶片組本身並不支持PCIe 4.0，其提供的PCIe 4.0匯流排來自於CPU自帶的20條PCIe 4.0通道。

存儲設備

PCIe 4.0消除了PCIe NVMe固態硬碟的性能瓶頸，讓PCIe NVMe固態硬碟的數據讀寫速度大幅提升。採用PCIe 4.0接口的NVMe固態硬碟可實現超過7000 MB/s的順序讀取速度。2023年，TB級別PCIe 4.0固態硬碟已成為市場主流。

圖形設備

支持PCIe 4.0的顯示卡系列包括AMD Radeon RX 5700XT及之後型號，NVIDIA GeForce RTX 40系列，以及Intel Arc A系列。

企業級與新興套用

在伺服器與數據中心市場，PCIe 4.0已成為主流選擇，用於支持高性能存儲、GPU加速計算和網路接口卡。在新興領域如智慧型汽車中，基於PCIe 4.0協定的車載光傳輸模組被用於實現算力無損直連。

移動設備

PCIe 4.0在高端筆記本電腦、移動工作站等移動設備中已成為提升存儲和圖形處理性能的重要技術。PCIe 4.0在移動設備中的套用前景廣闊，同時也面臨功耗和散熱方面的挑戰。

兼容性與問題

在PCIe 4.0推廣初期，AMD曾宣布其舊款晶片組無法通過BIOS升級獲得PCIe 4.0支持。據AMD方面解釋，此決定主要出於對舊主機板信號完整性可靠性的考量，無法保證其穩定運行於更高速度的PCIe 4.0模式。

部分硬體組合在PCIe 4.0模式下可能存在兼容性或穩定性問題。例如，有報告指出英特爾® Arc™ A750顯示卡在設定為PCIe 4.0模式運行時可能出現遊戲崩潰或信號中斷的問題。此外，一些機箱附帶的PCIe 4.0轉接卡也可能因設計缺陷，無法在PCIe 4.0模式下穩定工作，只能在PCIe 3.0模式下運行。

當遇到上述兼容性問題時，一種常見的臨時解決方案是進入主機板的BIOS/UEFI設定界面，將對應PCIe插槽的運行模式手動降級設定為“Gen 3.0”模式。

儘管存在上述特定兼容性問題，但PCIe 4.0標準本身遵循向後兼容原則。這意味著PCIe 4.0設備可以安裝在僅支持PCIe 3.0或更早版本的主機板上使用，但此時設備將自動降速至主機板所支持的最高PCIe版本運行。