PCIe数据通路：主流类型和未来发展

发布时间：2022-11-28 阅读量：936 来源: 我爱方案网作者: 我爱方案网

PCIE是工业总线和计算机的关键技术，是方案主板与设备互联的数据通路。PCIE是用来互联诸如计算和通信平台应用中外围设备的第三代高性能I/O总线。第一代总线包括ISA、EISA、VESA和微通道总线，而第二代总线则包括了PCI、AGP和PCI-X。PCIE是一种可以适用于移动设备、台式电脑、工作站、服务器、嵌入式计算和通信平台等所有周边I/O总线互联的总线。本文介绍PCIe的类型及工业计算机IPC应用。

PCIe的类型

PCIe（外围组件互连快件）是用于连接高速组件的接口标准。每台台式电脑主板有许多 PCIe 插槽，可用于添加通用显卡，各种外设卡，无线网卡或固态硬盘等等。PC 中可用的 PCIe 插槽类型将取决于你购买的主板。PCIe标准目前有五个不同的代系：PCIe 1.0，PCIe 2.0，PCIe 3.0，PCIe 4.0和PCIe 5.0。带宽每一代都会翻倍。

pcie4.0，PCIe 4.0 标准于 2017 年首次亮相，可提供 64 GBps 的吞吐量。它可用于企业级服务器，但仅在2019年才可用于SSD。AMD 锐龙 3000 系列 CPU于2019年7月首次亮相，是第一个台式处理器支持 PCIe 4.0 x16的CPU。为了获得全面支持，用户需要购买 X570 芯片组来获得支持。

PCIe 5.0，官方PCIe 5.0标准于2019年5月发布。它将带来128 GBps的吞吐量。该规范与前几代 PCIe 向后兼容，还包括新功能，包括用于提高信号完整性的电气更改和用于附加卡的向后兼容的CEM 连接器。英特尔是第一个在CPU方面采用PCIe 5.0及其Alder Lake平台的公司。然而，第一批PCIe 5.0设备预计将于2022年面向企业客户首次亮相，消费者产品也将紧随其后。

定义PCIe标准的PCI-SIG期望PCIe 4.0和PCIe 5.0共存一段时间，PCIe 5.0用于高性能需求，渴望最大的吞吐量，例如用于AI工作负载和网络应用程序的GPU。因此，PCIe 5.0将主要用于数据中心，网络和高性能计算（HPC）企业环境，而不太密集的应用程序，如台式PC使用的应用程序，将适用于PCIe.

未来的PCIe 6.0，PCIe 6.0 将使 PCIe 5.0 的带宽翻倍，达到 256 GB/s，在相同的最大通道数 16 中。数据传输速率将达到每引脚64GT / s，高于PCIe 5.0的32 GT / s.PCIe 6.0也有望向后兼容以前的PCIe世代。

随着带宽的增加，PCIe技术的进步还将为产品开发带来其他连带的益处，比如在设计小型化方面。按照规划x1通道的PCIe 7.0双向传输速度高达32GB/s，这个数值是目前主流PCIe 4.0 SSD的两倍，这也就意味着未来基于PCIe 7.0规范的存储设备，可以更少的通道数实现更高的传输速度，因此高速SSD的外形也能够得以进一步“压缩”。

工业计算机中的PCIE插槽

PCI-e有7种通道规格，具有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。此外，较短的PCI-e卡可以插入较长的PCI-e插槽中使用。由于PCI-e只是南桥的扩展总线，与操作系统无关，不仅使工控机的PCI-e接口与PCI接口可以共存，也给用户的升级带来了方便。

PCI-e插槽根据总线位宽可分为X1、X4、X8以及X16，而X2模式将用于内部接口而非插槽模式。PCI-E规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。此外，较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口还能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。

PCI-e X1的250MB/秒传输速度已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。因此，用于取代AGP接口的PCI-E接口位宽为X16，能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。

PCI Express接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽，这样就可以降低PCI Express设备生产成本和体积。PCI Express可以为带宽渴求型应用分配相应的带宽，大幅提高中心处理器（CPU）和图形处理器（GPU）之间的带宽。

PCI-E高清VGA采集卡：VGA采集卡系列产品中的TC2102 VGA采集卡，根据用户需求改进的一个全新PCI-E VGA视频录播采集卡，可支持一机多卡，一个PCI-E插槽即可实现一路高清逐行VGA信号+二路D1视频信号的同步采集。采用256MB/64bit DDR2 内存芯片作为图像缓存，带宽高达2GB/s。

总结：

作为当今主流的计算机系统总线标准，PCIe这些年基本上都是按照每三年带宽增加一倍的发展速度演进的，PCI-SIG认为这基本上代表了计算机系统IO带宽需求增长的节奏。

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