從1.0到6.0的飛躍之路PCIe總線技術(shù)發(fā)展解析

李實(shí)

PCIe作為目前PC系統(tǒng)中最主要的總線，從最初的1.0時(shí)代，發(fā)展到現(xiàn)在的6.0版本草案，經(jīng)歷了多次PC架構(gòu)的演化，也帶來了用戶體驗(yàn)的一次次升級(jí)?，F(xiàn)在，PCIe技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)比較關(guān)鍵的路口，隨著人們對(duì)帶寬無止境的需求，現(xiàn)有的PCIe技術(shù)已經(jīng)漸漸跟不上形勢(shì)的發(fā)展，新的技術(shù)究竟該怎么走，帶寬是否還能繼續(xù)翻倍發(fā)展呢？這一切，值得觀察和思考。

帶寬嚴(yán)重不足——需要新技術(shù)的PCI、AGP時(shí)代

1992年6月22日，英特爾發(fā)明了名為外部鏈接標(biāo)準(zhǔn)也就是PeripheralComponent Interconnect的接口規(guī)范，縮寫為PCI。PCI接口的特性在于采用的是并行傳輸方式，根據(jù)連接的數(shù)據(jù)寬度和頻率不同，能夠達(dá)到不同的數(shù)據(jù)傳輸速度。PC中使用的PCI主流標(biāo)準(zhǔn)有兩種，都采用32bit帶寬，頻率分別為33MHz和66MHz，帶寬分別是133MB/s和266HB/$。

PCI的帶寬有限.對(duì)日益強(qiáng)悍的GPU等高性能單元來說逐漸成為了瓶頸。因此，基于PCI的技術(shù)又發(fā)展出了AGP等專用于圖形卡的總線接口標(biāo)準(zhǔn)。AGP依舊是并行傳輸數(shù)據(jù)，考慮到插槽長(zhǎng)度的問題，依舊采用了32bit的接口，但是采用多倍數(shù)傳輸數(shù)據(jù)的方式，頻率從66MHz起跳，最終達(dá)到533MHz（實(shí)際物理傳輸頻率依舊是66MHz），數(shù)據(jù)帶寬最大可達(dá)2133MB/s。

PCI和AGP等接口帶來了2000年左右PC市場(chǎng)的繁榮。隨著系締性能進(jìn)一步提升，對(duì)帶寬要求越來越大。此時(shí)PCI和AGP的劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn)了出來。實(shí)際上，PCI或AGP這樣的并行傳輸技術(shù)，無法在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下帶來性能的進(jìn)一步提升。原因也很簡(jiǎn)單，PCI或者AGP這樣的并行傳輸技術(shù)帶寬來自于兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：位寬和頻率。32bit位寬在當(dāng)時(shí)工藝下和插接口尺寸相關(guān)，很難在寸土寸金的主板上采用更大的比如64bit位寬（這一點(diǎn)僅在服務(wù)器主板采用的PCI-X插接口上實(shí)現(xiàn)了）。同時(shí)頻率受制于并行發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)難以同步，高頻率數(shù)據(jù)容易遭受干擾以及主板制造成本等問題也門乎卡在了66MHz左右。因此，并行的PCI接口需要徹底改變才能適應(yīng)未來的帶寬發(fā)展計(jì)劃。

終于在2001年8月3日，非營利組織PCI-SIG召集了九大廠商，包括英特爾、AMD、惠普、康柏、博通、IBM、微軟、德州儀器和鳳凰科技等，進(jìn)行投票表決，并全票通過了新總線標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)協(xié)議，隨后這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就被正式命名為PCI Express，也就是我們今天看到的PCIe總線標(biāo)準(zhǔn)。

強(qiáng)悍“身板”——PCIe的技術(shù)基礎(chǔ)

在演進(jìn)到PCIe之后，整個(gè)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的發(fā)展可謂走上了快車道。在這一部分，本文將解讀PCIe的技術(shù)基礎(chǔ)以及它為什么能夠在10多年之后依舊擁有強(qiáng)大的生命力。

從概念上來說，PCIe總線架構(gòu)實(shí)際上是舊的PCI總線的高速串行替代產(chǎn)品，其最大的差別在于總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：PCI總線使用的是共享并行總線架構(gòu)，所有的PCI主機(jī)和所有的設(shè)備共享一組通用的地址、數(shù)據(jù)和控制線。PCIe基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單獨(dú)的串行鏈路將每個(gè)設(shè)備連接到host（root compoex），由于其共享式總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此采用的是仲裁方式訪問，單個(gè)方向上一次只允許一個(gè)主設(shè)備存在。

在數(shù)據(jù)傳輸方面，舊的PCI時(shí)鐘方案采用的是總線上最醫(yī)的設(shè)備頻率作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸頻率（不管有多少設(shè)備，也不管其他設(shè)備的情況如何），因此整體傳輸效率會(huì)被較慢的設(shè)備拉低。鑒于此，在傳統(tǒng)的PCI-AGP系統(tǒng)中，AGP總線需要單獨(dú)的控制器才能訪問和控制，并和通用的PCI鏈路徹底隔離。這樣顯然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。相比之下，PCIe改用了全新的任意兩個(gè)端點(diǎn)的全雙工通信，同時(shí)對(duì)多個(gè)端點(diǎn)的并發(fā)訪問沒有限制，系統(tǒng)只需要保留一個(gè)或者數(shù)個(gè)多通路的PCIe控制器，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同帶寬需求的設(shè)備進(jìn)行控制。比如顯卡需要PCIEX16，SSD需要PCIEX4，聲卡需要PCIEX1，這些設(shè)備都可以掛接在一個(gè)PCIe控制器上，互相之間也不會(huì)受到影響。

在總線協(xié)議方面，PCIe的通信數(shù)據(jù)使用了特殊的數(shù)據(jù)包封裝，打包和解包數(shù)據(jù)以及狀態(tài)消息流的工作由PCIe的端口事物層處理，不需要CPU的干涉。此外，PCIe總線在鏈接酉己對(duì)方面存在極高的靈活性。兩個(gè)設(shè)備之間的PCIe鏈路可以在x1和x32之間自由變動(dòng)，此時(shí)吞吐量將隨著鏈路變動(dòng)而變動(dòng)。在實(shí)際工作中，鏈路之間的通道數(shù)量可以在設(shè)備初始化期間自動(dòng)協(xié)商連接，可以采用最低鏈路的設(shè)備規(guī)格，也可以采用其他規(guī)格。舉例來說，可以將只支持PCIe x1的設(shè)備插入PCIe x4或者x16的插槽中，初始化時(shí)將自動(dòng)設(shè)置為最高可相互支持的物理鏈接通道數(shù)。反之.也可以自行配置較少的通道數(shù)，這樣能夠在設(shè)備出現(xiàn)壞道或者不可靠通道時(shí)提供容錯(cuò)性。

信號(hào)方面，PCIe規(guī)定了每一個(gè)通道中包含兩組差分信號(hào)對(duì)，其中一對(duì)差分信號(hào)用于接收數(shù)據(jù)，另外一對(duì)差分信號(hào)用于發(fā)送數(shù)據(jù)。因此每個(gè)PCIe通道都需要4條線纜或者信號(hào)跡線。一般來說，人們對(duì)這種同時(shí)可以收發(fā)的信息通道稱作“全雙工”信息傳輸通道。每次傳輸、鏈路端點(diǎn)之間的兩個(gè)方向上都會(huì)傳遞8位字節(jié)格式的數(shù)據(jù)包。采用串行信息的優(yōu)勢(shì)在于，每個(gè)通道的每個(gè)方向只有一個(gè)差分信號(hào)，并且嵌入了時(shí)鐘信息，這使得整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力大大增強(qiáng)，并且頻率極限被提升至干兆赫茲。

PCIe的初始標(biāo)準(zhǔn)定義了七種鏈路寬度，對(duì)應(yīng)七種不同的物理插槽規(guī)格。這七種鏈路規(guī)格的通道數(shù)量分別為1組、2組、4組、8組、12組、16組和32組，對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)分別采用x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32，不同規(guī)格的鏈路也和相應(yīng)長(zhǎng)度的物理插槽規(guī)格相匹配。一般來說，x16插槽是最常見的插槽規(guī)格，它用于接駁顯卡或者萬兆網(wǎng)絡(luò)、超高速SSD等高性能高帶寬設(shè)備。x32的插槽不太多見，往往用于服務(wù)器或者特殊場(chǎng)合。值得一提的是，由于PCIe規(guī)范的靈活性，人們往往設(shè)計(jì)智能切換方案來進(jìn)行插槽鏈路配置，而不再需要和物理鏈路規(guī)格綁定。舉例來說，一個(gè)x16的PCIe鏈路，可以同時(shí)面向一個(gè)x16規(guī)格的物理插槽和一個(gè)x4規(guī)格的物理插槽。當(dāng)x4物理接口沒有插入任何設(shè)備時(shí)，在優(yōu)先級(jí)配置規(guī)范的指引下，PCIe鏈路將全部分配給x16的物理插槽;當(dāng)x4規(guī)格接口插入設(shè)備后，PCIe鏈路可以限據(jù)配置需要，分配x12或者x8的鏈路給原本為x16的物理插槽，新的x4接口可以在不啟用和獲得x4帶寬之間自由選擇。

除了上述傳輸方面的設(shè)計(jì)外，PCIe在電源方面也作出了加強(qiáng)。根據(jù)PCIe規(guī)范，PCIe設(shè)計(jì)了數(shù)個(gè)專用的+12V和+3.3引腳，最大可供電能力為75W，這個(gè)供電能力已經(jīng)完全可以滿足大部分普通設(shè)備的需求了。不過在實(shí)際使用中，受制于主板設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)供電等原因，PCIe插槽的供電能力有可能達(dá)不到75W，各家廠商也會(huì)在相應(yīng)的產(chǎn)品中予以說明。

1.0-3.0時(shí)代——PCIe鋒芒盡顯

初始時(shí)代：PCIe 1.0標(biāo)準(zhǔn)小試牛刀

PCIe 1.0a在2003年由PCI-SIG正式推出相關(guān)規(guī)范。PCIe 1.0a的每通道運(yùn)行頻率為250MHZ，相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為250MB/s，不過更正規(guī)的寫法被寫成2.5GT/s，也就是每秒2.5干兆次傳輸。這里需要注意的是，PCIe的每通道數(shù)據(jù)是打包傳輸?shù)?，其中不但包括需要傳遞的目標(biāo)數(shù)據(jù)，還包括校驗(yàn)信息。PCIe 1.0a實(shí)際傳輸10bit的信息，其中2bit為校驗(yàn)信息，只有8bit為真正有用的信息，其傳輸帶寬開銷為20%，因此實(shí)際的有效信宮傳遞能力為每通道200MB/s。不過，初始的PCIe 1.0a版本在發(fā)布后很陜就被更新的PCIe 1.1規(guī)范替代。相比之前的1.0a版本，PCIe 1.1版本增加了一些功能和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，帶寬和關(guān)鍵性指標(biāo)完全相同，因此一般將其統(tǒng)一歸為PCIe 1.xs寸代。

支持PCIe 1.x規(guī)范的首款芯片組為英特爾在2004年6月發(fā)布的915P芯片組.支持的處理器為Pentium 4、雙核心的Pentium D以及面向頂級(jí)玩家的Pentium xE，首款支持PCIe技術(shù)的顯卡為AMD Radeon 9550的PCIe版本。此時(shí)的主板芯片組還尚未停止對(duì)PCI接口的支持，PCIe在此時(shí)主要用于緩解顯卡和CPU之間的通訊帶寬不足，而芯片組的其余部分?jǐn)U展接口或多或少都擁有數(shù)個(gè)PCI插槽。

從數(shù)據(jù)上來看，相比AGP x8的2133MB/s的接口帶寬，為顯卡準(zhǔn)備的PCIe 1.x x16的接口單向帶寬達(dá)到了4GB/s，雙向帶寬更是高達(dá)8GB/s，單向帶寬就相比AGP x8基本翻倍。不過，由于當(dāng)時(shí)的顯卡本身性能較弱，再加上并非為PCIe高帶寬設(shè)計(jì)等因素，在幾乎相同規(guī)格的AGP x8接口和PCIe 1.0x16的性能對(duì)比中，PCIe 1.0 X16并沒有帶來類似于帶寬翻倍那樣顯著的3D性能提升，兩者性能差距并不大。作為初代產(chǎn)品，PCIe在此時(shí)展示的是強(qiáng)悍的擴(kuò)展能力和幾乎無盡的潛能。此外，市場(chǎng)上還存在大量AGP接口的GPU芯片。為了滿足PCIe設(shè)備的需要，ATI和英偉達(dá)還設(shè)計(jì)了不同的橋接芯片來對(duì)GPU的數(shù)據(jù)接口規(guī)格進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并引發(fā)了一系列市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的故事，比如著名的“有路何必修僑”就是由ATI提出，所謂原生PCIe接口顯卡更有優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)宣傳口號(hào)。

PCIe 1.x時(shí)代持續(xù)的時(shí)間從本代實(shí)際產(chǎn)品上市（英特爾915P，2004年6月）到新一代實(shí)際產(chǎn)品上市（PCIe 2.0，英特爾X38，2007年8月）大約持續(xù)了3年多，接下來登場(chǎng)的就是長(zhǎng)壽命的PCIe 2.0。

PCIe 2.0一統(tǒng)天下

PCIe 2.0規(guī)范發(fā)布于2007年1月，其規(guī)范主要變化在于相比PCIe 1.x，PCIe 2.0的每通道頻率翻倍來到了500MHz，相應(yīng)的傳輸能力翻倍，達(dá)到了500MB/s，也就是5GT/s，不過數(shù)據(jù)編碼依舊使用了8bit/10bit的方式，也就是依舊需要使用20%的校驗(yàn)帶寬。即使如此，PCIe 2.0在典型應(yīng)用比如PCIex16接口的單向帶寬也達(dá)到了8GB/5，雙向帶寬更是達(dá)到了16GB/s。

除了帶寬暴增外，PCIe 2.0還帶來了不少新的技術(shù)，包括新增的輸入輸出虛擬化技術(shù)，可以讓多臺(tái)虛擬機(jī)共享PCIe設(shè)備;PCIe線纜子規(guī)范還加入了銅纜連接方案，每條線纜速度都可以達(dá)到2.5Gbps，滿足高速網(wǎng)絡(luò)連接的需求;另外還加入了動(dòng)態(tài)鏈路管理和鏈路寬度管理以及電源控制等多項(xiàng)功能，繼續(xù)完善著PCIe的技術(shù)和生態(tài)體系。

首款使用PCIe 2.0技術(shù)的芯片組是英特爾2007年8月發(fā)布、面向頂級(jí)玩家的X38芯片組，AMD也推出了AND790FX與之呼應(yīng)。首款支持PCIe 2.0技術(shù)的顯卡是英偉達(dá)的GeForce 8800GT，在止L2_后，AMD的Radeon HD 3800等一大批顯卡都加入了PCIe 2.0規(guī)范。

相比PCIe 1.x標(biāo)準(zhǔn)而言，PCIe 2.x的壽命是非常長(zhǎng)的，從2007年8月實(shí)際產(chǎn)品發(fā)布開始，一直到接近4年半后的2012年4月，隨著新的處理器亡市，PCIe 3.x的實(shí)際產(chǎn)品才開始登臺(tái)亮相，并逐漸替換PCIe 2.x。即使到現(xiàn)在，也有不少市售主板依舊采用PCIe 2.x的設(shè)備和接口。

鋒芒盡顯：PCIe 3.x時(shí)代來臨

PCI-SIG在發(fā)布PCIe 1.x和PCIe 2.0相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)都比較順利，沒有遇到太多的技術(shù)難題。但是在PCIe 3.0上，PCI-SIG遇到引艮多技術(shù)難題。PCIe3.0的預(yù)覽規(guī)格早在2007年就宣布了（恰好是PCIe 2.0發(fā)布后沒多久），但是實(shí)際的首個(gè)版本PCIe 3.0規(guī)范在三年后的2010年11月18日才推出。

PCIe 3.0遇到的難題主要來自工程實(shí)現(xiàn)。PCIe信號(hào)在傳輸中采用的是銅介質(zhì)，銅介質(zhì)實(shí)際上是有其物理傳輸頻率上限的，目前的技術(shù)估計(jì)其物理上限大約在12GT/s。在PCIe 3.x規(guī)范研發(fā)之初，業(yè)內(nèi)有消息稱新的PCIe的傳輸頻率會(huì)在PCIe 2.x的基礎(chǔ)上繼續(xù)翻倍，來到大約1GHz的水平，傳輸速率為10GT/s的水平。不過在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，人們發(fā)現(xiàn)單純的頻率翻倍難以實(shí)現(xiàn)，包括相應(yīng)連接器件的設(shè)計(jì)和線路布局都面臨困難，成本也可能大幅度上升。作為一個(gè)普適性的標(biāo)準(zhǔn)而言，這樣的情況讓人難以接受。不過，最終技術(shù)人員采用了巧妙的手段避開了頻率翻倍的問題。

PCIe 3.0的最終標(biāo)準(zhǔn)采用的是800MHz的運(yùn)行頻率，其數(shù)據(jù)傳輸速率為8Gx/s，相比之前的PCIe 2.0提升了60%，并未翻倍。但是在數(shù)據(jù)校驗(yàn)方面，PCIe 3.0s勺校驗(yàn)不再采用8bit/10bit的小包校驗(yàn)方式，轉(zhuǎn)而采用了全新算法的128bit/130bit大包校驗(yàn)方式，以及全新的硬件加擾和解碼模塊等，其校驗(yàn)帶寬開銷從之前的20%大跌至1.54%，甚至幾乎可以忽略，極大地提升了有效數(shù)據(jù)的傳輸帶寬。這樣一來，PCIe 3.0不需要翻倍傳輸速率就能夠達(dá)到實(shí)際帶寬基本翻倍的目的。

不過問題還沒有結(jié)束，即使是采用8GT/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，PCI-SIG組織也懷疑當(dāng)時(shí)的技術(shù)難以完成。為此，PCIe 3.0規(guī)范加入了一些增強(qiáng)信號(hào)指令，以及對(duì)數(shù)據(jù)完整性的優(yōu)化，包括發(fā)送器和接收器以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，再加上重新優(yōu)化的PLL、數(shù)據(jù)通道等。但這還不夠，PCI-SIG還進(jìn)行了為期六個(gè)月的技術(shù)分析，包括現(xiàn)有低成本材料是否能夠滿足PCIe 3.0高帶寬的需求等，好在最終一切順利。

最終完成的PCIe 3.0標(biāo)準(zhǔn)每通道帶寬為985MB/s，在PCIe x16帶寬下能夠達(dá)到15.7GB/s的水平，相比之前的PCIe 2.x基本做到了翻倍。此外，PCIe3.0標(biāo)準(zhǔn)的更新版本PCIe 3.P在2014年11月發(fā)布。加入了包括電源管理、性能優(yōu)化和功能拓展等多項(xiàng)改變，當(dāng)然本質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸能力沒有變化。

由于PCIe 3.0的研發(fā)遇到了一些困難，因此PCIe 3.0的相關(guān)產(chǎn)品推出也比較晚。在處理器端支持PCIe 3.0的首款產(chǎn)品是英特爾第三代酷睿處理器，典型產(chǎn)品包括Core i7-3770，發(fā)布于2012年第二季度，搭配芯片組為英特爾6系列，包括Z68、P67等，不過CPU提供的PCIe 3.0 x16鏈路主要用于顯卡，其他設(shè)備基本無緣。主板方面，支持PCIe 3.0的產(chǎn)品就要晚很多了直到2015年9月英特爾發(fā)布100系列芯片組，其他設(shè)備才有幸使用到PCIe 3.0的帶寬。

從目前的產(chǎn)品和應(yīng)用角度來看，PCIe 3.0依舊是當(dāng)下的主力數(shù)據(jù)傳輸接口，尤其是對(duì)顯卡、SSD、高端萬兆網(wǎng)卡等設(shè)備來說，PCIe 3.0的出現(xiàn)和應(yīng)用，解放了長(zhǎng)期以來對(duì)這些產(chǎn)品在帶寬方面的約束，大幅度推動(dòng)了產(chǎn)品的發(fā)展速度。尤其是SSD，在使用了相關(guān)PCIe規(guī)范的NVMe接口后，有效改善了電腦啟動(dòng)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)的不足。

從4.0到6.0——繼續(xù)翻倍、繼續(xù)前行

在PCIe 3.0之后，人們又將眼光瞄向了4.0時(shí)代。實(shí)際上也可以看出，隨著PCIe帶寬越來越大，PCIe技術(shù)每一代之間的時(shí)間間隔也越來越長(zhǎng)。PCIe 1.x到PCIe 2.x之間只有3年，PCIe2.x到PCIe 3.x之間差不多4年半（PCIe 2.0直到現(xiàn)在也沒“下崗”），而PCIe 3.0到PCIe 4.0之間更是長(zhǎng)達(dá)7年之久。

出現(xiàn)這樣的問題，依舊是銅傳輸?shù)臉O限即將來臨。不過在PEIe 3.0之后，PCIe總線做出了很多改進(jìn)，包括信號(hào)可靠性和完善性的改進(jìn)，新的重定時(shí)器、發(fā)射器、接收器等，又將整個(gè)傳輸?shù)男阅芎蛶挻蟠笙蚯巴七M(jìn)了一步，在這種情況下，PCIe 4.0誕生。

PCIe 4.0：帶寬暴增卻生不逢時(shí)？

PCIe 4.0的相關(guān)規(guī)范于2011年11月29日由PCI-SIG宣布。從表面規(guī)格來看，PCIe 4.0相比之前的3.x，傳輸速率直接翻倍來到了16GT/s，因此相比之下帶寬再度比PCIe 3.0翻倍。在6年后的2017年6月8日，PCI-SIG宣布PCIe4.0規(guī)范完成。

在傳輸方面，PCIe 4.0中加入了通道寬裕度設(shè)計(jì)通道寬裕度的功能在于隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)PCIe的通訊情況，包括評(píng)估接收器波形圖相關(guān)數(shù)據(jù)的寬度在時(shí)間和空間上的差值，同時(shí)可以自動(dòng)確認(rèn)PCIe通道的余量，所有過程都是自動(dòng)的，不需要任何人工干涉。另外，PCIe 4.0還加入了擴(kuò)展的標(biāo)簽和功能，這些功能可以協(xié)同工作，共同加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒔档脱舆t并提高全帶寬的飽和度。其他的一些技術(shù)還包括整體減少的系統(tǒng)延遲、I/O虛擬化、平臺(tái)集成，可擴(kuò)展性提升、增強(qiáng)的可靠性、可用性和可維護(hù)性（RAS）等內(nèi)容。考慮到PCIe 4.0在技術(shù)上存在比較大的變化，因此可能需要新的硬件設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)比較好的支持，確保使用的穩(wěn)定性。

除了帶寬暴增之外，PCIe 4.0規(guī)范增加了不少新的內(nèi)容，包括全新的通知機(jī)制Readiness Notification、精確時(shí)間管理Precision Time Measurement、獨(dú)立參考時(shí)鐘設(shè)計(jì)Separate Refclk IndependentSSC、全新的拓展方式Downstream PortContainment（DPC）和enhanced DPC以及輕量通知協(xié)議Lightweight Notification（LN）protocol等等。此外，在電源和功耗方面，新的PCIe 4.0也增加了諸如超低功耗狀態(tài)1 PM等，能夠帶來更低的休眠功耗，有利于移動(dòng)設(shè)備使用。

目前支持PCIe 4.0的設(shè)備只有AMD銳龍3000系列處理器和X570主板，以及AMD新的Radeon RX 5700系列顯卡。此外業(yè)內(nèi)一些存儲(chǔ)廠商還在第一時(shí)間推出了支持PCIe 4.0技術(shù)的SSD產(chǎn)品。從性能來說，PCIe 4.0的每通道帶寬高達(dá)約2GB/s，PCIe 4.0 x16的單向帶寬高達(dá)約31.5GB/s，雙向帶寬高達(dá)約63GB/s，性能非常出色。但是，目前英特爾反而宣布暫時(shí)沒有對(duì)PCIe 4.0的支持計(jì)劃，旗下所有產(chǎn)品都未提供對(duì)PCIe 4.0的支持。那么，英特爾是不打算支持更新的PCIe標(biāo)準(zhǔn)？顯然不是這樣.在PCIe 4.0發(fā)布之后，PCIe 5.0和PCIe 6.0的消息接踵而來。并且發(fā)布時(shí)間也非常近。這意味著PCIe 4.0可能曇花一現(xiàn)，也可能是生不逢時(shí)？

PCIe 5.0和PCIe6.0——近在眼前？

根據(jù)目前的消息，PCI-SIG組織已經(jīng)在2019年5月發(fā)布了PCIe 5.0標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)的詳細(xì)信息目前還沒有太多資料，但是舊比PCIe 4.0，PCIe 5.0的帶寬再度翻倍，典型的PCIe 5.0 x16場(chǎng)景下，單向帶寬達(dá)到了約64GB/s，雙向帶寬高達(dá)128GB/s。為了達(dá)到如此的帶寬高度，PCIe 5.0采用了全新的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)可以向后兼容的CEM連接器等設(shè)備，整體技術(shù)架構(gòu)還是發(fā)生了比較大的變化。

根據(jù)業(yè)內(nèi)估計(jì)PCIe 5.0的相關(guān)設(shè)備將在2019年亮相，并在2020年左右上市。不過PCI-SIG認(rèn)為PCIe 5.0早期成本比較高，和PCIe 4.0暫時(shí)不會(huì)構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。其中PCIe 5.0用于滿足數(shù)據(jù)中心、AI計(jì)算等高吞吐、高性能需求，而PC等設(shè)備將繼續(xù)使用PCIe 4.0。

由于PCIe 5.0的規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，那么接下來的PCIe 6.0也開始進(jìn)行草案和相關(guān)技術(shù)準(zhǔn)備了根據(jù)PCI-SIG的消息，PCIe 6.0相比PCIe 5.0帶寬再度翻倍，在典型的比如PCIe 6.0 x16場(chǎng)合下，單向帶寬可達(dá)到128GB/s，雙向帶寬則高達(dá)256GB/s。PCIe 6.0的主要技術(shù)要點(diǎn)包括：數(shù)據(jù)驗(yàn)證改用了全新的Pulse Amplitude Modulation（PAM，脈沖幅度調(diào)制）方式，之前在PCIe 5.0上使用的NRZ不再使用。新的PAM是一種廣泛用于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木幋a技術(shù)，因此部署起來應(yīng)該不算太難，這個(gè)技術(shù)允許PCIe 6.0在相同的時(shí)間內(nèi)封裝更多數(shù)據(jù)。另外，PCIe 6.0還加入了低延遲向前糾錯(cuò)方式（Forward ErrorCorrection），以有效地利用帶寬節(jié)約資源。PCI-SIG還有一些未公布的技術(shù)，用于更好地提高傳輸效率。在信道范圍方面，PCIe 6.0和之前的規(guī)范保持一致，大約為36dB。在兼容性方面，PCIe 6.0兼容之前的規(guī)格。在上市時(shí)間方面，PCI-SIG組織希望在2021年前完成相關(guān)規(guī)范的制定，最理想的情況下，相關(guān)產(chǎn)品在2022年上市。

總的來看，PCIe總線雖然不直接承擔(dān)各種計(jì)算、渲染任務(wù)，但對(duì)于電腦系統(tǒng)來說卻非常重要。就像一條道路，如果使用只有一條車道的村級(jí)道路將原材料運(yùn)送給工廠：那么生產(chǎn)效率肯定不能同使用雙向4車道、雙向8車道乃至雙向10車道高速公路運(yùn)送原材料的工廠相比。讓人欣慰的是，PCIe總線技術(shù)在近年來仍保持高速發(fā)展，PCIe 4.0-6.0的快速問世標(biāo)志著未來可能出現(xiàn)的各類高性能GPU、SSD傳輸帶寬都能得到滿足，這些產(chǎn)品的性能可以得到充分的發(fā)揮。對(duì)于這些產(chǎn)品的廠商來說，他們只需要專注提升GPU、sSD的性能即可。因此在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，PCIe總線仍將是電腦系統(tǒng)內(nèi)各成員的主要“道路”，并成為不斷改善用戶體驗(yàn)的重要保障。