带您认识PCle的发展和意义

2024年的开发者大会中，外设组件互联特别兴趣小组公布了PCle 6.0和PCle 7.0的最新进展。PCle 6.0深度一致性测试会在2025年开启。PCle 7.0最终规格也计划于2025年发布。PCle 系列设计会应用于数据中心，工业、汽车、航空航天、军事和消费电子产品应用中。

PCle 作为高速串行计算机扩展总线标准，现在已经普及到每一台PC当中。不管是普通用户还是专业用户，不管是大公司还是小公司，都在享受着一标准带来的好处。PCle在过去的二十余年中，经历6次更迭，每通道的传输速率从 2.5 GT/s 升至 128 GT/s，最新的PCIe 7.0方案，x16双向带宽可达512GB/s，继续翻番。

PCle是高速串行计算机扩展总线标准，PCle总线是计算机设备树的重要组成部分，几乎所有的外围硬件的扩展都需要使用PCle。多年以前，计算机的主板上不同设备用总线接口是完全不同的，硬盘对应硬盘的总接口，网卡对应网卡的总线接口。这样每个设备性能优化比较直接简单，但是主板上需要扩展设备增多，对应总线接口也增多，造成主板拓展存在局限性。这样也是硬件规格统一存在的不便性。

IBM和Intel联合在1981年使用第一代IBM PC XT机型上使用第一代ISA插槽，是现代PC的开山之作，当时8位ISA提供了4.77MB/s带宽。因为兼容性好，所以ISA总线大受欢迎。但是抗干扰技术不成熟，导致ISA总线贷款不能设计高，只能达到8MB/s，除了速度慢，还要有接口上设备不能自动配置不能即插即用。1992年，Intel提出了PCI总线协议，和一堆伙伴组成PCI-SIG的企业联盟。这个组织一支负责PCI总监标准指定和推广。

当下，PCle可以支持设备很多，如显卡、固态硬盘、无线网卡、有线网卡、声卡、视频采集卡、PCle转接M.2接口、PCle转接USB接口等。PCle总线有两种存在形式，一种是接口、一种是通道。当PCle用接口形式存在时，就是主板上的长槽。这些长槽就是PCle不同接口，常见的又X1、X4、X8、X16，这四种插槽最大带宽不一样，速度也不一样。X16的PCle速度是X8的两倍，X8是X4的两倍前提是同一代PCle总线上。

PCle的吞吐量计算公式是：吞吐量=传输速率*编码方案*物理信道Lane

PCIe4.0x4为例，含4个物理信道Lane，每个通道的吞吐量为：

16GT/s x 128b/130b =1.969GB/s

PCIe4.0x4的吞吐量为：1.969GB/s x 4 = 7.877GB/s，如果PCIe4.0x16，吞吐量最大就是64GB/s。

PCle 5.0是PCle发展的重要分水岭。但是随着大数据AI、视觉渲染、基因分析和EDR仿真等需求的大爆发，让PCle数据传输追不上GPU需求。因此大家都在关注PCle的革命。

Intel希望能够让CPU与GPU、FPGA或其他加速器之间实现高速高效的互联，从而满足高性能异构计算的要求。去年PCI-SIG 宣布将探索 PCIe 光纤连接的可能性。2023年8月PCI-SIG光学工作室成立，主要为连接器和收发器设计适当外形尺寸，用光波传输数据很可能扩大PCI应用。如云计算、高性能计算和量子计算等领域。这有可能会有更高吞吐量，更低延迟和更低能源需求。