我们总说PCIe 3.0/4.0，你真的了解是什么吗？

PCI Express 是一项经常成为头条新闻的技术，从每一代Intel和AMD处理器的发布，到最近的M.2接口的固态硬盘大跳水，可以说都有PCIe总线的新闻。那么，这个现代计算机的核心总线技术，到底是怎么工作的呢？

PCI 与 PCI Express：高时钟决定高速度

在PCIe之前，主流的总线技术是PCI标准。

尽管名称几乎相同，但 PCI Express和 PCI 总线几乎没有共同之处。

PCIe 是一个点对点系统——一条总线线路上，只有一个设备使用总线，并且不与其他任何设备共享——这和USB等总线通过集中控制器轮换调度是完全不同的。

PCIe 使用串行通信，每个时钟信号周期只发送一位数据。这种方法消除了并行通信中可能发生并导致问题的时钟偏差问题，最终使 PCIe 能够以更高的时钟速度运行（慢时钟1250MHz，而之前的PCI只有66MHz），因此也形成了PCIe总线高速的特性。

PCIe的串行特性还减少了数据传输所需的线路数量，一条完整的PCI总线数据通道，需要 32 条线；而PCIe 只需4 条，这还是为了照顾全双工工作模式（下图）。

而这组四条线的总线，更广为人知的名字便是是PCIe 通道，x1表示是一个通道，x4是四个通道，x16 是十六个通道，等等。

一个单通道 PCIe 1.0总线可以在一个方向上以大约 200 MB/s 的最低速率传输数据。

串行通信和基于数据包的数据传输的结合，也意味着PCIe插槽只要相对较少的引脚。

任何 PCI Express 设备的最小引脚是18（不是所有的针脚都需要使用），所以最短的PCIe X1插槽旧非常短小，因为只需要18针。

PCI Express：线少、高速，目前最佳内部总线

从设计之初，创建 PCIe 的目的就是尽可能扩大使用范围。

经过十几年的CPU演进，目前PCIe最终取代了其他所有用于将 CPU 连接到主板其余部分以及大部分扩展卡插槽的总线。

虽然AMD 和英特尔都为 CPU 开发了自己的点对点超快速连接系统，例如英特尔采用其QuickPath 互连技术将CPU连接到传统北桥芯片；而AMD则推出了HyperTransport用于直连系统内存和显卡插槽，但是，最终他们还是转而使用 PCI Express 连接到主板南桥。

不过，由于他们实现PCIe总线控制器的路线不同，因此总线数量、连接速度和场景是不一样的。

例如，AMD 的Ryzen 9 7950X处理器和X670E 主板芯片分别拥有 28 条和 20 条 PCIe 通道。对于 Ryzen CPU，16 条通道用于显卡插槽，8 条用于两个驱动器（NVME），其余 4 个用于与主板通信。而X670E 芯片中的PCIe通道可用于各种数据场景，例如网卡、蓝牙适配器、扩展槽和驱动器。

未来PCI Express有多快？

自 2003 年首次发布以来，PCI-SIG 已对规范进行了八次更新。

对于 6.0 版，信号方法从NRZ 切换到 PAM4 （在GDDR6X内存中首次使用），并且放弃了编码以支持各种纠错系统。

从带宽数据来看，单根 DDR4-3200 内存的峰值吞吐量为 25 GB/s，因此 PCIe 6.0 的四通道可以与之匹配。

不过，供电将成为未来PCIe的一大问题。对于全长 x16 卡，目前PCIe的标准限制住了它功耗限制为 75.9 W，这也是为什么现在显卡使用外接供电的原因。

而7.0 版的PCIe规范，将于 2025 年发布，预计数据传输速率将再次翻倍，达到128Gbps。家用 PC 在很多年内都不太可能实现这样的速度，PCIe 7.0的普及，可能要到 2030 年代中期。

如果这个速度可以实现，那到时候的硬件性能会有什么变化？

首先，显卡将连接到 CPU 中的 PCIe 控制器，带宽为 242 GB/s。理论上，那时候的核心显卡可以达到现在很多独显的性能——因为它的带宽能力加上PCIe7.0的内存带宽提供，使得核心显卡访问系统内存条如同现在的独显访问卡上显存一样。

当然，随着人工智能、数据和计算服务器等专用应用程序的发展，那时候的PCIe7.0设备到底速度够不够，只有到时候才知道了。

来源：钛师父