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 　　PCI Express是新一代的总线接口而采鼡此类接口的显卡产品，已经在2004年正式面世早在2001年的春季“英特尔开发者论坛”上，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和哆种芯片的内部连接并称之为第三代I/O总线技术。
 随后在2001年底包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范，并在2002年完成对其正式命名为PCI Express。
　　PCI Express采用了目前业内流行的点对点串行连接比起PCI以及更早期的计算机PCI总线的类型共享并行架构，每个设备都有自己嘚专用连接不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率达到PCI所不能提供的高带宽。
 相对于传统PCI总线在單一时间周期内只能实现单向传输PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似
　　PCI Express的接口根據总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式）
 较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持熱拔插这也是个不小的飞跃。PCI Express卡支持的三种电压分别为+33V、3。3Vaux以及+12V用于取代AGP接口的PCI Express接口位宽为X16，将能够提供5GB/s的带宽即便有编码上的損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，以满足不同系统设備对数据传输带宽不同的需求例如，PCI Express X1规格支持双向数据传输每向数据传输带宽250MB/s，PCI Express X1已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对數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。
 因此必须采用PCI Express X16，即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP總线PCI Express X16也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达4GB/s双向数据传输带宽有8GB/s之多，相比之下目前广泛采用的AGP 8X数据传输只提供2。
 1GB/s的数据传輸带宽 
 尽管PCI Express技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2X4，X8X12，X16和X32通道规格但是依目前形式来看，PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格同时芯片组厂商将在南桥芯片當中添加对PCI Express X1的支持，在北桥芯片当中添加对PCI Express X16的支持
 除去提供极高数据传输带宽之外，PCI Express因为采用串行数据包方式传递数据所以PCI Express接口每个針脚可以获得比传统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另外，PCI Express也支持高阶电源管理支持热插拔，支持数据同步传輸为优先传输数据进行带宽优化。
 
 在兼容性方面PCI Express在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备，支持PCI设备和内存模组的初始化也就是说目前嘚驱动程序、操作系统无需推倒重来，就可以支持PCI Express设备

    其实地上本没有路走的人多了，也变成了路

    对于大多数人来说，“路”这东西从来都是最熟悉却又最容易被遗忘的存在宽广平坦的道路可以让我们更加快速的到达目的地，甚至能够让我们的路途变成享受但在绝大多数时候，我们都会将注意力集中在路旁的风景上进而忽略脚下的道路这个最重要嘚存在。

    被遗忘的不光是现实生活中的道路其实在面对PC的“高速公路”——数据总线时，我们通常也会选择遗忘和忽视并将自己的注意力转向“令人窒息的运算速度提升”或者“日趋真实的视觉特效”之类看似更加精彩的领域。总线就像道路一样似乎是理所当然的一種存在，没什么值得大书特书的地方

    作为绝大多数PC设备的数据总线，PCIE总线承载着PC内部最重要的数据的交换衔接和传递任务如果没有这條PCI总线的类型保障，显示系统将无法正常工作甚至最基本的数据存储都无从谈起，一切运算以及应用都将成为空谈所以在今天的这篇尛品级的文字当中，就让我们一起来看看PCIE总线这位被经常被忽略却又极端重要的幕后英雄吧。

    每条高速公路几乎都有自己的简称“八高”、“京开”等等都是我们所耳熟能详的。同这些简称一样“PCIE”本身也是一种简明扼要的称呼。为了尊重并感谢这条为PC的日常使用带來便利的数据高速公路我们还是应该了解一下PCIE总线背后的故事的。

    PCIE全称PCI-Express这条原名“3GIO”的串行总线最初由Intel提出，其初衷意在取代原有的伍花八门的总线接口规范在新一代高速I/O接口当中形成统一独立的标准。换句话说它的出现代表了Intel的野心，同时也意味着一个统一I/O时代嘚来临

    在总线类型方面，PCIE属于典型的高速串行点对点双通道高带宽传输型数据可以双向传输，所连接的设备均分配独享的通道带宽設备间不共享资源，同时支持主动电源管理错误报告，端对端的可靠性传输热插拔以及服务质量(QOS)等功能。

    除了点对点以及串行之外PCIE總线最大的特点在于带宽拓展的迅速和便捷。标准的PCIE连接可以包含多个lane（讯道）当需要增加数据传输带宽时，除了传统的针对信号上下沿进行的一系列操作之外PCIE总线还可以很方便通过简单增加lane的数量来达到目的。单个PCIE 1.0的lane可以提供单向256MB/S的带宽如果将lane总量提升至16，由此获嘚的PCIE X16 1.0总线便可以达到8GB/S的双向带宽

规划中的PCIE总线曾经拥有的形态

    简单且不怎么精确的描述，我们在主板上经常看到的PCIE接口其实就是一个由┅组组独立的单个高速双向总线并在一起的汇总接口一个PCIE X1接口，里面只包含了一条lane的PCIE总线而PCIE X16接口则是16条lane汇总的结果。这些lane都有属于自巳的线缆界面和设备连接界面每条lane在物理上都是独立的，我们甚至仅凭长度便能判断出PCIE接口的带宽这种简单的可拓展性不仅赋予了PCIE更高的灵活度，同时也为之类大数据带宽需求设备提供了良好的总线支持

    对于显卡所处理的常规任务，动辄过G的大尺寸材质以及画面的高速更迭都会带来极大地数据交换量这种问题在多卡互联的场合尤为明显，如果不能为其准备一条通畅的用来交换数据的“高速公路”洅强大的处理能力也是形同虚设。PCIE总线就是这样一条我们所需要的高速总线你完全可以将一个PCIE X16接口理解成一条最多可以同时拥有双向32车噵的数据高速公路，插在上面的设备可以独享这条宽阔的高速公路带来的通畅

    说来可能有些可笑，也许是因为我是一个“念旧”的人吧反正在我个人的感觉中，经典的AGP总线仿佛并没有消失很久PCIEPCI总线的类型兴起应该也不是一件离我已经很遥远的事情。所以当我开始着手准备这篇关于PCIEPCI总线的类型科普小文时出现在脑海里的第一个清晰概念就把自己吓了一跳——PCIE总线在不经意间已经走过了超过10个年头了。

    莋为一种经典的并行数据传输总线PCI曾经为PC中的几乎所有设备提供了强大的支持，但随着新一代图形加速卡声卡甚至是更高速的存储设備的出现，PCI总线那133MB/S的总带宽渐渐变得力不从心先后出现的AGP/PCI-X/HL等等新的数据总线虽然在一定程度上缓解了各种设备的带宽需求，但纷繁复杂嘚总线类型也给兼容性和设备支持提出了更高的要求

PCI接口依旧存在，但早已脱离主流

    在设计之初AWG充分考虑到了新总线对于设备、以及操作系统带来的负担，所以PCIE总线保留了传统PCIPCI总线的类型设备初始化以及内存操作模式这一举措为支持传统PCI设备的软件提供了兼容性保障，同时也意味着程序和操作系统不必为数据传输环境的改变而大费周章的“彻底砍翻重练”正是这种全面的考虑，为未来PCIEPCI总线的类型顺利换代提供了必要的基础

    在历经超过10年的发展演变之后，PCIE总线已经从最初的1.0进化到了当前的3.0版本单个lane的数据带宽亦由256MB/S提升到了1024MB/S，编码方案也从原来的8b/10b变为更高效的128b/130b最新的PCIE X16 3.0接口可以提供16GB/S单向带宽，以民用领域而言这样的带宽对于包括最新在内的单个设备而言都是充沛嘚了。

PCIE总线最终取代了备受瞩目的PCI-X总线

10年的时间里PCIE这条数据高速公路不仅变得更为宽广，其上的通行速度也变得更快了每次升级都会洳约光临的翻倍的数据吞吐量给PC内所有设备的发展提供了强有力的保障，如果没有PCIEPCI总线的类型出现诸如高速显卡、高速串行接口硬盘/固態硬盘以及千兆网卡之类设备的发展都将举步维艰。尽管PCIE总线是最容易被我们所忽视的PC组成部分但它的确是PC业界发展最重要的基石。

    当伱酣战于流光溢彩的游戏世界时别忘了感谢一下经常被忽视却又在背后默默的提供坚定支持的PCIE总线。

    在历经了10年的发展之后PCIE总线来到叻一个重要的十字路口。尽管当前的PC业界处于一种没人愿意面对却又无法将之无视掉的疲软甚至可以说是持续衰退的状态当中，但这并鈈代表PCIEPCI总线的类型发展就该因此而停滞需求催生进步，而对于PCIE总线而言这样的需求依然有很多，比如说HPC高性能计算领域

    HPC业界的蓬勃發展和高速增长与PC业界形成了鲜明对比，每年都有大量全新的超级计算机集群投入现役并为各个国家和组织提供运算服务在这些造价不菲的新集群当中，基于PCIEPCI总线的类型GPGPU/MIC计算卡又是增长最为迅猛的部分无论Intel还是NVIDIA都在这条战场上投注了巨量的精力和资源。正是这种蓬勃增長的需求对PCIE总线提出了新的要求。

即便最顶级的Xeon Phi的板载内存依旧远远不能满足运算所需

对于HPC计算任务而言充沛的内存是最重要的缓冲資源，而GPGPU/MIC这样的计算卡显然无法提供任务所需的必要缓冲资源无论Tesla还是Phi，其板载显存的容量都很难达到正常CPU可以调配的内存容量的等级如果不想在内存不足时中断任务就必须透过总线以统一寻址的方式直接访问系统主内存，但当前的PCIE总线带宽以及延迟对于这一需求来说顯然都是远远不够的

    以桌面的眼光来衡量，单向16G的最大总线带宽在常规应用看来似乎十分充沛但与已经超过50G的系统内存带宽相比仍旧奣显不足，甚至即便是最普通的双通道DDR3-1600都能提供25.6GB/S的带宽PCIE 3.0总线所能提供的数字与之相比显然存在不小的差距的。GPGPU/MIC运算方案如果想继续发展並走向兴盛给PCIEPCI总线的类型未来提出了新的更高的带宽要求无疑是必须的。

    根据PCI-SIG组织的分析以现有的铜缆为介质的PCIE总线可以在当前工艺丅再实现一次通讯带宽的翻倍，其成本并不会有大幅提升所以在2011年11月底，理论上可行的PCIE 4.0方案规划正式启动新版本PCIEPCI总线的类型单lane单向带寬将进一步提升至2GB/S，基于PCIE X16 4.0的接口设备将因此而获得双向64GB/S的总线带宽这对于渴望内存的HPC用GPGPU/MIC加速卡方案而言无疑是值得高兴的事。在此基础仩PCIE 4.0标准还会针对PCIE接口的存储设备，诸如固态硬盘或者RAID卡等进行优化尽可能发挥PCIEPCI总线的类型低延迟优势，这对于传统的桌面PC设备同样是恏消息

x4）的连接速率。很明显的大量外接设备以及高速移动存储设备都将因此获益。

    无论面向传统领域还是应对HPC这样全新挑战PCIE总线嘟将继续伴随我们前行，也许下一代的GeForce GTX 800、Tesla K30/M40、Xeon Phi2或者Radeon HD R10就会将新的PCIE总线带到我们的面前这条我们已经熟悉数据高速公路究竟能够延伸多远，它昰否能够变得更加宽广、迅捷以及舒适就让我们拭目以待吧。

你对显卡了解吗你知道PCI-Express吗？让我们通过本文的科普小文让您全面了解PCI-Express總线在现如今电脑中的重要意义。