PCI Express

概述

　　PCI Express（以下簡(jiǎn)稱PCI-E）采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到PCI所不能提供的高帶寬。相對(duì)于傳統(tǒng)PCI總線在單一時(shí)間周期內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)單向傳輸，PCI-E的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質(zhì)量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。

釋義

　　PCI Express是新一代的總線接口，而采用此類接口的顯卡產(chǎn)品，已經(jīng)在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特爾開發(fā)者論壇”上，英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代PCI總線和多種芯片的內(nèi)部連接，并稱之為第三代I/O總線技術(shù)。隨后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在內(nèi)的20多家業(yè)界主導(dǎo)公司開始起草新技術(shù)的規(guī)范，并在2002年完成，對(duì)其正式命名為PCI Express。

簡(jiǎn)介

　　PCI-E的接口根據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式。PCI-E規(guī)格從1條通道連接到32條通道連接，有非常強(qiáng)的伸縮性，以滿足不同系統(tǒng)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬不同的需求。此外，較短的PCI-E卡可以插入較長(zhǎng)的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口還能夠支持熱拔插，這也是個(gè)不小的飛躍。PCI-E X1的250MB/秒傳輸速度已經(jīng)可以滿足主流聲效芯片、網(wǎng)卡芯片和存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足圖形芯片對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求。 因此，用于取代AGP接口的PCI-E接口位寬為X16，能夠提供5GB/s的帶寬，即便有編碼上的損耗但仍能夠提供約為4GB/s左右的實(shí)際帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。

　　盡管PCI-E技術(shù)規(guī)格允許實(shí)現(xiàn)X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X16和X32通道規(guī)格，但是依形式來(lái)看，PCI-E X1和PCI-E X16已成為PCI-E主流規(guī)格，同時(shí)很多芯片組廠商在南橋芯片當(dāng)中添加對(duì)PCI-E X1的支持，在北橋芯片當(dāng)中添加對(duì)PCI-E X16的支持。除去提供極高數(shù)據(jù)傳輸帶寬之外，PCI-E因?yàn)椴捎么袛?shù)據(jù)包方式傳遞數(shù)據(jù)，所以PCI-E接口每個(gè)針腳可以獲得比傳統(tǒng)I/O標(biāo)準(zhǔn)更多的帶寬，這樣就可以降低PCI-E設(shè)備生產(chǎn)成本和體積。另外，PCI-E也支持高階電源管理，支持熱插拔，支持?jǐn)?shù)據(jù)同步傳輸，為優(yōu)先傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行帶寬優(yōu)化。

兼容性

　　PCI-E在軟件層面上兼容的PCI技術(shù)和設(shè)備，支持PCI設(shè)備和內(nèi)存模組的初始化，也就是說(shuō)過(guò)去的驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)無(wú)需推倒重來(lái)，就可以支持PCI-E設(shè)備。PCI-E已經(jīng)成為顯卡的接口的主流，不過(guò)早期有些芯片組雖然提供了PCI-E作為顯卡接口，但是其速度是4X的，而不是16X的，例如VIA PT880 Pro和VIA PT880 Ultra，當(dāng)然這種情況極為罕見。

發(fā)展

　　2001年春季的IDF上Intel正式公布PCI Express，是取代PCI總線的第三代I\O技術(shù)，也稱為3GIO。該總線的規(guī)范由Intel支持的AWG（Arapahoe Working Group）負(fù)責(zé)制定。2002 年4月17日，AWG正式宣布3GIO 1.0規(guī)范草稿制定完畢，并移交PCI-SIG進(jìn)行審核。開始的時(shí)候大家都以為它會(huì)被命名為Serial PCI（受到串行ATA的影響），但最后卻被正式命名為PCI Express。2006年正式推出Spec2.0（2.0規(guī)范）。
 

　　PCI Express總線技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程，實(shí)際上是計(jì)算系統(tǒng)I\O接口速率演進(jìn)的過(guò)程。PCI總線是一種33MHz@32bit或者66MHz@64bit的并行總線，總線帶寬為133MB/s到最大533MB/s，連接在PCI總線上的所有設(shè)備共享133MB/s～533MB/s帶寬。這種總線用來(lái)應(yīng)付聲卡、10/100M網(wǎng)卡以及USB 1.1等網(wǎng)絡(luò)接口基本不成問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新一代的I\O接口大量涌現(xiàn)，比如千兆（GE）、萬(wàn)兆（10GE）的以太網(wǎng)技術(shù)、4G/8G的FC技術(shù)，使得PCI總線的帶寬已經(jīng)無(wú)力應(yīng)付計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部大量高帶寬并行讀寫的要求，PCI總線也成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸，于是就出現(xiàn)了PCI Express總線。PCI Express總線技術(shù)在當(dāng)今新一代的存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用。PCI Express總線能夠提供極高的帶寬，來(lái)滿足系統(tǒng)的需求。

　　PCI-E 3.0規(guī)范也已經(jīng)確定，其編碼數(shù)據(jù)速率，比同等情況下的PCI-E 2.0規(guī)范提高了一倍，X32端口的雙向速率高達(dá)320Gbps。

劣勢(shì)

　　PCI總線的最大優(yōu)點(diǎn)是總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)也比較明顯：
 

　　1)并行總線無(wú)法連接太多設(shè)備，總線擴(kuò)展性比較差，線間干擾將導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作；

　　2) 當(dāng)連接多個(gè)設(shè)備時(shí)，總線有效帶寬將大幅降低，傳輸速率變慢；

　　3) 為了降低成本和盡可能減少相互間的干擾，需要減少總線帶寬，或者地址總線和數(shù)據(jù)總線采用復(fù)用方式設(shè)計(jì)，這樣降低了帶寬利用率。 PCI Express總線是為將來(lái)的計(jì)算機(jī)和通訊平臺(tái)定義的一種高性能，通用I\O互連總線。

比較

　　與PCI總線相比，PCI Express總線主要有下面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

　　1) 是串行總線，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，每個(gè)傳輸通道獨(dú)享帶寬。

　　2) PCI Express總線支持雙向傳輸模式和數(shù)據(jù)分通道傳輸模式。其中數(shù)據(jù)分通道傳輸模式即PCI Express總線的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道連接，x1單向傳輸帶寬即可達(dá)到250MB/s，雙向傳輸帶寬更能夠達(dá)到500MB/s，這個(gè)已經(jīng)不是普通PCI總線所能夠相比的了。
 

　　3) PCI Express總線充分利用先進(jìn)的點(diǎn)到點(diǎn)互連、基于交換的技術(shù)、基于包的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)新的總線性能和特征。電源管理、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、熱插拔支持、數(shù)據(jù)完整性、錯(cuò)誤處理機(jī)制等也是PCI Express總線所支持的高級(jí)特征。

　　4) 與PCI總線良好的繼承性，可以保持軟件的繼承和可靠性。PCI Express總線關(guān)鍵的PCI特征，比如應(yīng)用模型、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、軟件接口等與傳統(tǒng)PCI總線保持一致，但是并行的PCI總線被一種具有高度擴(kuò)展性的、完全串行的總線所替代。

　　5) PCI Express總線充分利用先進(jìn)的點(diǎn)到點(diǎn)互連，降低了系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和難度，從而大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)制造設(shè)計(jì)成本，極大地提高系統(tǒng)的性價(jià)比和健壯性。從下面表格可以看出，系統(tǒng)總線帶寬提高同時(shí)，減少了硬件PIN的數(shù)量，硬件的成本直接下降。
 

　　PCI Express接口模式 通常用于顯卡網(wǎng)卡等,主板類接口卡。
 

條件

　　主板必須有PCI Express專用插槽。

優(yōu)勢(shì)

　　-與PCI和AGP插槽相比，PCI-Express更具有潛在的生產(chǎn)價(jià)值。

　　-比PCI總線具有更高的可測(cè)量性。

　　-能夠滿足硬盤控制器，千兆網(wǎng)卡以及其他一些對(duì)帶寬需求較大的外設(shè)對(duì)于帶寬的需求。

　　-不能夠象AGP 4x以及8x一樣提供給今后游戲中需要的圖形升級(jí)所需要的大量帶寬，不過(guò)這種現(xiàn)狀，有望在2006年左右由PCI-Express x16改變

　　-除非你安裝了千兆網(wǎng)卡或是其他對(duì)帶寬需求較大的外設(shè)，否則PCI Express技術(shù)并非唯一的選擇，因?yàn)镻CI以及AGP技術(shù)依舊可以滿足中端電腦對(duì)于帶寬的需求。

　　-PCI-Express技術(shù)，版本以及驅(qū)動(dòng)仍然處于初級(jí)階段，會(huì)定期升級(jí)，換言之就是說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)的上升空間還是很大的。

　　如果想要升級(jí)你的電腦系統(tǒng)，PCI Express技術(shù)無(wú)疑應(yīng)該被列入考慮范圍之內(nèi)。但如果你需要的只是頂級(jí)的圖形視覺效果的話，那么還沒(méi)有必要去用一塊擁有PCI Express的主板去取代擁有AGP 4x或者AGP 8x技術(shù)的主板，因?yàn)楹笳哌€是有足夠的能力去提供象主流的DOOM 3這樣的游戲所需要的帶寬的。就現(xiàn)在而言，PCI和AGP技術(shù)還是足以滿足廣大電腦用戶需要的。

　　不過(guò)長(zhǎng)江后浪推前浪，新的PCI Express技術(shù)必然會(huì)在未來(lái)的電腦領(lǐng)域逐步取代這兩項(xiàng)技術(shù)。

應(yīng)用

　　在H3C公司開發(fā)的最新一代存儲(chǔ)產(chǎn)品IX3000中，采用Intel最新一代服務(wù)器硬件平臺(tái)技術(shù)，前端支持高達(dá)16個(gè)GE接口，或者8個(gè)GE+8個(gè)4Gb FC接口，最高配置更可以支持多達(dá)4個(gè)10GE接口，后端接口可以提供6個(gè)SAS×4寬端口，達(dá)到72Gbps的后端訪問(wèn)速率，提供無(wú)與倫比的磁盤訪問(wèn)IOPS和吞吐量，只有PCI Express總線架構(gòu)的系統(tǒng)才能滿足系統(tǒng)性能的需求。

　　IX3000存儲(chǔ)系統(tǒng)控制器系統(tǒng)。系統(tǒng)采用4條×8的PCIE總線來(lái)擴(kuò)展前端和后端接口，采用2條×8PCIE總線來(lái)實(shí)現(xiàn)2個(gè)控制器之間的緩存鏡像，采用2條×8PCIE總線作為系統(tǒng)內(nèi)部的控制和管理通道。其前端接口能夠安裝10GE接口卡或者GE+FC COMBO接口卡，以及GE接口卡，后端PCIE接口用來(lái)和高性能的IO處理擴(kuò)展卡連接，提供高性能IO處理、RAID計(jì)算以及CACHE鏡像管理等功能，并提供SAS后端接口用于連接SAS磁盤陣列，為用戶帶來(lái)前所未有的存儲(chǔ)新體驗(yàn)。