PCIE接口的發展
2020-02-04 15:43 作者：itwx 瀏覽量：
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以下信息是PCIE接口的發展
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一種高速串行計算機擴展總線標準，它原來的名稱為“3GIO”，是由英特爾在2001年提出的，旨在替代舊的PCI，PCI-X和AGP總線標準。
PCI Express也有多種規格，從PCI Express x1到PCI Express x32，能滿足將來一定時間內出現的低速設備和高速設備的需求。PCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率為8Gbps，約為上一代產品帶寬的兩倍，并且包含發射器和接收器均衡、PLL改善以及時鐘數據恢復等一系列重要的新功能，用以改善數據傳輸和數據保護性能。
PCIe閃存卡的供應商包括：INTEL、IBM、LSI、OCZ、三星(計劃中)、SanDisk、STEC、SuperTalent和東芝(計劃中)等，而針對海量的數據增長使得用戶對規模更大、可擴展性更強的系統所應用，PCIe 3.0技術的加入最新的LSI MegaRAID控制器及HBA產品的出色性能，就可以實現更大的系統設計靈活性。截止2019年1月份，當前主流主板均支持pcie 3.0。
在概念上，PCI Express總線是較舊的PCI/ PCI-X總線的高速串行替換。PCI Express總線與舊PCI之間的主要區別之一是總線拓撲。 PCI使用共享并行總線架構，其中PCI主機和所有設備共享一組通用的地址，數據和控制線。 相比之下，PCI Express基于點到點拓撲，單獨的串行鏈路將每個設備連接到根系統（主機）。 由于其共享總線拓撲，可以對單個方向上的PCI總線進行仲裁（在多個主機的情況下），并且一次限制為一個主機。 此外，舊的PCI時鐘方案將總線時鐘限制在總線上最慢的外設（不管總線事務中涉及的設備如何）。 相比之下，PCI Express總線鏈路支持任何兩個端點之間的全雙工通信，同時跨多個端點的并發訪問沒有固有的限制。
在總線協議方面，PCI Express通信封裝在數據包中。打包和解包數據和狀態消息流量的工作由PCI Express端口的事務層處理，電信號和總線協議的根本差異需要使用不同的機械外形尺寸和擴展連接器（因此，需要新的主板和新的適配器板）; PCI插槽和PCI Express插槽不可互換。在軟件級別，PCI Express保留與PCI的向后兼容性; 傳統的PCI系統軟件可以檢測和配置較新的PCI Express設備，而無需顯式支持PCI Express標準，但是新的PCI Express功能無法訪問。兩個設備之間的PCI Express鏈路可以由1個到32個通道組成。 在多通道鏈路中，分組數據在通道上條帶化，并且峰值數據吞吐量與整個鏈路寬度成比例。通道計數在設備初始化期間自動協商，并且可以被任一端點限制。例如，單通道PCI Express（×1）卡可以插入多通道插槽（×4，×8等），初始化周期自動協商最高相互支持的通道數。該鏈接可以動態地自動配置自己，以便使用較少的通道，在存在不良或不可靠的通道的情況下提供故障容限。PCI Express標準定義了多個寬度的插槽和連接器：×1，×4，×8，×12，×16和×32。這允許PCI Express總線服務于不需要高吞吐量的成本敏感型應用，以及諸如3D圖形，網絡（萬兆以太網或多端口千兆位以太網）和企業級存儲（SAS或光纖通道）等關鍵性能的應用。
在早期開發中，PCIe最初被稱為HSI（用于高速互連），并在最終確定其PCI-SIG名稱PCI Express之前，將其名稱更改為3GIO（第三代I / O）。 名為阿拉帕霍工作組（AWG）的技術工作組制定了該標準。 對于初稿，特設工作組只包括英特爾工程師; 隨后特設工作組擴大到包括行業伙伴。
PCI Express是一項不斷發展和完善的技術。
| PCI Express 版本 | 行代碼 | 傳輸速率 | 吞吐量 | |||
| ×1 | ×4 | ×8 | ×16 | |||
| 1.0 | 8b/10b | 2.5GT/s | 250MB/s | 1GB/s | 2GB/s | 4GB/s |
| 2.0 | 8b/10b | 5GT/s | 500MB/s | 2GB/s | 4GB/s | 8GB/s |
| 3.0 | 128b/130b | 8GT/s | 984.6MB/s | 3.938GB/s | 7.877GB/s | 15.754GB/s |
| 4.0 | 128b/130b | 16GT/s | 1.969GB/s | 7.877GB/s | 15.754GB/s | 31.508GB/s |
| 5.0 | 128b/130b | 32 or 25GT/s | 3.9 or 3.08GB/s | 15.8 or 12.3GB/s | 31.5 or 24.6GB/s | 63.0 or 49.2GB/s |
PCIe 1.0a
2003年，PCI-SIG推出了PCIe 1.0a，每通道數據速率為250 MB / s，傳輸速率為每秒2.5 gigatransfer（GT / s）。 傳輸速率表示為每秒傳輸量，而不是每秒位數，因為傳輸量包括不提供額外吞吐量的開銷位; PCIe 1.x使用8b / 10b編碼方案，導致占用了20% （= 2/10）的原始信道帶寬。
PCIe 1.1
2005年，PCI-SIG推出了PCIe 1.1。 此更新的規范包括澄清和幾項改進，但與PCI Express 1.0a完全兼容。 數據速率沒有變化。
PCIe 2.0
PCI-SIG于2007年1月15日宣布推出PCI Express Base 2.0規范。PCIe 2.0標準將PCIe 1.0至5 GT / s的傳輸速率提高了一倍，每通道吞吐量從250 MB / s上升到500 MB / s。因此，32通道PCIe連接器（×32）可支持高達16 GB / s的總吞吐量。
PCIe 2.0主板插槽與PCIe v1.x卡完全向后兼容。 PCIe 2.0卡也通常使用PCI Express 1.1的可用帶寬向下兼容PCIe 1.x主板。總體來說，為v2.0設計的顯卡或主板將與另一個v1.1或v1.0a配合使用。
PCI-SIG還表示，PCIe 2.0具有對點對點數據傳輸協議及其軟件架構的改進。
英特爾首款支持PCIe 2.0的芯片組是X38，截至2007年10月21日，各種廠商（Abit，Asus，Gigabyte）開始出貨。AMD開始使用其AMD 700芯片組系列支持PCIe 2.0，nVidia從MCP72開始。Intel的所有芯片組，包括Intel P35芯片組，都支持PCIe 1.1或1.0a。像1.x一樣，PCIe 2.0使用8b / 10b編碼方案，因此每通道提供5 GT / s原始數據速率的有效4 Gbit / s最大傳輸速率。
PCIe 2.1
PCI Express 2.1（其規范日期為2009年3月4日）支持計劃在PCI Express 3.0中全面實施的大部分管理，支持和故障排除系統。 但是，速度與PCI Express 2.0相同。 不幸的是，插槽功率的增加打破了PCI Express 2.1卡和1.0 / 1.0a的一些較舊的主板之間的向后兼容性，但是大多數具有PCI Express 1.1連接器的主板都由廠商通過實用程序提供BIOS更新，以支持向后兼容性 的PCIe 2.1。
PCIe 3.0
PCI Express 3.0基本規范版本3.0在多個延遲之后于2010年11月提供。 2007年8月，PCI-SIG宣布PCI Express 3.0將以每秒8吉比特的速度（GT / s）進行比特率，并且將與現有的PCI Express實現向后兼容。當時還宣布，PCI Express 3.0的最終規范將延遲到2010年第二季度。PCI Express 3.0規范的新功能包括增強信令和數據完整性的一些優化，包括發射機和接收機均衡，PLL改進，時鐘數據恢復和當前支持的拓撲的通道增強。
PCI-SIG的分析發現，在PCI-SIG互連帶寬擴展的可行性方面進行了為期6個月的技術分析，發現每秒8個千兆傳輸速率可以在主流硅工藝技術中制造，并且可以部署在現有的低成本材料和基礎設施上，同時保持對PCI Express協議棧的完全兼容性（可忽略不計的影響）。
PCI Express3.0將編碼方案從之前的8b / 10b編碼升級到128b / 130b，將帶寬開銷從PCI Express 2.0的20%降低到大約1.54%（= 2/130）。這通過稱為“加擾”的技術來實現，該技術將已知的二進制多項式應用于反饋拓撲中的數據流。因為加擾多項式是已知的，所以可以通過使用反多項式的反饋拓撲運行數據來恢復數據。 PCI Express 3.0的8 GT / s比特率有效地提供每通道985 MB / s，實際上相對于PCI Express 2.0的通道帶寬翻倍
2010年11月18日，PCI特別興趣小組正式向其成員發布了完成的PCI Express 3.0規范，以便根據新版本的PCI Express構建設備。
PCIe 3.1
2013年9月，PCI Express 3.1規格已經宣布在2013年底或2014年初發布，在三個方面整合了PCI Express 3.0規范的各種改進：電源管理，性能和功能它于2014年11月發布。
PCIe 4.0
2011年11月29日，PCI-SIG宣布PCI Express 4.0提供16Gb / s比特率，使PCI Express 3.0提供的帶寬增加一倍，同時保持軟件支持和二手機械接口的向后兼容性。 PCI Express 4.0規格也將帶來OCuLink-2，這是Thunderbolt連接器的替代品。 OCuLink版本2將具有高達16 GT / s（總共8GB / s×4通道），而Thunderbolt 3連接器的最大帶寬為5GB / s。 另外，還要研究主動和空閑功率優化。
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