PCIE接口的发展
2020-02-04 15:43 作者：itwx 浏览量：
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以下信息是PCIE接口的发展
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。
PCI Express也有多种规格，从PCI Express x1到PCI Express x32，能满足将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。PCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率为8Gbps，约为上一代产品带宽的两倍，并且包含发射器和接收器均衡、PLL改善以及时钟数据恢复等一系列重要的新功能，用以改善数据传输和数据保护性能。
PCIe闪存卡的供应商包括：INTEL、IBM、LSI、OCZ、三星(计划中)、SanDisk、STEC、SuperTalent和东芝(计划中)等，而针对海量的数据增长使得用户对规模更大、可扩展性更强的系统所应用，PCIe 3.0技术的加入最新的LSI MegaRAID控制器及HBA产品的出色性能，就可以实现更大的系统设计灵活性。截止2019年1月份，当前主流主板均支持pcie 3.0。
在概念上，PCI Express总线是较旧的PCI/ PCI-X总线的高速串行替换。PCI Express总线与旧PCI之间的主要区别之一是总线拓扑。 PCI使用共享并行总线架构，其中PCI主机和所有设备共享一组通用的地址，数据和控制线。 相比之下，PCI Express基于点到点拓扑，单独的串行链路将每个设备连接到根系统（主机）。 由于其共享总线拓扑，可以对单个方向上的PCI总线进行仲裁（在多个主机的情况下），并且一次限制为一个主机。 此外，旧的PCI时钟方案将总线时钟限制在总线上最慢的外设（不管总线事务中涉及的设备如何）。 相比之下，PCI Express总线链路支持任何两个端点之间的全双工通信，同时跨多个端点的并发访问没有固有的限制。
在总线协议方面，PCI Express通信封装在数据包中。打包和解包数据和状态消息流量的工作由PCI Express端口的事务层处理，电信号和总线协议的根本差异需要使用不同的机械外形尺寸和扩展连接器（因此，需要新的主板和新的适配器板）; PCI插槽和PCI Express插槽不可互换。在软件级别，PCI Express保留与PCI的向后兼容性; 传统的PCI系统软件可以检测和配置较新的PCI Express设备，而无需显式支持PCI Express标准，但是新的PCI Express功能无法访问。两个设备之间的PCI Express链路可以由1个到32个通道组成。 在多通道链路中，分组数据在通道上条带化，并且峰值数据吞吐量与整个链路宽度成比例。通道计数在设备初始化期间自动协商，并且可以被任一端点限制。例如，单通道PCI Express（×1）卡可以插入多通道插槽（×4，×8等），初始化周期自动协商最高相互支持的通道数。该链接可以动态地自动配置自己，以便使用较少的通道，在存在不良或不可靠的通道的情况下提供故障容限。PCI Express标准定义了多个宽度的插槽和连接器：×1，×4，×8，×12，×16和×32。这允许PCI Express总线服务于不需要高吞吐量的成本敏感型应用，以及诸如3D图形，网络（万兆以太网或多端口千兆位以太网）和企业级存储（SAS或光纤通道）等关键性能的应用。
在早期开发中，PCIe最初被称为HSI（用于高速互连），并在最终确定其PCI-SIG名称PCI Express之前，将其名称更改为3GIO（第三代I / O）。 名为阿拉帕霍工作组（AWG）的技术工作组制定了该标准。 对于初稿，特设工作组只包括英特尔工程师; 随后特设工作组扩大到包括行业伙伴。
PCI Express是一项不断发展和完善的技术。
| PCI Express 版本 | 行代码 | 传输速率 | 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，每通道数据速率为250 MB / s，传输速率为每秒2.5 gigatransfer（GT / s）。 传输速率表示为每秒传输量，而不是每秒位数，因为传输量包括不提供额外吞吐量的开销位; PCIe 1.x使用8b / 10b编码方案，导致占用了20% （= 2/10）的原始信道带宽。
PCIe 1.1
2005年，PCI-SIG推出了PCIe 1.1。 此更新的规范包括澄清和几项改进，但与PCI Express 1.0a完全兼容。 数据速率没有变化。
PCIe 2.0
PCI-SIG于2007年1月15日宣布推出PCI Express Base 2.0规范。PCIe 2.0标准将PCIe 1.0至5 GT / s的传输速率提高了一倍，每通道吞吐量从250 MB / s上升到500 MB / s。因此，32通道PCIe连接器（×32）可支持高达16 GB / s的总吞吐量。
PCIe 2.0主板插槽与PCIe v1.x卡完全向后兼容。 PCIe 2.0卡也通常使用PCI Express 1.1的可用带宽向下兼容PCIe 1.x主板。总体来说，为v2.0设计的显卡或主板将与另一个v1.1或v1.0a配合使用。
PCI-SIG还表示，PCIe 2.0具有对点对点数据传输协议及其软件架构的改进。
英特尔首款支持PCIe 2.0的芯片组是X38，截至2007年10月21日，各种厂商（Abit，Asus，Gigabyte）开始出货。AMD开始使用其AMD 700芯片组系列支持PCIe 2.0，nVidia从MCP72开始。Intel的所有芯片组，包括Intel P35芯片组，都支持PCIe 1.1或1.0a。像1.x一样，PCIe 2.0使用8b / 10b编码方案，因此每通道提供5 GT / s原始数据速率的有效4 Gbit / s最大传输速率。
PCIe 2.1
PCI Express 2.1（其规范日期为2009年3月4日）支持计划在PCI Express 3.0中全面实施的大部分管理，支持和故障排除系统。 但是，速度与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的一些较旧的主板之间的向后兼容性，但是大多数具有PCI Express 1.1连接器的主板都由厂商通过实用程序提供BIOS更新，以支持向后兼容性 的PCIe 2.1。
PCIe 3.0
PCI Express 3.0基本规范版本3.0在多个延迟之后于2010年11月提供。 2007年8月，PCI-SIG宣布PCI Express 3.0将以每秒8吉比特的速度（GT / s）进行比特率，并且将与现有的PCI Express实现向后兼容。当时还宣布，PCI Express 3.0的最终规范将延迟到2010年第二季度。PCI Express 3.0规范的新功能包括增强信令和数据完整性的一些优化，包括发射机和接收机均衡，PLL改进，时钟数据恢复和当前支持的拓扑的通道增强。
PCI-SIG的分析发现，在PCI-SIG互连带宽扩展的可行性方面进行了为期6个月的技术分析，发现每秒8个千兆传输速率可以在主流硅工艺技术中制造，并且可以部署在现有的低成本材料和基础设施上，同时保持对PCI Express协议栈的完全兼容性（可忽略不计的影响）。
PCI Express3.0将编码方案从之前的8b / 10b编码升级到128b / 130b，将带宽开销从PCI Express 2.0的20%降低到大约1.54%（= 2/130）。这通过称为“加扰”的技术来实现，该技术将已知的二进制多项式应用于反馈拓扑中的数据流。因为加扰多项式是已知的，所以可以通过使用反多项式的反馈拓扑运行数据来恢复数据。 PCI Express 3.0的8 GT / s比特率有效地提供每通道985 MB / s，实际上相对于PCI Express 2.0的通道带宽翻倍
2010年11月18日，PCI特别兴趣小组正式向其成员发布了完成的PCI Express 3.0规范，以便根据新版本的PCI Express构建设备。
PCIe 3.1
2013年9月，PCI Express 3.1规格已经宣布在2013年底或2014年初发布，在三个方面整合了PCI Express 3.0规范的各种改进：电源管理，性能和功能它于2014年11月发布。
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提供的带宽增加一倍，同时保持软件支持和二手机械接口的向后兼容性。 PCI Express 4.0规格也将带来OCuLink-2，这是Thunderbolt连接器的替代品。 OCuLink版本2将具有高达16 GT / s（总共8GB / s×4通道），而Thunderbolt 3连接器的最大带宽为5GB / s。 另外，还要研究主动和空闲功率优化。
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