關(guān)注我們的玩家或者經(jīng)常接觸臺式機(jī)的玩家應(yīng)該對PCIe這個詞不陌生，它經(jīng)常出現(xiàn)在主板、顯卡甚至是硬盤上。

可以說它是你電腦里最重要的接口或通道之一，不過似乎很多人并不知道它是個什么東西，到底能夠干什么，覺得它只能用來插顯卡，但實(shí)際上它的用途非常廣泛，今天就一起簡單了解一下這個神秘的“PCIe”。

什么是PCIe插槽？

PCle的全稱為PCI總線(PCI Express)， PCIe是計(jì)算機(jī)的一種高速總線，而總線就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)里的一條道路，提供給不同的設(shè)備和硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。而最早的PCIe是2001年由Intel提出的，甚至在那時還不叫“PCIe”，而叫“3GIO”，用于替代PCI、PCI-X和AGP等老式總線。

這么說你可能還不太明白，那我們找個主板看看就知道了，圖片中圈起來的地方就是我們所說的PCIe插槽。

PCIe有什么用？

PCIe 接口通常用于將高性能外圍設(shè)備連接到您的計(jì)算機(jī)。最常見的例子是你的顯卡 (GPU) ，因?yàn)楝F(xiàn)代游戲、科學(xué)、工程和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序涉及處理大量數(shù)據(jù)。而PCIe能夠很好的在CPU與GPU之間構(gòu)筑橋梁，讓它們能夠數(shù)據(jù)交互。

不過顯卡也不是唯一能夠接入PCIe插槽的設(shè)備，還有很多外設(shè)也能夠利用PCIe插槽，下面我們會給各位詳細(xì)解讀。值得一提的是，PCIe也不是一成不變的，它也會升級迭代，畢竟最初的版本已經(jīng)是2001年了，現(xiàn)在都3202年了，PCIe早就經(jīng)過了幾次迭代了。

PCIe時代的發(fā)展史

截至目前，PCIe插槽一共有多代標(biāo)準(zhǔn)，最超前的PCIe 6.0的規(guī)范已經(jīng)在2022年1月22日發(fā)布，但目前僅停留在理論階段，尚未有產(chǎn)品適用或者測試。

別看PCIe現(xiàn)在風(fēng)光無量，它的前身其實(shí)是ISA，在那個電腦沒有標(biāo)準(zhǔn)化，各種硬件接口、協(xié)議不統(tǒng)一的時代，電腦上的硬件就由于六國紛爭，我的硬件不兼容你的，你的硬件不支持我的，為了解決這種情況，當(dāng)時業(yè)內(nèi)統(tǒng)一了一個規(guī)格，就是ISA接口，也算得上是PCIe的爺爺了，它最早誕生在1981年，搭載在IBM的電腦上，并且一度統(tǒng)治了當(dāng)時的PC領(lǐng)域。

不過好景不長，作為初代數(shù)據(jù)總線，僅有8MB/s的傳輸速率，放在今天來看，U盤都快過它。因此ISA的傳輸速率很快就不能滿足其他硬件的需求了，并且當(dāng)時這款接口還有CPU占用率過高等問題，因此大家開始尋求ISA的繼任者。

所以PCI誕生了，PCI相較于ISA在帶寬速率上有了不小的提升，32bit位寬下可以做到128MB/s，如果將數(shù)據(jù)位寬升級到64位，那速率還可以翻倍至256MB/s。

并且做到了即插即用，就好像我們現(xiàn)在插顯卡上主機(jī)一樣，系統(tǒng)可以自動尋找相應(yīng)的驅(qū)動程序。要知道在ISA那個年代，我們接入任何設(shè)備在ISA接口上還需要手動配置，相當(dāng)麻煩。不過PCI總線也不是沒有缺點(diǎn)，一個就是它采用共享總線設(shè)計(jì)，所以多設(shè)備容易造成搶帶寬的情況，其次它也不支持熱插拔。

而我們今天的主角PCIe就是在PCI的基礎(chǔ)上演變而來的，PCIe后綴上的e又叫Express，一看就知道是PCI的升級版。它與PCI的區(qū)別主要體現(xiàn)在總線類型不同、顏色不同、規(guī)格不同以及傳輸速率不同。

目前PCIe規(guī)范已經(jīng)發(fā)展出6個大版本，每一次大版本的進(jìn)化，都能帶來相比上一版本近乎于翻倍的帶寬。第一個PCIe的正式規(guī)范也就是PCIe 1.0誕生于2003年，其信號速率為2.5GT/s，采用8b/10b編碼方式，單通道單向帶寬達(dá)到250MB/s，16通道雙向帶寬為8GB/s。該規(guī)范隨后還發(fā)展出PCIe 1.0a和PCIe 1.1版本，雖然細(xì)節(jié)上有不少改進(jìn)但是帶寬并沒有改變。

PCIe 2.0規(guī)范則在2007年正式發(fā)布，其相比于PCIe 1.0規(guī)范最大的變化是信號速率翻倍至5GT/s，因此其帶寬也跟隨著一起翻倍，單通道單向帶寬為500MB/s，16通道雙向帶寬為16GB/s。

此外PCIe 2.0規(guī)范還將對應(yīng)插槽的供電能力翻倍至最高150W的水平，但出于對兼容性以及主板供電壓力等多方面的考慮，最終無論主板廠商、顯卡廠商又或者其它PCIe設(shè)備的廠商，在產(chǎn)品開發(fā)時都是按照PCIe 1.0規(guī)范的供電要求也就是75W執(zhí)行的，供電需求高于75W者一律配置外接供電，這個行業(yè)規(guī)則一直沿用至今。

PCIe 3.0雖然是2010年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，但至今依舊很多設(shè)備在用，相比PCIe 2.0規(guī)范不僅信號速率提升至8GT/s，而且編碼方式也改成了更高效的128b/130b模式，因此單通道單向帶寬依然實(shí)現(xiàn)了接近翻倍的提升，達(dá)到985MB/s的水平，16通道雙向帶寬高達(dá)32GB/s。

PCIe 4.0可以算作是目前的主流標(biāo)準(zhǔn)，其再一次實(shí)現(xiàn)了信號速率的翻倍，16通道雙向帶寬達(dá)到64GB/s的水平，PCIe 4.0將允許更快地傳輸正在GPU內(nèi)存中加載的數(shù)據(jù)，并減少PCIe總線上的延遲。隨著視頻游戲的文件大小和圖形復(fù)雜性不斷增加，并且機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序繼續(xù)需要越來越大的數(shù)據(jù)集，PCIe 4.0將在提高幀速率和減少計(jì)算時間方面發(fā)揮重要作用。

PCIe 5.0早早就在2019年就提出了，但是直到去年AMD的X670、B650等主板上市，才真正應(yīng)用在硬件上，加上現(xiàn)在也逐漸有PCIe 5.0的固態(tài)硬盤現(xiàn)身，玩家才得以見到PCIe 5.0的性能。PCIe 5.0 最重要的一個特性——也是每個人都會關(guān)心的特性——是速度。PCIe 5.0 的速度是PCIe 4.0 的兩倍，單向帶寬高達(dá)約64GB/s，雙向帶寬高達(dá)128GB/s。

值得一提的是，在數(shù)據(jù)傳輸中，PCIe 5.0還使用了從3.0標(biāo)準(zhǔn)時代所導(dǎo)入的NRZ 128b/130b編碼技術(shù)，不再采用8bit/10bit的小包校驗(yàn)方式，轉(zhuǎn)而采用了全新算法的128bit/130bit的大包校驗(yàn)方式以及全新的硬件加擾和解碼模塊等，其校驗(yàn)帶寬開銷從之前的20%降低至1.54%。

即便是扣除損耗的帶寬后，PCIe 5.0 X16、PCIe 5.0 X4接口下也能分別提供63.0 GB/s、15.75 GB/s的傳輸帶寬。

PCIe 6.0則是2022年才提出的標(biāo)準(zhǔn)，新鮮出爐。傳輸速度是PCIe 5.0的兩倍，單向帶寬高達(dá)約128GB/s，雙向帶寬高達(dá)256GB/s。面對數(shù)據(jù)傳輸量大幅成長，相比PCIe 5.0，PCIe 6.0強(qiáng)化傳輸頻寬與能源使用效益，同時具備低延遲與減少頻寬消耗的功能。

至于7.0 版的PCIe規(guī)范，今年6月PCI-SIG敲定了 PCIe Gen7（PCIe 7.0）v0.3 版本的草案，屆時它的數(shù)據(jù)傳輸速率將再次翻倍，達(dá)到單向帶寬高達(dá)約256GB/s，雙向帶寬高達(dá)512GB/s。

不過有一說一，家用PC在很多年內(nèi)應(yīng)該也用不上這樣的速度，而PCIe 7.0的普及，那就更不知道要等到猴年馬月了，畢竟現(xiàn)在5.0都還沒普及。

為什么PCIe有不同的長度？

PCIe接口的總線帶寬是按長度劃分的PCIe X1、PCIe X2、PCIe X4、PCIe X8、PCIe X16。雖然我們可以把任意長度的PCIe設(shè)備插到PCIe X1或者PCIe X16的插槽中去運(yùn)行，但是這樣很明顯會造成一個問題，帶寬要求小的設(shè)備會浪費(fèi)PCIe X16的超大帶寬，而帶寬要求大的設(shè)備在PCIe X1插槽內(nèi)又“吃不飽”。

當(dāng)然啦，有些玩家可能會說“我的主板上沒有PCIe X1的插槽”，其實(shí)這也正常，在一些MATX、ITX甚至是旗艦主板上，由于空間布局的問題，導(dǎo)致PCIe X1插槽沒有辦法塞下，因此如果你想使用PCIe X1外設(shè)，在沒有PCIe X1插槽的情況下，也是可以將較小的擴(kuò)展卡安裝在較大的插槽中，這仍然會工作得非常好。

總的來說，PCIe區(qū)分不同長度是為了讓各種設(shè)備都能夠在合適的帶寬下運(yùn)行，并且不同長度的插槽所能承受的帶寬不同，相同長度不同版本的PCIe所能承受的帶寬也不一樣。下面給大家盤點(diǎn)一下各個版本的PCIe下，不同插槽的帶寬能夠有多大的區(qū)別。

從圖中就可以看到，PCIe X1速度最慢，PCIe X2是X1的2倍，X4是X2的2倍，以此類推X16是X8的2倍。而每次PCIe版本的迭代也都在前代的速率基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，幾乎每一代都比上一代速度提升了一倍。而且PCIe是可以向下兼容的，PCIe 1.0的設(shè)備可以插到2.0接口上用，2.0的設(shè)備也可以插到1.0接口上用，只是不能發(fā)揮全部性能。

除了插顯卡，還能插什么？

上面我們介紹到了，PCIe插槽有不同的長度，顯卡往往插在PCIe X16的插槽上，那除了插顯卡還能插什么呢？當(dāng)然PCIe X16插槽也會用來接RAID陣列卡，因?yàn)槠渑cCPU直連的特性，加上物理上距離更靠近CPU，因此顯卡或RAID陣列卡在與CPU之間數(shù)據(jù)交互時，延遲會更低，性能也能更好的釋放。

PCIe X8的插槽在主板上大多也是PCIe X16插槽的形狀，不過數(shù)據(jù)針腳只有一半是有效的，也就是說實(shí)際帶寬只有真正的PCIex16插槽的一半。

主要用來接M.2 NVME的擴(kuò)展卡，畢竟在以前，主板的M.2接口不像現(xiàn)在的主板那么多，加上當(dāng)時的固態(tài)價格也沒有今天那么低，大家買硬盤都是省吃儉用，才用上了500G，甚至以前1T都是富哥才用得起的裝備。

因此想要在老主板上裝更多的M.2固態(tài)就需要用這種擴(kuò)展卡，并且只要協(xié)議版本和通道數(shù)量與硬盤保持一致，理論速度與板載M.2并無區(qū)別。

與PCIe X8插槽一樣，PCIe X4插槽為了兼容性，現(xiàn)在多數(shù)也是做成PCIe X16插槽的形式，或是擴(kuò)展為M.2接口，用于安裝M.2SSD、M.2無線網(wǎng)卡或者其它M.2接口設(shè)備。

最后就是最萬能的PCIe X1的這個短小精悍的插槽了，你幾乎可以在網(wǎng)上買到所有想用它進(jìn)行擴(kuò)展轉(zhuǎn)接的接口！比如安裝USB 2.0/3.0擴(kuò)展卡、安裝千兆/2.5Gbps高速網(wǎng)卡、安裝高性能聲卡、擴(kuò)展更多的SATA口、安裝Wi-Fi網(wǎng)卡等等。

PCIe除了插槽形式，它還可以作為通道的形式存在，我們最常用的M.2固態(tài)硬盤接口，表面上是M.2連接我們的固態(tài)硬盤，但起到數(shù)據(jù)傳輸作用的卻是PCIe通道。

簡單的講，M.2接口就是換了外形的PCIe接口。你看它的接口是不是很像縮小了的PCIe接口，這也是為什么我們老是能夠聽到PCIe 4.0固態(tài)硬盤、PCIe 5.0固態(tài)硬盤的原因。

結(jié)語

雖然現(xiàn)在主流的應(yīng)用還在PCIe 3.0和PCIe 4.0，但我們看到在有些數(shù)據(jù)中心，以及新的GPU、CPU，或固態(tài)硬盤都開始采用PCIe 5.0了。未來，PCIe 6.0乃至PCIe 7.0的出現(xiàn)，也勢必讓更多的硬件能夠釋放更強(qiáng)的性能。

不過，按照目前的情況來看，PCIe 5.0更像是戰(zhàn)未來的產(chǎn)品，雖然我們也說了有固態(tài)硬盤支持PCIe 5.0甚至是顯卡也支持了PCIe 5.0，但是即便是PCIe 3.0也不會讓目前的顯卡的性能出現(xiàn)瓶頸。

PCIe 5.0的出現(xiàn)更像是有了生態(tài)基礎(chǔ)，給未來的硬件鋪路，也是為了讓現(xiàn)在的硬件能夠適應(yīng)忽然爆火的AIGC領(lǐng)域，畢竟現(xiàn)在的AI計(jì)算模型大得令人難以想象。