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PCIE接口的發(fā)展


2020-02-04 15:43 作者：itwx 瀏覽量：

 
        2019年12月8日，武漢出現(xiàn)第一例新型冠狀病毒肺炎病例，到今天全國34個省市以及海外地區(qū)，共有上萬人被確診感染了。這其中武漢最為嚴重，死亡200多人，我們除了說幾句風(fēng)雨同舟，武漢加油，中國加油之外，艾銻無限作為一家社會服務(wù)保障性企業(yè)，還應(yīng)為國家，為中國的中小企業(yè)做點什么呢？-----春雷行動
 
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以下信息是PCIE接口的發(fā)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(guī)格，從PCI Express x1到PCI Express x32，能滿足將來一定時間內(nèi)出現(xiàn)的低速設(shè)備和高速設(shè)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(chǎn)品帶寬的兩倍，并且包含發(fā)射器和接收器均衡、PLL改善以及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)等一系列重要的新功能，用以改善數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)保護性能。
PCIe閃存卡的供應(yīng)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(shù)據(jù)增長使得用戶對規(guī)模更大、可擴展性更強的系統(tǒng)所應(yīng)用，PCIe 3.0技術(shù)的加入最新的LSI MegaRAID控制器及HBA產(chǎn)品的出色性能，就可以實現(xiàn)更大的系統(tǒng)設(shè)計靈活性。截止2019年1月份，當(dāng)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(qū)別之一是總線拓撲。 PCI使用共享并行總線架構(gòu)，其中PCI主機和所有設(shè)備共享一組通用的地址，數(shù)據(jù)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(shè)備連接到根系統(tǒng)（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(shè)（不管總線事務(wù)中涉及的設(shè)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(fā)訪問沒有固有的限制。

        在總線協(xié)議方面，PCI Express通信封裝在數(shù)據(jù)包中。打包和解包數(shù)據(jù)和狀態(tài)消息流量的工作由PCI Express端口的事務(wù)層處理，電信號和總線協(xié)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(tǒng)的PCI系統(tǒng)軟件可以檢測和配置較新的PCI Express設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)在通道上條帶化，并且峰值數(shù)據(jù)吞吐量與整個鏈路寬度成比例。通道計數(shù)在設(shè)備初始化期間自動協(xié)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(xié)商最高相互支持的通道數(shù)。該鏈接可以動態(tài)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(wù)于不需要高吞吐量的成本敏感型應(yīng)用，以及諸如3D圖形，網(wǎng)絡(luò)（萬兆以太網(wǎng)或多端口千兆位以太網(wǎng)）和企業(yè)級存儲（SAS或光纖通道）等關(guān)鍵性能的應(yīng)用。

       在早期開發(fā)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(shù)工作組制定了該標準。 對于初稿，特設(shè)工作組只包括英特爾工程師; 隨后特設(shè)工作組擴大到包括行業(yè)伙伴。
PCI Express是一項不斷發(fā)展和完善的技術(shù)。

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(shù)據(jù)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(shù)，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(dǎo)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(guī)范包括澄清和幾項改進，但與PCI Express 1.0a完全兼容。 數(shù)據(jù)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(guī)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?？傮w來說，為v2.0設(shè)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(shù)據(jù)傳輸協(xié)議及其軟件架構(gòu)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(shù)據(jù)速率的有效4 Gbit / s最大傳輸速率。

PCIe 2.1
        PCI Express 2.1（其規(guī)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(tǒng)。 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(shù)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(guī)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(xiàn)有的PCI Express實現(xiàn)向后兼容。當(dāng)時還宣布，PCI Express 3.0的最終規(guī)范將延遲到2010年第二季度。PCI Express 3.0規(guī)范的新功能包括增強信令和數(shù)據(jù)完整性的一些優(yōu)化，包括發(fā)射機和接收機均衡，PLL改進，時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)和當(dāng)前支持的拓撲的通道增強。
PCI-SIG的分析發(fā)現(xiàn)，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(shù)分析，發(fā)現(xiàn)每秒8個千兆傳輸速率可以在主流硅工藝技術(shù)中制造，并且可以部署在現(xiàn)有的低成本材料和基礎(chǔ)設(shè)施上，同時保持對PCI Express協(xié)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(shù)來實現(xiàn)，該技術(shù)將已知的二進制多項式應(yīng)用于反饋拓撲中的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)來恢復(fù)數(shù)據(jù)。 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(fā)布了完成的PCI Express 3.0規(guī)范，以便根據(jù)新版本的PCI Express構(gòu)建設(shè)備。

PCIe 3.1
        2013年9月，PCI Express 3.1規(guī)格已經(jīng)宣布在2013年底或2014年初發(fā)布，在三個方面整合了PCI Express 3.0規(guī)范的各種改進：電源管理，性能和功能它于2014年11月發(fā)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(guī)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(yōu)化。
 

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