[转帖]PCI-E的部分知识

Posted 2021-01-18 jinanxiaolaohu

 PCI-E

    PCI-E全称是PCI Express，是新一代的总线接口。采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。

    关于规格和速率

    PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X。目前最高的16X 2.0版本可达到10GB/s，而且还有相当大的发展潜力。PCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率为8GT/s，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。

    PCI-E特点

    1、抗干扰性强，传输通道专有性点对点串行连接。

    2、传输速率快，支持双向传输模式，还可以运行全双工模式。

    3、支持热拔插以及热交换特性。

    4、兼容性好不仅可用于南桥和其他设备的连接，也可以延伸到芯片组间的连接，甚至也可以用于连接图形芯片。

    NVME

    NVMe当中，全称Non-Volatile Memory Express，非易失性存储器标准，NVM是指非易失性存储，后面的Express简写为e，也可以参考PCIe的e。通过设计，NVM Express允许现代固态硬盘发现是由主机的硬件和软件充分利用并行性水平。减少了I/O架空带来改进以前的逻辑设备的接口，包括各种性能的比较多，长命令队列，并减少延迟。NVM Express设备存在形式的标准尺寸的PCI Express扩展卡，作为形式因素的设备，通过2.5英寸一四通道PCI Express接口提供u.2连接器（原名SFF-8639）。SATA Express存储设备和11.2对于内部安装的计算机扩展卡规范还支持NVM Express为逻辑设备接口。

    NVME特点

    1、延时更低

    NVMe的一大优势就是低延迟。这主要是因为流线型的存储堆栈，NVMe无需读取寄存器就可以发出命令。AHCI的每个命令都需要读取4个不可缓存寄存器，从而导致大约2.5μs的额外延迟。低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升，在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度。

    2、IOPS大增

    NVMe也大大的提升了SSD的IOPS性能，在制定AHCI规范时并行性的想法并没有完全融合到规范内，利用NCQ功能可以对传输能力进行优化，但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性。

    3、功耗更低

    NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1，在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态2。虽然切换能耗状态会产生短暂延迟，但闲置时这两种状态下的功耗可以控制在非常低的水平，因此在能耗管理上，相比起主流的SATA接口SSD拥有较大优势，这一点对增加笔记本电脑等移动设备的续航尤其有帮助。

    4、驱动适用性广 

    NVMe标准的也解决了不同PCIe SSD之间的驱动适用性问题。此前的PCIe SSD，均需要安装驱动程序后才能正常使用，而不同的厂商又各自为政，每个厂商产品都有自己的驱动，SSD也不能作为引导使用。但支持NVMe标准之后，PCIe SSD就可适用于多个不同平台，也不需要厂商独立提供驱动支持。目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了对NVMe SSD的支持。

    总结：PCI-E和NVME作为新一代总线接口和为其量身定制的标准，目前，随着SSD性能需求的增长，SATA 6Gbps和AHCI将逐渐成为存储设备发展瓶颈，越来越多的PCI-E SSD出现在消费级市场上，2015到2016将是一个跨越，相信以NVMe标准的存储产品将会逐渐占据市场。成为普及新选择。 

 

最新版本的情况:

在Hot Chips大会上，PCI-SIG表示将在2017年底之前批准新规范，这个规范将由0.9版本更新为1.0版本。前3代PCI-E的更新周期大约为3到4年，PCI-E3.0的首次亮相是2010年，待PCI-E 4.0的发布已经过去了7年之多。

PCI-SIG将长达7年的升级周期归咎于行业发展的停滞不前，PCI-E 3.0带宽足以应付目前的存储，网络，显卡和其他设备的数据吞吐量需求。但讽刺是，过去两年内人工智能发展有了一个较大的飞跃，导致目前的PCI-E 3.0吞吐量不足，存储设备也使用NVMe协议，走的全是PCI-E通道，网络带宽也有了更高的速度，使得PCI-E 3.0的带宽捉襟见肘。

PCI-SIG已经表示年底前正式版的PCI-E 4.0将会公布，PCI-E 4.0特性已经完成，即将进入IP复审阶段。目前已经有一些厂商推出了16GT/s的控制器，但是PCI-E 4.0规范却是0.9版本，离最终的1.0版本仍有差距。

PCI-SIG还表示，他们正在加速开发和反馈过程，同时简化早期规范修订版本，以此缩短发布日期。而PCI-E 4.0其实是一个过渡版本，因为PCI-SIG将在2019年推出速度翻倍的PCI-E 5.0规范，现在PCI-E 5.0规范已经修订到0.3版本，预计在今年第四季度公布。

目前PCI-E 4.0带宽为64GB/s，PCI-E 5.0将会达到128GB/s，这两个PCI-E版本依然是使用PCI-E3.0的128b/130b标准编码方案，这种方案将节省20%的研发费用，再进一步编码还能减少1.5%的开销。

PCI-SIG定义了规范，但组织无法决定让终端产品什么时候上市，而AMD和Intel才是PCI-E 4.0主要的驱动者，2020年AMD平台就会使用上PCI-E 4.0，Intel也正在加紧部署他们的傲腾硬盘战略。