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带你清楚pcie插槽!除了插显卡它还能插什么

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关注我们(We)的玩家可能者经常接触台式机的玩家应该对PCIe这个词不陌生,它经常出现在主板、显卡甚至是硬盘上。

可以说它是你电脑(Computer)里最重要的接口可能通道之一,不过似乎很多人并不知道它是个什么东西,到底能够干什么,觉得它只能用来插显卡,但实际上它的用途非常广泛,今天(Today)就一起简单了解一下这个神秘的 PCIe 。

什么是PCIe插槽?

PCle的全称为PCI总线(PCI Express), PCIe是计算机的一种高速总线,而总线就相当于计算机里的一条道路,提供给不同的设备和硬件进行(Carry Out)数据交互。而最早的PCIe是2001年由Intel提出的,甚至在那时还不叫 PCIe ,而叫 3GIO ,用于替代PCI、PCI-X和AGP等老式总线。

这么说你可能还不太明白,那我们(We)找个主板看看就知道了,图片中圈起来的地方就是我们(We)所说的PCIe插槽。

带你认识PCIe插槽!除了插显卡它还能插什么

PCIe有什么用?

PCIe 接口通常用于将高性能外围设备连接到您的计算机。最常见的例子是你的显卡 (GPU) ,因为现代游戏(Game)、科学、工程和机器学习应用程序涉及处理大量数据。而PCIe能够很好的在CPU与GPU之间构筑桥梁,让它们(They)能够数据交互。

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不过显卡也不是唯一能够接入PCIe插槽的设备,还有很多外设也能够利用(Use)PCIe插槽,下面我们(We)会给各位详细解读。值得一提的是,PCIe也不是一成不变的,它也会升级迭代,毕竟最初的版本已经是2001年了,现在都3202年了,PCIe早就经过了几次迭代了。

PCIe时代的发展史

截至目前(Currently),PCIe插槽一共有多代标准,最超前的PCIe 6.0的规范已经在2022年1月22日发布,但目前(Currently)仅停留在理论阶段,尚未有产品适用可能者测试。

别看PCIe现在风光无量,它的前身其实是ISA,在那个电脑(Computer)没有标准化,各种硬件接口、协议不统一的时代,电脑(Computer)上的硬件就由于六国纷争,我的硬件不兼容你的,你的硬件不支持我的,为了解决这种情况,当时业内统一了一个规格,就是ISA接口,也算得上是PCIe的爷爷了,它最早诞生在1981年,搭载在IBM的电脑(Computer)上,并且一度统治了当时的PC领域。

不过好景不长,作为初代数据总线,仅有8MB/s的传输速率,放在今天(Today)来看,U盘都快过它。因此ISA的传输速率很快就不能满足其他硬件的需求了,并且当时这款接口还有CPU占用率过高等问题,因此大家开始寻求ISA的继任者。

所以PCI诞生了,PCI相较于ISA在带宽速率上有了不小的提升,32bit位宽下可以做到128MB/s,如果将数据位宽升级到64位,那速率还可以翻倍至256MB/s。

并且做到了即插即用,就好像我们(We)现在插显卡上主机一样,系统可以自动寻找相应的驱动程序。要知道在ISA那个年代,我们(We)接入任何设备在ISA接口上还需要手动配置,相当麻烦。不过PCI总线也不是没有缺点,一个就是它采用共享总线设计,所以多设备容易造成抢带宽的情况,其次它也不支持热插拔。

而我们(We)今天(Today)的主演PCIe就是在PCI的基础上演变而来的,PCIe后缀上的e又叫Express,一看就知道是PCI的升级版。它与PCI的区别主要体现在总线类型不同、颜色不同、规格不同以及传输速率不同。

目前(Currently)PCIe规范已经发展出6个大版本,每一次大版本的进化,都能带来相比上一版本近乎于翻倍的带宽。第一个PCIe的正式规范也就是PCIe 1.0诞生于2003年,其信号速率为2.5GT/s,采用8b/10b编码方式,单通道单向带宽达到250MB/s,16通道双向带宽为8GB/s。该规范随后还发展出PCIe 1.0a和PCIe 1.1版本,虽然细节上有不少改进但是带宽并没有改变。

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PCIe 2.0规范则在2007年正式发布,其相比于PCIe 1.0规范最大的变化是信号速率翻倍至5GT/s,因此其带宽也跟随着一起翻倍,单通道单向带宽为500MB/s,16通道双向带宽为16GB/s。

此外PCIe 2.0规范还将对应插槽的供电能力翻倍至最高150W的水平,但出于对兼容性以及主板供电压力等多方面的考虑,最终无论主板厂商、显卡厂商又可能者其它PCIe设备的厂商,在产品开发时都是按照PCIe 1.0规范的供电要求也就是75W执行的,供电需求高于75W者一律配置外接供电,这个行业规则一直沿用至今。

PCIe 3.0虽然是2010年发布的标准,但至今依旧很多设备在用,相比PCIe 2.0规范不仅信号速率提升至8GT/s,而且编码方式也改成了更高效的128b/130b模式,因此单通道单向带宽依然达成了接近翻倍的提升,达到985MB/s的水平,16通道双向带宽高达32GB/s。

PCIe 4.0可以算作是目前(Currently)的主流标准,其再一次达成了信号速率的翻倍,16通道双向带宽达到64GB/s的水平,PCIe 4.0将允许更快地传输正在GPU内存中加载的数据,并减少PCIe总线上的延迟。随着视频游戏(Game)的文件大小和图形复杂性不断增加,并且机器学习应用程序继续需要越来越大的数据集,PCIe 4.0将在提高帧速率和减少计算时间方面发挥重要作用。

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,才真正应用在硬件上,加上现在也逐渐有PCIe 5.0的固态硬盘现身,玩家才得以见到PCIe 5.0的性能。PCIe 5.0 最重要的一个特性 也是每个人都会关心的特性 是速度。PCIe 5.0 的速度是PCIe 4.0 的两倍,单向带宽高达约64GB/s,双向带宽高达128GB/s。

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值得一提的是,在数据传输中,PCIe 5.0还使用了从3.0标准时代所导入的NRZ 128b/130b编码技术,不再采用8bit/10bit的小包校验方式,转而采用了全新算法的128bit/130bit的大包校验方式以及全新的硬件加扰和解码模块等,其校验带宽开销从之前的20%降低至1.54%。

即便是扣除损耗的带宽后,PCIe 5.0 X16、PCIe 5.0 X4接口下也能分别提供63.0 GB/s、15.75 GB/s的传输带宽。

PCIe 6.0则是2022年才提出的标准,新鲜出炉。传输速度是PCIe 5.0的两倍,单向带宽高达约128GB/s,双向带宽高达256GB/s。面对数据传输量大幅成长,相比PCIe 5.0,PCIe 6.0强化传输频宽与能源使用效益,同时具备低延迟与减少频宽消耗的功能。

至于7.0 版的PCIe规范,今年(This Year)6月PCI-SIG敲定了 PCIe Gen7(PCIe 7.0)v0.3 版本的草案,届时它的数据传输速率将再次翻倍,达到单向带宽高达约256GB/s,双向带宽高达512GB/s。

不过有一说一,家用PC在很多年内应该也用不上这样的速度,而PCIe 7.0的普及,那就更不知道要等到猴年马月了,毕竟现在5.0都还没普及。

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为什么PCIe有不同的长度?

PCIe接口的总线带宽是按长度划分的PCIe X1、PCIe X2、PCIe X4、PCIe X8、PCIe X16。虽然我们(We)可以把任意长度的PCIe设备插到PCIe X1可能者PCIe X16的插槽中去运行,但是这样很明显会造成一个问题,带宽要求小的设备会浪费PCIe X16的超大带宽,而带宽要求大的设备在PCIe X1插槽内又 吃不饱 。

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当然啦,有些玩家可能会说 我的主板上没有PCIe X1的插槽 ,其实这也正常,在一些MATX、ITX甚至是旗舰主板上,由于空间布局的问题,导致PCIe X1插槽没有办法塞下,因此如果你想使用PCIe X1外设,在没有PCIe X1插槽的情况下,也是可以将较小的扩展卡安装在较大的插槽中,这仍然会工作得非常好。

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总的来说,PCIe区分不同长度是为了让各种设备都能够在合适的带宽下运行,并且不同长度的插槽所能承受的带宽不同,相同长度不同版本的PCIe所能承受的带宽也不一样。下面给大家盘点一下各个版本的PCIe下,不同插槽的带宽能够有多大的区别。

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从图中就可以看到,PCIe X1速度最慢,PCIe X2是X1的2倍,X4是X2的2倍,以此类推X16是X8的2倍。而每次PCIe版本的迭代也都在前代的速率基础上进行(Carry Out)提升,几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的设备可以插到2.0接口上用,2.0的设备也可以插到1.0接口上用,只是不能发挥全部性能。

除了插显卡,还能插什么?

上面我们(We)介绍到了,PCIe插槽有不同的长度,显卡往往插在PCIe X16的插槽上,那除了插显卡还能插什么呢?当然PCIe X16插槽也会用来接RAID阵列卡,因为其与CPU直连的特性,加上物理上距离更靠近CPU,因此显卡可能RAID阵列卡在与CPU之间数据交互时,延迟会更低,性能也能更好的释放。

PCIe X8的插槽在主板上大多也是PCIe X16插槽的形状,不过数据针脚只有一半是有效的,也就是说实际带宽只有真正的PCIex16插槽的一半。

主要用来接M.2 NVME的扩展卡,毕竟在以前,主板的M.2接口不像现在的主板那么多,加上当时的固态价格也没有今天(Today)那么低,大家买硬盘都是省吃俭用,才用上了500G,甚至以前1T都是富哥才用得起的装备。

因此想要在老主板上装更多的M.2固态就需要用这种扩展卡,并且只要协议版本和通道数量与硬盘保持一致,理论速度与板载M.2并无区别。

与PCIe X8插槽一样,PCIe X4插槽为了兼容性,现在多数也是做成PCIe X16插槽的形式,可能是扩展为M.2接口,用于安装M.2SSD、M.2无线网卡可能者其它M.2接口设备。

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最后就是最万能的PCIe X1的这个短小精悍的插槽了,你几乎可以在网上买到所有想用它进行(Carry Out)扩展转接的接口!比如安装USB 2.0/3.0扩展卡、安装千兆/2.5Gbps高速网卡、安装高性能声卡、扩展更多的SATA口、安装Wi-Fi网卡等等。

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PCIe除了插槽形式,它还可以作为通道的形式存在,我们(We)最常用的M.2固态硬盘接口,表面上是M.2连接我们(We)的固态硬盘,但起到数据传输作用的却是PCIe通道。

简单的讲,M.2接口就是换了外形的PCIe接口。你看它的接口是不是很像缩小了的PCIe接口,这也是为什么我们(We)老是能够听到PCIe 4.0固态硬盘、PCIe 5.0固态硬盘的原因。

结语

虽然现在主流的应用还在PCIe 3.0和PCIe 4.0,但我们(We)看到在有些数据中心,以及新的GPU、CPU,可能固态硬盘都开始采用PCIe 5.0了。将来,PCIe 6.0乃至PCIe 7.0的出现,也势必让更多的硬件能够释放更强的性能。

不过,按照目前(Currently)的情况来看,PCIe 5.0更像是战将来的产品,虽然我们(We)也说了有固态硬盘支持PCIe 5.0甚至是显卡也支持了PCIe 5.0,但是即便是PCIe 3.0也不会让目前(Currently)的显卡的性能出现瓶颈。

PCIe 5.0的出现更像是有了生态基础,给将来的硬件铺路,也是为了让现在的硬件能够适应忽然爆火的AIGC领域,毕竟现在的AI计算模型大得令人难以想象。

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