由于 PCIe 正在成为各种形状和尺寸的计算机的基础，因此值得讨论一下 PCIe 是什么、它的用途以及新的 PCIe 6.0 未来将提供什么。
PCIe 基础知识
PCIe 是“Peripheral Component Interconnect Express”的缩写。一些接触过计算机一段时间的读者可能还记得旧的 PCI 标准，但 PCIe 之于原始 PCI 标准就像战斗机之于纸飞机一样。
PCIe 既是一种协议，也是一种物理硬件连接标准。最常见的 PCIe 硬件连接标准是主板扩展插槽。您将扩展卡连接到这些插槽，然后通过连接引脚进行通信。但是，可以通过其他类型的连接发送 PCIe 协议信号。
使用M.2 连接器的NVME SSD可以使用PCIe，这对于计算机来说似乎与通过标准PCIe插槽连接的SSD没有什么不同。 Thunderbolt 3 和 4 标准还支持通过电缆发送 PCIe 信号。这就是eGPU （外部显卡）的实现方式。
PCIe 设备以串行方式发送数据，但跨多个并行通道。计算机主板上的 x16 PCIe 插槽可同时容纳 16 个数据通道。 PCIe 还提供 x8、x4 和 x1 插槽。一般来说，显卡使用 x16 插槽，因为它们需要尽可能多的带宽。虽然速度较慢的插槽通常在物理上较短，但除主插槽外，通常 x16 长度为 x8。
PCIe 卡提供向后兼容性和交叉兼容性，因此您可以将 x4 卡插入任何物理上可容纳它的 PCIe 插槽中。只是您会浪费 x4 卡不使用的所有 PCIe 通道。例如，在 4.0 插槽中使用 PCIe 5.0 卡也是如此。它会起作用，但仅限于最低公分母。
谁决定 PCIe 标准？
.PCI Express 标准由 PCI 特别兴趣小组 (PCI-SIG) 设计和批准，该联盟的成员来自电子和计算机行业，对该技术拥有既得利益。
PCI-SIG 成立于 1992 年，是一个致力于帮助计算机制造商正确实施英特尔 PCI 标准的组织。如今，它是一个拥有 800 多名成员的非营利组织。
PCI-SIG 委员会拥有 AMD、ARM、Dell、IBM、Intel、Nvidia、Qualcomm 等成员。您可能会认出这些名字是主要的计算设备制造商，并且拥有共享标准使他们的工作变得更加容易，更不用说他们客户的生活了！
PCIe 有何用途？
上面我们已经提到了扩展卡和 SSD，所以您可能已经对 PCIe 的用途有了一个大概的了解。
PCIe 标准几乎可以连接您能想象到的任何外部外围设备。它提供比 USB 更宽的带宽，特别是在考虑多个通道时。 PCIe 还提供了到 CPU 的直接路径，使其非常适合高速、低延迟应用。
现代 GPU 使用 16 个 PCIe 带宽通道来最大限度地提高其性能，但并非每个外设都需要那么多带宽。最新的 PCIe 4.0 SSD“仅”使用四个通道，但这足以让 SATA 标准彻底失败。虽然 SATA 的最高速度为 600 MB/s，但高端 PCIe 4.0 驱动器的移动速度可以超过 7000 MB/s。
PCIe 扩展卡还可容纳 声卡 、视频采集卡、10Gb 以太网适配器、WiFi 6 卡、霹雳 或 USB 控制器等。集成到计算机主板中的外设也使用 PCI Express。只是接线是永久性的，而不是插槽的形式。
PCIe 6.0 相对于 PCIe 5.0 有何改进？
每次 PCIe 修订的主要改进通常是数据速率的巨大飞跃。这就是每秒可以通过总线传输的信息量。
在这方面，PCIe 6.0 并不令人失望。它将 PCIe 5.0 本已巨大的数据传输速率从每通道每秒 32 千兆传输 (GT/s) 全面翻倍至 64 GT/s。 PCIe 5.0 每秒可传输 63 GB (GB/s)，而 6.0 最高可传输 128 GB/s。这是通过 x16 连接，并按比例缩小更多次要连接。这意味着 x8 PCIe 6.0 插槽现在的性能与 x16 5.0 插槽相同。.
这为未来的 GPU 和超高速存储解决方案创造了充足的空间。更不用说通过 PCIe 或提供 Thunderbolt 和 USB 4 的扩展卡连接的外部设备的范围令人难以置信。
PCI Express 6.0 的新功能
在一代人的时间内实现如此巨大的性能飞跃并不容易。为了实现这些数字，PCI-SIG 工程师必须开发一些创新的新方法来移动电子。
PAM4 信令
与前几代接口相比，PCIe 6.0 最显着的变化很可能是数据的编码方式。
PCI Express 6.0 使用 PAM4，它是四级脉冲幅度调制的缩写。如果您了解电气波形，您就会知道波的“幅度”是多远波峰位于基线处。
较旧的 NRZ（不归零）PCIe 编码在一个时钟周期内每个脉冲只有两个幅度级别。 PCIe 6 将其增加了一倍，达到 4 个，从而增加了每个周期编码的数据量。
前向纠错 (FEC)
虽然 PAM4 编码方法显着提高了速度，但它也大大提高了误码率。换句话说，1 到达了目的地，而不是 0，反之亦然。
为了解决这个问题，PCIe 6.0 具有新的前向纠错功能，该功能在强大的 CRC（循环冗余检查）实现的帮助下进行检查，以确保数据到达其应去的位置而不会被损坏。
在管道中添加更多纠错步骤的一个危险是会增加更多延迟。额外的延迟已成为各种高速计算机组件日益受到关注的问题。尽管它们可以转移越来越多的数据，但它们需要更长的时间才能对数据请求做出反应，这可能会导致其本身的问题。
FEC 的设计目标是与以前版本的 PCIe 相比，增加不超过两纳秒的延迟，这是人类无法察觉的一点点额外延迟。
FLIT模式
FLIT 模式是 PCIe 6.0 中为改进纠错而引入的另一项措施。它使用专用的板载流量控制单元将数据组织成统一大小的单元。这对于检查数据包是否有错误是必要的，因为您可以对每个数据包应用算法，并检查数据包在到达管道另一端时是否仍然给出结果。.
事实证明，FLIT 模式还在其他地方带来了显着的效率提升。它有助于降低延迟，提高带宽使用效率，并让 PCIe 6.0 消除以前版本的大部分编码开销。因此，尽管 PAM4 增加了 2ns 的延迟，但 FLIT 模式可以节省其他方面的延迟。
L0p模式
PCIe 6.0 的一个有趣功能是 L0p 模式。此模式减少了外设用于发送和接收数据的通道数量。因此，如果您的笔记本电脑依靠电池供电，并且 GPU 不需要 16 通道来完成当前工作，它将下降到仅使用所需的通道数量，通过提高电源效率来节省电力。
您应该等待 PCIe 6.0 吗？
如果您正在考虑尽快购买或组装一台新计算机，您是否应该等待 PCIe 6.0 主板首先问世？尝试构建一台面向未来的计算机总是很诱人。如果出现新的 GPU 或 SSD 需要 PCIe 6.0 才能充分发挥其潜力怎么办？
这个问题的简短回答是，您不必担心等待 PCIe 6.0。截至撰写本文时，PCIe 5.0 主板才刚刚开始向消费者推出，即使是当前最高端的 GPU 也远远不需要 PCIe 5.0。
在基准 中，比较运行在 PCIe 3.0 和 4.0 上的 RTX 3080 或 RTX 3090 等旗舰卡，性能差异在零到 3% 之间。恩，那就对了。我们现在才刚刚达到 PCIe 3.0 的极限，而且这还只是针对地球上最昂贵的 GPU。别担心——至少几年内不会。
请记住，PCI-SIG 仅发布了 6.0 版本的最终 PCIe 规范纸质版。虽然最终规范不会改变，但我们还需要一段时间才能看到支持它的硬件，至少在消费领域是这样。
PCIe 6.0 为当今的数据中心带来好处
这并不是说 PCIe 6.0 对某些人已经没有好处了。在巨型数据中心，我们都依赖基于云的服务，每一点额外的带宽都是宝贵的。在这些计算机机架内，您会发现具有数十或数百个 CPU 核心和高速 SSD 存储阵列的系统。 PCIe 带宽的改进将立即帮助减轻那些紧张的数据管道的压力。.
拥有更多带宽意味着人工智能和机器学习应用程序可以在更短的时间内分析更多数据。这意味着在科学、工程和物理领域进行复杂工作的 HPC（高性能计算）应用程序可以拓宽他们的视野。
即使是向数据中心发送大量数据进行实时处理的物联网（物联网）系统也将从额外的带宽中获益匪浅。
PCI Express 6.0 之后会发生什么？
除非有人发明出一种更好的外围互连技术，否则 PCIe 技术将长期存在。英特尔、AMD 和苹果等公司正在利用其处理器封装内的芯片之间的相关技术做出令人兴奋的事情。 AMD 的 Ryzen 和英特尔的 Alder Lake 等 CPU 都充满了 CPU 内核，因此它们需要传输大量数据。我们确信 PCI-SIG 可以从这些处理器内部发生的事情中学到一些东西。
.