PCIe卡知识扫盲：你想了解的都在这里

随着网络设备对带宽，灵活性与性能的要求升高，PCIe标准应运而生。自2001年问世以来，PCIe迅速发展，并广泛应用于各种网络设备中，PCIe卡（PCI Express卡）就是其中一种主要设备。本文将对PCIe卡的定义、工作原理、优势、类型等进行全面介绍。

什么是PCIe卡？

PCIe卡是一种具有PCIe接口的网卡，在主板级连接中用作扩展端口。具体来说，基于PCIe的扩展卡能插入主机、服务器和网络交换机等设备主板中的PCIe插槽。如今多数电脑主机板上都有专用的PCIe插槽与PCIe卡相对应，一般来说插槽的宽度都会和卡等宽甚至更宽。

PCIe卡的工作原理是什么？

PCIe卡与处理不同来源数据的总线不同，它可以通过交换机实现一系列点对点连接来控制数据流向。PCIe网卡插好之后，插槽和网卡之间将形成逻辑连接，以便互相通信。这种逻辑连接称为互连或链路，它支持两个PCIe端口之间的点对点通信通道，并允许它们发送和接收普通的PCI请求或中断。如下图所示，PCIe插槽有一/多个通道。在x2链路中，每条通道包含两对不同的数据传输组，一对用于传输数据，另一对用于接收数据。因此，每条通道包含了四根电线或信号线路组成。

图1 :PCIe卡怎么工作

为什么要选择PCIe卡？

在PCIe卡面世前，市面上有两种主要的网卡：PCI和PCI-X卡。PCI-E卡的连接器和电路设计完全不同，在原来两种主流网卡的基础上进行了改进，成为其中最常用的一种网卡。

PCIe卡有多少种？

PCIe卡有多种类型，下面将就规格与版本分类进行说明。

基于PCIe卡规格的分类

PCIe卡的规格通常由通道的数量表示。一般来说，PCIe卡有五种物理规格：x1、x4、x8、x16和x32。（PCIe x32十分少见，并非主流规格。）“x”后面的数字是指PCIe插槽内的通道数，如PCIe x4卡意味着该卡有四个通道。

图2 :不同PCIe卡尺寸对比

在实际应用中，需要将PCIe卡插入主机或服务器的PCIe插槽中，插槽的规格和配置与该卡相同。然而，面对像插槽短缺的情况，PCIe卡也可以安装到一个更宽的插槽。比如在PCIe x8插槽已被占用的情况下，可以将PCIe x8卡放入PCIe x16插槽中，但该卡将始终以PCIe x8模式运行。PCIe卡规格信息详见下表。

插槽宽度	引脚数	长度
PCIe x1	18	25mm
PCIe x4	21	39mm
PCIe x8	49	56mm
PCIe x16	82	89mm

基于PCIe卡版本的分类

PCI Express是一种用于连接高速组件的高速串行计算机扩展总线标准，它取代了旧的AGP、PCI和PCI- X总线标准，并经过了多次调整改进。PCIe 1.0最初在2002年发布，为了满足日益增长的高带宽需求，之后又相继推出了不同的版本。目前共有五种不同的PCIe标准：PCIe 1.0、PCIe 2.0、PCIe 3.0、PCIe 4.0和PCIe 5.0，传输速率每过一代增加一倍，PCIe 6.0也将在不久后发布。

目前PCIe卡分别有五个可用版本：PCIe 1.x、PCIe 2.x、 PCIe 3.x、PCIe 4.x和PCIe 5.x，新版本PCIe 5.x刚刚于2019年发布，性能比前几个版本要更好。PCIe 6.x预计将在2021年左右发布。

值得一提的是，所有的PCIe卡版本都是向后兼容的，也就是说任何版本的PCIe卡和主板都可以以最低版本的模式工作。下表展示了5个传统PCIe版本之间的传输速率比较（以原始版本n.0为例）。

版本	发行时间	传输速率（吞吐量，x1）	传输速率（吞吐量，x16）	线路码
PCIe 1.0	2003	2.5 GT/s (250 MB/s)	40 GT/s (4.0 GB/s)	8b/10b
PCIe 2.0	2007	5.0 GT/s (500 MB/s)	80 GT/s (8.0 GB/s)	8b/10b
PCIe 3.0	2010	8.0 GT/s (984.6 MB/s)	128 GT/s (15.75 GB/s)	128b/130b
PCIe 4.0	2017	16.0 GT/s (1969 MB/s)	256 GT/s (31.51 GB/s)	128b/130b
PCIe 5.0	2019	32.0 GT/s (3938 MB/s)	512 GT/s (63.02 GB/s)	128b/130b

怎么选PCIe卡？

如果您正在应用有线网络但对市面上组装好的系统不满意，那您可能需要考虑购买PCIe卡。要注意前提是您的电脑必须至少有一个可用的PCI Express插槽，购买时则需要考虑到以下几个因素：

PCIe卡版本和插槽宽度：这是为了确保PCIe卡的类型与您当前的设备和网络环境兼容。
协议标准：在购买之前需要确定网卡是否支持您需要的标准，如RDMA、RoCE、iSCSI和FCoE等。
控制器：Intel、Broadcom、Mellanox和Realtek的控制芯片是主流趋势。

除了上述三个因素，传输速度、端口数量、连接器类型、操作系统、品牌、价格等因素也需要考虑。

结论

为满足多样的网络需求，高端软件持续以极快的速度发展，这已成为PCIe性能不断突破的动力。最新的PCIe4.x，PCIe 5.x和未上市PCIe 6.x遵循PCIe标准，事实证明这些技术缩小了PCIe卡与主机之间的发展差距，未来潜力无穷。