PCI-E 3.0标准规范

早在2007年上半年PCI-E 2.0版规范刚刚公布的时候，PCI Express技术标准组织PCI-SIG就准备用两年多的时间将其快速进化到第三代，但是谁也没想到PCI-E 3.0的酝酿过程会如此一波三折，直到3年半以后才最终修成正果。 PCI-SIG主席兼总裁几乎泪流满面：“PCI-SIG始终致力于I/O创新，我们也很骄傲地向我们的成员发布PCI-E 3.0规范。PCI-E 3.0架构从细节上对前两代PCI-E规范进行了极大地改进，为我们的成员在各自领域继续创新提供了所必需的性能和功能。”

在对可制造性、成本、功耗、复杂性、兼容性等诸多方面进行综合、平衡之后，PCI-E 3.0规范将数据传输率提升到8GHz|8GT/s(最初也预想过10GHz)，并保持了对PCI-E 2.x/1.x的向下兼容，继续支持2.5GHz、5GHz信号机制。基于此，PCI-E 3.0架构单信道(x1)单向带宽即可接近1GB/s，十六信道(x16)双向带宽更是可达32GB/s。 PCI-E 3.0同时还特别增加了128b/130b解码机制，可以确保几乎100%的传输效率，相比此前版本的8b/10b机制提升了25%，从而促成了传输带宽的翻番，延续了PCI-E规范的一贯传统。

新规范在信号和软件层的其他增强之处还有数据复用指示、原子操作、动态电源调整机制、延迟容许报告、宽松传输排序、基地址寄存器(BAR)大小调整、I/O页面错误等等，从而全方位提升平台效率、软件模型弹性、架构伸缩性。 PCI-E 3.0规范完整文档现已向PCI-SIG组织成员公布其中详细描述了PCI-E架构、互联属性、结构管理、编程接口等等，但没有公开发表。2012年1月9日，世界上首块PCI-E 3.0显卡Radeon HD 7970问世。

主板上的高速铁路，PCI-E 3.0技术及发展一览

2011-7-28 18:01 | 作者：bolvar | 关键字：PCI-E 3.0,5GT/s,8GT/s,PCI,PCI Express

PCI-E作为电脑中的系统总线，不仅是显卡的数据要通过它，就连我们使用最多的USB、SATA等其他接口的数据最终都是通过PCI-E总线才与送到CPU中处理的。 目前的主流标准是PCI-E 2.0，不过速度更快的PCI-E 3.0已经箭在弦上，只待主板、CPU和显卡支持到位，那么PCI-E 3.0高达8GHz的速率、32GB/s的带宽能为我们带来什么？

电影《功夫》里的终极BOSS火云邪神说过一句话：“天下武功，无坚不破，唯快不破”，功夫再高也怕被人一招秒杀。这说明无论是防守还是进攻，速度都是决定性因素，对速度有着极度渴求的还有电脑上的系统总线(System Bus)。

系统总线是“是用来连接微处理器与其他部件的一束信号线， 通过系统总线架起了微处理器与其他部件之间进行信息传递的通道。”，它的历史悠久，三十年前个人电脑（PC）刚刚问世的时候就开始存在，但是相比PC部件中的CPU、显卡1-2年就要换一代的发展速度，系统总线的发展可谓龟速，自从IBM于1982主导制定了ISA（Industry Standard Architecture，工业标准体系）以来，只有ISA、92年发布的PCI和2001年发布的PCI Express（以下简称PCI-E）三种标准规范，基本上每隔10年才更换一次架构，目前的主流是PCI-E 2.0，我们能见到的主板上大都会有一个PCI-E 2.0插槽。

PCI-E总线在显卡上应用的如此成功，以至于一提到PCI-E，很多人第一个想到的就是显卡，实际上PCI-E更多地是作为系统总线存在的，不仅是显卡的数据要通过它，就连我们使用最多的USB、SATA等其他接口的数据最终都是通过PCI-E总线才与送到CPU中处理的。

正因为此，主板上PCI-E通道数量的多寡往往成为衡量主板性能等级的重要指标，别看有些主板提供了三条或者四条显卡插槽，但是由于芯片组（或处理器）提供的PCI-E通道不足，实际使用中会有很大局限。

Intel的Z68还有P67只吝啬地提供了16+8条PCI-E通道 目前PCI-E的主流标准是2.0，下一代PCI-E 3.0标准也公布了很久了，只是相关的硬件还没有准备好，只有CPU、主板和显卡同时支持之后我们才能享受到PCI-E 3.0带来的快感，不过这并不影响我们先预览一下PCI-E 3.0以及它带来的变化，而且最近也有主板厂商抢先推出了多款PCI-E 3.0主板，到底是若有其事还是徒有虚表，看完本文你就可以知道。

PCI-E 3.0标准是去年公布的，预计今明两年PCI-E 3.0就会开始发力

Tips：由于本文要设计许多速度换算，这里简单交代2个问题，有助于理解文中涉及的数据计算。

1.单位换算：“位（bit）”和“字节(byte)”的关系大家都知道了，理论上1byte=8bit，1GB=8Gb，1GBps=8Gbps，还有一个单位是Transfer/s（缩写T/s），这是一个速率单位，在AMD的HT和Intel的QPI介绍中很常见，1T/s与1bps可以看作是等价的，即1B=8b=8T/s。 需要注意的是，在一些新的技术标准中，为了防止数据在高速传输中出错而加入了校验码，比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中采用的是8/10编码，每10位编码中只有8位是真实数据，这时单位换算就不再是1:8而是1:10了，USB 3.0的5Gbps速度实际上是500MB/s而非625MB/s，SATA 6Gbps的速度则是600MB/s而非750MB/s。

2.带宽计算。PCI-E的带宽计算与显存带宽（B/s）=运行频率（MHz）*数据倍率*显存位宽（bit）÷8相类似，只是前者公式略微复杂一些，串行PCI-E带宽（B/s）=PCIE时钟频率*每周期数据位（bit）*总线通道数*编码方式÷8，以最常见的PCI-E 2.0 x16插槽为例，其时钟频率为5GHz（通过基准频率和PLL锁相环得到），每周期可传输2bit数据，16条通道，8/10编码，其传输总带宽=5000*2*16*（8/10）÷8=16GB/s。 ◆ 忆往昔峥嵘岁月愁，PCI历史发展简述

在PCI-E之前，PC上的系统总线主要是PCI和AGP，前者负责连接各种外设，如网卡、独立声卡等，AGP主要用于连接显卡，它其实是在PCI标准基础上针对3D应用扩展而来，同样属于PCI体系。

PCI总线之前是IBM制定的ISA总线，初期只是一个8位总线，频率也只有8MHz，后期升级到16位，并最终扩展到32位EISA总线，即便如此其带宽也只有16MB/s-64MB/s，

已经跟不上当时PC发展的脚步了，第一代系统总线标准即将结束。

基于PCI总线的显卡算得上老古董了 接下来登场的是PCI总线，全称是Peripheral Component Interconnect（外部设备互联总线），是羽翼渐丰的Intel公司在1991年首次提出的，之后又联合多家业内大腕如IBM、Compaq、HP、DEC等成立PCI-SIG（Peripheral Component Interconnect Special Interest Group）组织，接管了PCI总线及后续规范的制定，成为PCI的官方组织。 PCI总线起步就是32位，之后也有64位版本，预设工作频率则提升到33MHz，此时的总线带宽为133MB/s-266MB/s，带宽相比以往有了很大提升，对当时的I/O设备来说足够了。1995年的时候PCI 2.1又增加了66MHz的工作频率，64位带宽可以再翻一倍达到533MB/s。在服务器领域还发展出一种PCI-X的分支，最高频率提高到133MHz，64位带宽进一步提高到1066MB/s，不过PCI-X是非主流，除了在服务器上发发光之外PC上应用并不多，大多数芯片组依然配备的是33MHz、32位的PCI插槽。 PCI总线时代赶上了显卡的爆发式增长，133MB/s的带宽要在显卡和其他IO设备中共享会对极大限制显卡的性能提升，因此PCI-SIG组织单独制定了AGP（Accelerated Graphics Port，图形加速接口）规范，自此显卡开始单干，不再与其他I/O共享带宽。 盛极一时的Voodoo 5就停留在AGP时代