一文看懂PCIe 5.0

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随着英特尔Alder Lake CPU的发布，以及AMD 7000 Ryzen CPU的即将发布，PCIe 5.0 硬件终于成为现实。但什么是 PCIe 5.0？

什么是 PCIe？

PCIe 是 Peripheral Component Interconnect Express 的简写。PCIe 是一种标准，允许外围设备连接到主板并与您的中央处理单元 (CPU)进行通信。PCIe 标准自 2003 年以来由 PCI 特别兴趣小组 (PCI-SIG) 发布，并发布了第一个 PCIe 标准。

PCIe 标准最初是为了取代一些旧标准而开发的，例如 PCI、PCI-X 和 APG。它需要具有出色的性能，并且需要多功能且紧凑。PCI-SIG 还选择使 PCIe 标准尽可能向后兼容。

这意味着您可以合理地期望 2008 年的 PCIe 2.0 设备能够与其中具有 PCIe 5.0 插槽的主板配合使用。如果您拥有没有现代同类产品或仍能满足您需求的旧外围设备，那将是个好消息。为 Windows XP 或 Vista 编写的驱动程序能否在 Windows 10 或 11 上运行完全是另一回事。

PCIe 有什么用途？

PCIe 接口通常用于将高性能外围设备连接到您的计算机。最常见的例子是图形处理单元 (GPU) ，因为现代游戏、科学、工程和机器学习应用程序涉及处理大量数据。

GPU 不是唯一可以插入 PCIe 连接器的东西：网络适配器卡、声卡、M.2 PCIe 适配器、USB 扩展卡、SATA 扩展卡和无数其他设备都可以使用 PCIe 接口。如果有东西插入您的计算机内部并且它不是 RAM 或硬盘驱动器，那么它几乎肯定会使用 PCIe。

显然，并非所有这些设备的大小都相同，它们的带宽要求也不相同。考虑到这一点，物理 PCIe 连接器有多种变体。

什么是 PCIe 通道，x1、x4、x8 和 x16 是什么意思？

您会听到主板上的物理 PCIe 接口被称为 PCIe 插槽、连接器或端口。

这些端口通常根据可用的通道数进行排序，通道数决定了端口支持的总带宽。PCIe 5.0 标准要求每通道 8 GB/秒 (GB/s) 的传输速度。

注意：通道的总带宽分为发送数据和接收数据。因此带宽为 8 GB/s 的单通道可以同时发送 4 GB/s 和接收 4 GB/s。

当您在产品上看到类似“PCIe 5.0 x1”的字样时，它会告诉您该产品使用 PCIe 5.0，并且它有一个可用的 PCIe 通道。当您看到“PCIe 5.0 x16”时，它告诉您总共有 16 个 PCIe 5.0 通道可用，对应于 128 GB/s 的总带宽。

通常，x1、x4、x8 和 x16 PCIe 端口大小不同，其中 PCIe x16 最大，PCIe x1 最小。

插入这些端口的硬件会相应调整大小。要求最苛刻的外围设备（如 GPU）设计为使用完整的 x16 端口，而声卡等设备通常使用 x1 或 x4 端口。

在普通消费者主板上看到 x1、x4 和 x16 PCIe 端口是很常见的。通常，具有 x8 端口的主板将使用与 x16 连接具有相同物理尺寸的端口，但带宽将受限于 x8 端口的速度。需要注意的是，较小的 PCIe 连接器始终可以插入较大的端口 — 如果您有使用 PCIe x4 端口的网络接口卡，则可以将其插入任何 PCIe x8 或 PCIe x16 端口。

除了常规的 PCIe 端口，还有一个值得注意的接口：M.2 插槽。M.2 端口是高速 NVMe 固态驱动器 (SSD)的标准。M.2 在物理上与标准 PCIe 端口不兼容，但它使用 PCIe x4 连接。

PCIe 5.0 有何不同？

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。

高速 M.2 NVMe 驱动器使用 PCIe x4 连接。这意味着支持 PCIe 5.0 速度的 NVMe 驱动器的读写速度接近 16 GB/s。就上下文而言，常规 SATA SSD 的最高速度约为每秒 550 兆字节 (MB/s)。PCIe 5.0 NVMe 驱动器 - 到货时 - 承诺速度提高约 30 倍。加载时间将成为过去。

几乎每个人都从 PCIe 标准的最新迭代中获得了一些东西，但处理“大数据”的个人和组织可能是最快乐的受益者。运行 Facebook、Google 和其他大型服务等服务的数据中心处理难以想象的数据量，它们将能够从 PCIe 5.0 接口中榨取最后一点性能。科学和工程应用当然也将从增加的带宽中受益。

PCIe 5.0 对消费者意味着什么？

截至撰写本文时，目前可用的 PCIe 5.0 设备很少，而且都不是针对普通消费者甚至发烧友的。预计 NVIDIA 将在其备受期待的 RTX 4000 系列 GPU 上坚持使用 PCIe 4.0，目前尚不清楚 AMD 的 Radeon RX 7000 系列 GPU 是否会实施 PCIe 5.0 接口。没有可用的采用 PCIe 5.0 标准设计的消费级固态驱动器。只有少数企业选项，例如三星的 PM1743。

展望未来，这种情况肯定会发生变化——即使 AMD 的 Radeon RX 7000 系列和 NVIDIA 的 RTX 4000 系列 GPU 不使用 PCIe 5.0，不管它们成功了，它们肯定会成功。已经发现了实现 PCIe 5.0 的消费级固态驱动器，因此它们可能离我们不远了。

PCIe 5.0 设备即将上市是否意味着您应该匆忙购买全新的 Alder Lake、Raptor Lake 或Zen 4 CPU 和相应的主板，只是为了兼容 PCIe 5.0？这取决于 — 如果您愿意支付溢价成为 PCIe 5.0 硬件的早期采用者并且您可以实际使用它，那么 PCIe 5.0 将是一个可喜的性能飞跃。如果您无论如何都需要升级，那么购买包含 PCIe 5.0 的东西绝对没有什么坏处。

然而，PCIe 5.0 设备可能在几年内都不会成为标准，届时英特尔和 AMD 都可能会发布新一代更快的 CPU。如果您不为绝对最新和最好的产品而奋斗——或者不需要升级——你最好把钱放在一边，等到市场上有更多的 PCIe 5.0 设备。

同时，PCIe 6.0 标准已经定义。在 PC 硬件的世界里，总会有更新更好的东西出现。

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