1.0??? 2Gb/s???? 250MB/s???????? 8GB/s 2.5GT/s???????????? 2002年7月22日

　　1.0a?? 2Gb/s???? 250MB/s???????? 8GB/s 2.5GT/s???????????? 2003年4月15日

　　1.1??? 2Gb/s???? 250MB/s???????? 8GB/s 2.5GT/s???? 77W???? 2005年3月28日

　　2.0??? 4Gb/s???? 500MB/s???????? 16GB/s 5.0GT/s??? 225W??? 2006年12月20日

　　2.1??? 4Gb/s???? 500MB/s???????? 16GB/s 5.0GT/s??????????? 2009年3月4日

　　3.0??? 8Gb/s???? 1GB/s?????????? 32GB/s 8.0GT/s??????????? 2010年11月10日

　　在正式了解PCI Express串行鏈接物理和邏輯結(jié)構(gòu)前，先來看一下PCI Express系統(tǒng)架構(gòu)的方框圖。你可以看到 PCI Express連接器已被移植到系統(tǒng)中的各個(gè)不同部分，為將來的高速設(shè)備提供連接點(diǎn)。

　　PCI Express 的基本結(jié)構(gòu)包括根組件（Root Complex） 、交換器（Switch）和各種終端設(shè)備（Endpoint） 。根組件可以集成在北橋芯片中，用于處理器和內(nèi)存子系統(tǒng)與 I/O 設(shè)備之間的連接，而交換器的功能通常是以軟件形式提供的，它包括兩個(gè)或更多的邏輯 PCI 到 PCI 的連接橋（PCI-PCI Bridge） ，以保持與現(xiàn)有 PCI兼容。當(dāng)然，像 PCI Express-PCI的橋設(shè)備也可能存在。在PCI Express架構(gòu)中的新設(shè)備是交換器（Switch） ，它取代了現(xiàn)有架構(gòu)中的 I/O橋接器，用來為 I/O 總線提供輸出端。交換器支持在不同終端設(shè)備間進(jìn)行對等通信。下圖 1 就是PCI Express 1.0 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

　　圖 1

　　為了便于與現(xiàn)行的PCI總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效對比， 現(xiàn)把兩種總線的桌面系統(tǒng)架構(gòu)并列于下圖 2 中。

　　圖 2

　　在圖中現(xiàn)有的 PCI 架構(gòu)中，用于顯卡的接口為 AGP，而新的 PCI Express 架構(gòu)中以 PCIExpress取代了，現(xiàn)有PCI架構(gòu) I/O橋接器中的PCI/PCI-X橋接器在PCI Express 架構(gòu)中全部以 Switch 交換器取代，增加了一些 PCI Express 總線接口用于與終端設(shè)備連接，當(dāng)然為了保持與現(xiàn)有 PCI兼容，在第一版 PCI Express 架構(gòu)中仍保留 PCI接口。

　　PCI Express 總線技術(shù)將全面應(yīng)用于桌面/移動和服務(wù)器系統(tǒng)以及串口服務(wù)器中，但各自的體系結(jié)構(gòu)不完全相同，如圖 3 左圖所示的是桌面機(jī)和移動筆記本電腦中使用 PCI Express 總線的系統(tǒng)架構(gòu)，而圖 3右圖所示的是服務(wù)器和工作站中使用 PCI Express 總線的系統(tǒng)架構(gòu)。除此之外，在網(wǎng)絡(luò)中同樣可以以使用 PCI Express 總線技術(shù)進(jìn)行通信，結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示。

　　圖 3

　　從圖 3中的兩個(gè)應(yīng)用架構(gòu)比較可以看出，PCI Express 總線技術(shù)在服務(wù)器和工作站中的應(yīng)用更為徹底，在服務(wù)器/工作站中除了內(nèi)存子系統(tǒng)與芯片組之間的通信外，其它都是采用 PCIExpress總線來與芯片連接的，而在桌面機(jī)中在目前來說還主要是取代顯卡中的 AGP總線和其它 PCI板卡，如網(wǎng)卡，至于硬盤和外設(shè)接口都仍是采用相應(yīng)的總線接口直接與芯片組連接。

　　圖 4

　　從圖中可以看出，PCI Express總線在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也是非常徹底的，除了內(nèi)存子系統(tǒng)外，幾乎所有的外設(shè)及內(nèi)置板卡都是直接或者間接通過 PCI Express 總線與芯片組連接的。

　　綜上所述，目前來說PCI Express總線主要還是先從服務(wù)器、工作站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備得到徹底應(yīng)用，在桌面機(jī)中主要以先取代 AGP 和部分 PCI接口開始。

　　PCIe的連接是建立在一個(gè)雙向的序列的（1-bit）點(diǎn)對點(diǎn)連接基礎(chǔ)之上，這稱之為“傳輸通道”。與PCI 連接形成鮮明對比的是PCI是基于總線控制，所有設(shè)備共同分享的單向32位并行總線。PCIe是一個(gè)多層協(xié)議，由一個(gè)對話層，一個(gè)數(shù)據(jù)交換層和一個(gè)物理層構(gòu)成。物理層又可進(jìn)一步分為邏輯子層和電氣子層。邏輯子層又可分為物理代碼子層（PCS）和介質(zhì)接入控制子層（MAC）。

　　物理層

　　各式不同的PCI Express插槽（由上而下：x4, x16, x1，與 x16），相較于傳統(tǒng)的32-bit PCI插槽（最下方），取自于DFI的LanParty nF4 Ultra-D機(jī)板于使用電力方面，每組流水線使用兩個(gè)單向的低電壓差分信號（LVDS）合計(jì)達(dá)到2.5兆波特。傳送及接收不同數(shù)據(jù)會使用不同的傳輸通道，每一通道可運(yùn)作四項(xiàng)資料。兩個(gè)PCIe設(shè)備之間的連接成為“鏈接”，這形成了1組或更多的傳輸通道。各個(gè)設(shè)備最少支援1傳輸通道（x1）的鏈接。也可以有2，4，8，16，32個(gè)通道的鏈接。這可以更好的提供雙向兼容性。（x2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式）PCIe卡能使用在至少與之傳輸通道相當(dāng)?shù)牟宀凵希ɡ鐇1接口的卡也能工作在x4或x16的插槽上）。一個(gè)支援較多傳輸通道的插槽可以建立較少的傳輸通道（例如8個(gè)通道的插槽能支援1個(gè)通道）。PCIe設(shè)備之間的鏈接將使用兩設(shè)備中較少通道數(shù)的作為標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)支援較多通道的設(shè)備不能在支援較少通道的插槽上正常工作，例如x4接口的卡不能在x1的插槽上正常工作（插不入），但它能在x4的插槽上只建立1個(gè)傳輸通道（x1）。PCIe卡能在同一數(shù)據(jù)傳輸通道內(nèi)傳輸包括中斷在內(nèi)的全部控制信息。這也方便了與PCI的兼容。多傳輸通道上的數(shù)據(jù)傳輸采取交叉存取，這意味著連續(xù)字節(jié)交叉存取在不同的通道上。這一特性被稱之為“數(shù)據(jù)條紋”，需要非常復(fù)雜的硬件支援連續(xù)數(shù)據(jù)的同步存取，也對鏈接的數(shù)據(jù)吞吐量要求極高。由于數(shù)據(jù)填充的需求，數(shù)據(jù)交叉存取不需要縮小數(shù)據(jù)包。與其它高速數(shù)傳輸協(xié)議一樣，時(shí)鐘信息必須嵌入信號中。在物理層上，PCIe采用常見的8B/10B代碼方式來確保連續(xù)的1和0字符串長度符合標(biāo)準(zhǔn)，這樣保證接收端不會誤讀。編碼方案用10位編碼比特代替8個(gè)未編碼比特來傳輸數(shù)據(jù)，占用20%的總帶寬。到了PCIe 3.0，采用128B/130B代碼方式，僅占用1.538%的總帶寬。有些協(xié)議（如SONET）使用另外的編碼結(jié)構(gòu)如“不規(guī)則”在數(shù)據(jù)流中嵌入時(shí)鐘信息。PCIe的特性也定義了一種“不規(guī)則化”的運(yùn)算方法，但這種方法與SONET完全不同，它的方法主要用來避免數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)重復(fù)而出現(xiàn)數(shù)據(jù)散射。第一代PCIe采用2.5兆位單信號傳輸率，PCI-SIG計(jì)劃在未來版本中增強(qiáng)到5~10兆位。

　　數(shù)據(jù)鏈接層

　　數(shù)據(jù)鏈接層采用按序的交換層信息包（Transaction Layer Packets,TLPs），是由交換層生成，按32位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC，本文中用LCRC）進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，采用著名的協(xié)議（Ack and Nak signaling）的信息包。TLPs能通過LCRC校驗(yàn)和連續(xù)性校驗(yàn)的稱為Ack（命令正確應(yīng)答）；沒有通過校驗(yàn)的稱為Nak（沒有應(yīng)答）。沒有應(yīng)答的TLPs或者等待逾時(shí)的TLPs會被重新傳輸。這些內(nèi)容存儲在數(shù)據(jù)鏈接層的緩存內(nèi)。這樣可以確保TLPs的傳輸不受電子噪音干擾。PCIe對于ACK有所規(guī)范，在收到TLP封包之后，在一定時(shí)間內(nèi)必須回應(yīng)ACK，也就是ACK延遲（ACK Latency）的等待時(shí)間。因應(yīng)ACK/NAK流程的需要，必須實(shí)作出重新播送緩沖器（Replay Buffer）。

　　Ack和Nak信號由低層的信息包傳送，這些包被稱為數(shù)據(jù)鏈接層信息包（Data Link Layer Packet,DLLP）。DLLP也用來傳送兩個(gè)互連設(shè)備的交換層之間的流控制信息和實(shí)現(xiàn)電源管理功能。

　　交換層

　　PCI Express采用分離交換（數(shù)據(jù)提交和應(yīng)答在時(shí)間上分離），可保證傳輸通道在目標(biāo)端設(shè)備等待發(fā)送回應(yīng)信息傳送其它數(shù)據(jù)信息。它采用了可信性流控制。這一模式下，一個(gè)設(shè)備廣播它可接收緩存的初始可信信號量。鏈接另一方的設(shè)備會在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)統(tǒng)計(jì)每一發(fā)送的TLP所占用的可信信號量，直至達(dá)到接收端初始可信信號最高值。接收端在處理完畢緩存中的TLP后，它會回送發(fā)送端一個(gè)比初始值更大的可信信號量。可信信號統(tǒng)計(jì)是定制的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器，這一算法的優(yōu)勢，相對于其他算法，如握手傳輸協(xié)議等，在于可信信號的回傳反應(yīng)時(shí)間不會影響系統(tǒng)性能，因?yàn)槿绻p方設(shè)備的緩存足夠大的話，是不會出現(xiàn)達(dá)到可信信號最高值的情況，這樣發(fā)送數(shù)據(jù)不會停頓。第一代PCIe標(biāo)稱可支援每傳輸通道單向每秒250兆字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸率。這一數(shù)字是根據(jù)物理信號率2500兆波特除以編碼率（10位／每字節(jié)）計(jì)算而得。這意味著一個(gè)16通道（x16）的PCIe卡理論上可以達(dá)到單向250*16=4000兆字節(jié)／秒（3.7G字節(jié)／每秒）。實(shí)際的傳輸率要根據(jù)數(shù)據(jù)有效載荷率，即依賴于數(shù)據(jù)的本身特性，這是由更高層（軟件）應(yīng)用程序和中間協(xié)議層決定。PCI Express與其它高速序列連接系統(tǒng)相似，它依賴于傳輸?shù)聂敯粜裕–RC校驗(yàn)和Ack算法）。長時(shí)間連續(xù)的單向數(shù)據(jù)傳輸（如高速存儲設(shè)備）會造成>95%的PCIe通道數(shù)據(jù)占用率。這樣的傳輸受益于增加的傳輸通道，但大多數(shù)應(yīng)用程序如USB或以太網(wǎng)絡(luò)控制器會把傳輸內(nèi)容拆成小的數(shù)據(jù)包，同時(shí)還會強(qiáng)制加上確認(rèn)信號。這類數(shù)據(jù)傳輸由于增加了數(shù)據(jù)包的解析和強(qiáng)制中斷，降低了傳輸通道的效率。這種效率的降低并非只出現(xiàn)在PCIe上。

　　PCI Express之所以能迅速得到業(yè)界的承認(rèn)，并且被大家公認(rèn)為下一代 10 年總線標(biāo)準(zhǔn)，它具有鮮明的技術(shù)優(yōu)勢，它可以全面解決 PCI 總線技術(shù)所面臨的種種問題。有專家預(yù)計(jì)，PCIExpress的設(shè)計(jì)不只要取代 PCI及 AGP 的插槽，同時(shí)也會是一些電腦內(nèi)部系統(tǒng)連接接口，如處理器、繪圖、網(wǎng)絡(luò)及磁盤的 I/O 子系統(tǒng)芯片間的連接。下面就來具體介紹這個(gè)新總線技術(shù)有哪些關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢：

　　·在兩個(gè)設(shè)備之間點(diǎn)對點(diǎn)串行互聯(lián)（兩個(gè)芯片之間使用接口連線；設(shè)備之間使用數(shù)據(jù)電纜；而 PCI Express 接口的擴(kuò)展卡之間使用連接插槽進(jìn)行連接）；

　　與PCI所有設(shè)備共享同一條總線資源不同，PCI Express 總線采用點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)，能夠?yàn)槊恳粔K設(shè)備分配獨(dú)享通道帶寬，不需要在設(shè)備之間共享資源，這樣充分保障了各設(shè)備的寬帶資源，提高數(shù)據(jù)傳輸速率；·雙通道，高帶寬，傳輸速度快在數(shù)據(jù)傳輸模式上，PCI Express 總線采用獨(dú)特的雙通道傳輸模式，類似于全雙工模式，大大提高了數(shù)據(jù)與速度。在傳輸速度上， 1.0版本的PCI Express將從每個(gè)信道單方向2.5Gbps的傳輸速率起步，而它在物理層上提供的 1～32速可選信道帶寬特性更使其可以輕松實(shí)現(xiàn)近乎"無限"的擴(kuò)展傳輸能力。

　　·靈活擴(kuò)展性

　　與PCI不同，PCI Express 總線能夠延伸到系統(tǒng)之外，采用專用線纜可將各種外設(shè)直接與系統(tǒng)內(nèi)的 PCI Express總線連接在一起。這樣可以允許開發(fā)商生產(chǎn)出能夠與主系統(tǒng)脫離的高性能的存儲控制器，不必再擔(dān)心由于改用 FireWire 或 USB 等其它接口技術(shù)而使存儲系統(tǒng)的性能受到影響。

　　·低電源消耗，并有電源管理功能

　　這主得益于 PCI Express 總線采用比 PCI總線少得多的物理結(jié)構(gòu)，如單 x1 帶寬模式只需4 線即可實(shí)現(xiàn)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)際上是每個(gè)通道只需 4根線，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的信號線各一根，另外各一根獨(dú)立的地線。當(dāng)然實(shí)際上在單通道PCI Express總線接口插槽中并不是 4 針引腳，而是 18 針，這 其余的 14 針都是通過 4 根芯線相互組合得到的。由于減少了數(shù)據(jù)傳輸芯線數(shù)量，所以它的電源消耗也就大大降低了。

　　·支持設(shè)備熱撥插和熱交換

　　PCI Express 總線接口插槽中含有"熱撥插檢測信號"，所以可以像 USB、IEEE 1394 總線那樣進(jìn)行熱撥插和熱交換。

　　·支持 QoS 鏈接配置和公證策略

　　·支持同步數(shù)據(jù)傳輸

　　PCI Express 總線設(shè)備可以通過主機(jī)橋接器芯片進(jìn)行基于主機(jī)的傳輸，也可以通過交換器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸；

　　·具有數(shù)據(jù)包和層協(xié)議架構(gòu)

　　它采用類似于網(wǎng)絡(luò)通信中的 OSI 分層模式，各層使用專門的協(xié)議架構(gòu)，所以可以很方便地在其它領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　·每個(gè)物理鏈接含有多點(diǎn)虛擬通道

　　類似于 InfiniBand，PCI Express總線技術(shù)在每一個(gè)物理通道中也支持多點(diǎn)虛擬通道，理論上來講每一個(gè)單物理通道中可以允許有 8 條虛擬通道進(jìn)行獨(dú)立通信控制，而且每個(gè)通信的數(shù)據(jù)包都定義不同的 QoS。正因如此，它與外設(shè)之間的連接就可以得到非常的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　·可保持端對端和鏈接級數(shù)據(jù)完整性

　　這是得益于 PCI Express 總線的分層架構(gòu)，具體將在下篇介紹。

　　·具有錯(cuò)誤處理和先進(jìn)的錯(cuò)誤報(bào)告功能

　　這也是得益于PCI Express總線的分層架構(gòu)，它具有軟件層，軟件層的主要功能就是進(jìn)行錯(cuò)誤處理和提供錯(cuò)誤報(bào)告，具體將在下篇介紹。

　　·使用小型連接，節(jié)約空間，減少串?dāng)_

　　PCI Express 技術(shù)不需要像PCI總線那樣在主板上布大量的數(shù)據(jù)線（PCI使用 32或 64條平行線傳輸數(shù)據(jù)），與 PCI相比， PCI Express 總線的導(dǎo)線數(shù)量減少了將近 75% （PCI Express總線也會有好幾種版本的），速度會加快而且數(shù)據(jù)不需要同步。同時(shí)因?yàn)橹靼迳献呔€少了，從而可以使通過增加走線數(shù)量提升總線寬度的方法就更容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)各走線之間的間隔就可以更寬，減少了相互之間的串?dāng)_。

　　·在軟件層保持與 PCI兼容

　　跨平臺兼容是PCI Express 總線非常重要的一個(gè)特點(diǎn)。目前被廣泛采用的PCI 2.2設(shè)備可以在這一新標(biāo)準(zhǔn)提供的低帶寬模式下運(yùn)行，不會出現(xiàn)類似 PCI插卡無法在 ISA或者 VLB插槽上使用的問題，從而為廣大用戶提供了一個(gè)平滑的升級平臺。同時(shí)由 IBM 創(chuàng)導(dǎo)的 PCI-X接口標(biāo)準(zhǔn)在 PCI Express 標(biāo)準(zhǔn)中也得到了兼容，但要注意的是它不兼容目前的 AGP 接口。

　　鑒于如此眾多的優(yōu)勢，大家都認(rèn)為 PCI Express 將成為今后 10 年內(nèi)的主要內(nèi)部總線連接標(biāo)準(zhǔn)，它不但將被用在臺式機(jī)、筆記本電腦以及服務(wù)器平臺上，甚至?xí)^續(xù)延伸到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)部連接設(shè)計(jì)中。

　　8B/10B 編碼：一種嵌入式時(shí)鐘編碼信號。編碼有兩個(gè)目的，首先它確保了數(shù)據(jù)流中有足夠的變換用于恢復(fù)時(shí)鐘，第二 0 和 1 的個(gè)數(shù)是匹配的，保證了 AC 耦合系統(tǒng)中 DC 平衡

　　AGP：高級圖形端口使用不同接口卡的更高速PCI 總線，是為了滿足臺式機(jī)專用插入式顯卡的帶寬需要而開發(fā)的。

　　CRC：循環(huán)冗余碼校驗(yàn)通過在包中添加一組計(jì)算值來檢測和糾正比特誤差的方法。這些值由包中原始數(shù)據(jù)推出

　　差分：差分信號采用兩條線來傳送一個(gè) 180 度異相信號。主要的好處是能降低引入噪聲的靈敏度

　　ExpressCard：包括 PCI Express 和 USB2.0接口的小型 I/O 卡

　　ISA Bus：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架1984年推出的PC總線標(biāo)準(zhǔn)，它把XT總線構(gòu)架擴(kuò)展到 16位。設(shè)計(jì)用來連接外設(shè)卡和主板。也被稱為 AT bus

　　PICMG：PCI 工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商聯(lián)盟維護(hù)目前CompatPCI 和 PCI/ISA 規(guī)范的公司聯(lián)盟PCI

　　外設(shè)組件連接：最初由 Intel 設(shè)計(jì)的高速并行總線，用來連接外設(shè)和 CPU

　　PCI Express：PCI 的改進(jìn)版，保持 PCI 軟件的使用模型并使用具有多通路的高速（2.5Gb/s）串行總線替代物理總線SIOM 服務(wù)

　　I/O 模塊：I/O 模塊，為服務(wù)器和工作站應(yīng)用而設(shè)計(jì)，使用 PCI Express 進(jìn)行通信USB2.0 是外部差分點(diǎn)對點(diǎn)串行總線，能提供的數(shù)據(jù)速率為 480Mb/s。

　　USB2.0 是 USB1.1 的擴(kuò)展，它使用相同的線纜和連接器

　　在機(jī)架和刀片服務(wù)器中的應(yīng)用

　　絕大多數(shù)的服務(wù)器可分為兩類—I/O服務(wù)器和計(jì)算服務(wù)器。一般來說，I/O服務(wù)器擁有1-2個(gè)CPU及多個(gè)I/O插槽，以及連接到I/O資源的各種設(shè)備，如內(nèi)存、通信設(shè)備等；而計(jì)算服務(wù)器則具備更強(qiáng)的計(jì)算能力（四個(gè)或更多的CPU）及較少的I/O資源。傳統(tǒng)的機(jī)架服務(wù)器一般為19英寸寬，1-4U高。但新興的刀片服務(wù)器正憑借其成本少、功耗低、體積小及管理容易等特性，大肆搶占機(jī)架服務(wù)器的市場份額。

　　服務(wù)器之所以轉(zhuǎn)向PCIe技術(shù)，就是為了利用PCIe在帶寬、可擴(kuò)展性、廣泛的生態(tài)圈等方面的優(yōu)勢。今天市面上的服務(wù)器大都提供一些PCIe插槽，當(dāng)然大部分還是PCI-X插槽，但我們看到，隨著芯片組廠商在芯片組上逐步取消PCI-X接口，PCIe取代PCI-X已是時(shí)間問題。

　　值得一提的是，如今市面上的絕大多數(shù)芯片組都提供3-4個(gè)數(shù)目有限的PCIe端口，但I(xiàn)/O密集型應(yīng)用顯然需要更多的PCIe端口，如存儲系統(tǒng)。于是，有些服務(wù)器廠商如PLX公司，就開發(fā)了帶有多個(gè)通道和端口的PCIe交換器，以增加服務(wù)器主板上的PCIe端口數(shù)。

　　通常，刀片服務(wù)器提供SAS/SATA、光纖通道、千兆以太網(wǎng)等幾種接口，以連接那些無法被所有刀片所共享的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲設(shè)備。上文已提到：全新的PCIe協(xié)議新增了IOV技術(shù)，這將減少連接數(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O資源的共享，從而可以極大地降低服務(wù)器的采購、維護(hù)、支持及管理成本。

　　在PC圖像處理方面的應(yīng)用

　　PC圖形卡是驅(qū)動PCIe技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。2006年，絕大部分的高端PC機(jī)都具備一個(gè)x16 PCIe插槽，以支持3D、高分辨率的圖形圖像效果。

　　PC視頻游戲猶如高速公路上的汽車，發(fā)展速度非?？?，顯卡廠商不斷研制高分辨率圖像處理元件（GPU），以提高硬件性能。如今，高端圖像技術(shù)在科學(xué)、娛樂以及工程領(lǐng)域的重要性已是無可非議。GPU制造商也希望游戲發(fā)燒友們在兩個(gè)x16 PCIe插槽上安裝兩個(gè)GPU，來實(shí)現(xiàn)終極游戲體驗(yàn)。

　　在多顯示器計(jì)算中的應(yīng)用

　　多顯示器計(jì)算剛剛嶄露頭角，以往多用于金融和專業(yè)制圖領(lǐng)域，但隨著成本的降低，有望成為一種主流趨勢，其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：電子數(shù)據(jù)表分析程序、出版印刷、CAD、CAM、CAID、工程跟蹤、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)游戲、游戲開發(fā)、模型設(shè)計(jì)、商業(yè)演示、金融分析、股票交易、軟件開發(fā)、模擬仿真、視頻會議、動畫、音頻/視頻編緝等等。促進(jìn)這種應(yīng)用模式發(fā)展的關(guān)鍵因素在于：PCIe技術(shù)、全新的操作系統(tǒng)、更低的內(nèi)存價(jià)格、LCD技術(shù)改進(jìn)、顯示器價(jià)格和新一代GPU設(shè)備。

　　在上述領(lǐng)域中，用戶的工作需要同時(shí)和多種應(yīng)用程序打交道，多顯示器計(jì)算正好可以同時(shí)瀏覽及處理大量的信息資源。通過多個(gè)顯示器，用戶可以在多個(gè)顯示屏上移動和排列各種不同的信息和圖像，從而提高工作效率。

　　在多顯示器計(jì)算的音頻/視頻應(yīng)用中，PCIe接口提供了GPU和處理器（芯片組）間的連接。同時(shí)，交換器可以用來擴(kuò)展主處理器（或者芯片組）上的PCIe端口數(shù)，進(jìn)而連接多個(gè)GPU。這使得板卡制造商可以設(shè)計(jì)更多的圖形端口（插槽），以支持多顯示器系統(tǒng)。

　　在存儲系統(tǒng)和路由器中的應(yīng)用

　　一個(gè)典型存儲系統(tǒng)依靠CPU、內(nèi)存、I/O芯片、模塊和存儲設(shè)備間的高速連接。在如今的很多系統(tǒng)中，PCIe就提供了FC、SCSI、SATA等存儲接口與處理器間的連接，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)存儲系統(tǒng)的控制管理。

　　光纖通道總線適配器（HBA）在企業(yè)級存儲系統(tǒng)中占有重要地位。通常，HBA、FC、SCSI、SATA及其他接口都采用傳統(tǒng)的PCI/PCI-X連接總線；HBA通過芯片組連接到主機(jī)（適用于x86結(jié)構(gòu)）或者直接連接主機(jī)（適用于RISC架構(gòu)）。但為了支持日益增長的CPU速度和存儲接口數(shù)據(jù)率，利用PCI/PCI-X等傳統(tǒng)總線來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法開始受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。而且，為了增加插槽數(shù)量，還需要額外的PCI/PCI-X橋接器，從而帶來了額外的成本、噪音、復(fù)雜性、主板空間及延遲。傳統(tǒng)總線的這些不足卻促進(jìn)了PCIe等串行交換技術(shù)的普及。

　　PCIe交換器主要用于擴(kuò)展存儲系統(tǒng)主板的PCIe端口數(shù)，用以連接更多組件或HBA上的ASIC。多數(shù)FC HBA廠商都轉(zhuǎn)向了PCIe技術(shù)，因?yàn)樗峁┝舜薪涌冢瑩碛懈叩目蓴U(kuò)展帶寬，完全符合FC線率（1GB/s、2GB/s、4GB/s及8GB/s）的要求。現(xiàn)在，市場上許多廠商都提供了相應(yīng)的FC HBA和SATA卡。

　　大家知道，互聯(lián)網(wǎng)連接主要依靠路由器的性能，路由器控制著信息數(shù)據(jù)（包）在用戶、計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)之間的傳遞，如網(wǎng)上沖浪、郵件、ftp等應(yīng)用。高端路由器每秒可以處理數(shù)以百萬計(jì)的數(shù)據(jù)包，從而滿足現(xiàn)代信息社會對處理速度和實(shí)時(shí)響應(yīng)的苛刻要求。這些路由器為驗(yàn)證、安全、服務(wù)質(zhì)量、路由優(yōu)化以及網(wǎng)絡(luò)管理提供遠(yuǎn)程包處理。一些專用處理器和定制的ASIC也會參與其中。這些處理器和ASIC需要通過高速有效的、芯片對芯片或主板對主板的互聯(lián)技術(shù)進(jìn)行連接。通常，路由器由網(wǎng)卡、路由器模塊及控制模塊組成。

　　在工業(yè)嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　如今，PCIe已經(jīng)被許多標(biāo)準(zhǔn)組織采用，用于工業(yè)嵌入式領(lǐng)域，如高端電信（Advanced Telecom）、微型TCA系統(tǒng)和AMC規(guī)格。其中，AMC采用PCIe高速串行接口，用于支持微型TCA系統(tǒng)中的AMC模塊和高級TCA系統(tǒng)中的載波模塊。AMC模塊被通信、醫(yī)療設(shè)備、蜂窩基站及成像系統(tǒng)等許多嵌入式環(huán)境采用。

　　在基于X86、MIPS、PowerPC等處理器的系統(tǒng)中，PCIe接口提供了芯片組上的互聯(lián)。PCIe交換器則用于擴(kuò)展芯片組或處理器上有限的端口數(shù)。有些系統(tǒng)利用交換器的PTP功能開發(fā)系統(tǒng)背板和交換機(jī)，以支持更多的I/O設(shè)備。

　　為了方便管理和控制，大多數(shù)路由器廠商采用傳統(tǒng)PCI來連接路由器的子系統(tǒng)。近來，隨著對管理模塊帶寬和處理能力需求的日益增長，迫使設(shè)計(jì)者尋求新的更快速的互聯(lián)技術(shù)。而PCIe技術(shù)由于可以同PCI兼容，正好提供了這一便利，且無須更改網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。PCIe交換器可用于連接嵌入式處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器，因?yàn)榇蠖鄶?shù)處理器都提供PCIe接口。

　　另一個(gè)例子是，傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)在控制范圍和功能上都有局限性，比如只能簡單地檢測門窗開關(guān)系統(tǒng)。但最近幾年，這些系統(tǒng)的功能有了較大改善，如可以通過有線或無線攝像機(jī)，對受保護(hù)區(qū)域中的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行視頻監(jiān)控——獲取視頻圖象，在本地機(jī)上進(jìn)行處理，然后傳送到主機(jī)進(jìn)行分析。顯然，這么多高分辨率攝像機(jī)對系統(tǒng)帶寬和吞吐量也提出了更高的要求，需要多個(gè)高速端口將信息傳送給CPU或主機(jī)。PCIe交換器因?yàn)榭梢蕴峁└咚冱c(diǎn)對點(diǎn)連接，正好可以漂亮地滿足這些要求。

　　綜上所述，PCI Express由于提供了高速帶寬、可擴(kuò)展、廣泛的生態(tài)圈、與PCI兼容等諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用范圍正在從傳統(tǒng)的PC和圖形工作站領(lǐng)域向外擴(kuò)展，在服務(wù)器、存儲、路由、多顯示器計(jì)算以及工業(yè)嵌入式系統(tǒng)中都得到了非常廣泛的應(yīng)用，其取代傳統(tǒng)的PCI/PCI-X總線也不過是時(shí)間問題。

　　PCI-Express 體系結(jié)構(gòu)符合第三代 I/O總線的所有需求。 PCI-Express 的不同就在于點(diǎn)對點(diǎn)的串行連接，可以使用更少的數(shù)據(jù)線提供更高的連接速度。它可以為任何帶寬需求的應(yīng)用以每幀 100MB/s 的速度進(jìn)行傳輸。它的先進(jìn)特征的自由縮放性能將及成為統(tǒng)一的 I/O 方案而全面進(jìn)入臺式機(jī)、筆記本電腦、服務(wù)器、通信、工作站的內(nèi)置設(shè)備等領(lǐng)域。PCI-Express 連接是執(zhí)行多通道、點(diǎn)對點(diǎn)連接的，而多通道可以用來建立 I/O之間的互聯(lián)，而使帶寬得到成倍地增加。

　　這種 I/O 之間的互聯(lián)可以使系統(tǒng)之間的發(fā)割變得非常容易，其成本與當(dāng)前工作 PCI 架構(gòu)相當(dāng)，甚至更少。并且 PCI-Express 與現(xiàn)在的PCI軟件保持兼容，這樣有利于在將來的系統(tǒng)中得到綜合。

　　隨著 PCI-SIG 頒發(fā) PCI Express 1.0以來，幾乎沒有誰會再懷疑 PCI Express 將是下一代總線標(biāo)準(zhǔn)。不僅原有的 PCI、AGP 總線擁戴者如此，就連許多各種不同的系統(tǒng)內(nèi)部總線開發(fā)者，如 AMD、VIA、SIS、ATi、nVIDIA等都無不提出對PCI Express 的支持，紛紛想把自己的總線技術(shù)加入到 PCI Express 技術(shù)之中，尤其是 Intel 的競爭對手 AMD。由此看來，PCIExpress 總線將一統(tǒng)天下的局面似乎沒有什么障礙，但實(shí)際上至少在目前為止還遠(yuǎn)不是說這話的時(shí)候，特別是在服務(wù)器和工作站中，因?yàn)樵谄渲性缫延邢?Infiniband和 PCI-X總線技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。還有如 RapidIO和 Intel自己的超線程技術(shù)等。

　　正如 PCI Express 工作小組 Arapahoe所說的那樣，以上所說的這些解決方案面向的目標(biāo)與 PCI Express 總線不同。RapidIO 和超線程技術(shù)是針對那些特殊的應(yīng)用，而 PCI Express則是為一般應(yīng)用所設(shè)計(jì)的。PCI Express 取代超線程技術(shù)而作為處理器之間接口的可能性也幾乎是不存在的，因?yàn)镻CI Express 缺乏高速緩存一致性協(xié)議，在同步時(shí)鐘周期內(nèi)高于并行接口的潛伏期也使它不適于此類應(yīng)用。所以，AMD 和nVidia 沒什么可害怕的，Intel也不會用它來取代P4 總線，因?yàn)橐粋€(gè)開放的PCI Express 標(biāo)準(zhǔn)意味著 Intel無法再為P4總線授權(quán)問題而起訴其他第三方芯片組廠商。

　　但是 PCI Express仍有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ谝话阌猛镜亩ㄎ皇蛊湓陟`活性方面具有明顯的優(yōu)勢，而且這確保了它有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　由于有著許多改變，所以從PCI到PCI Express的轉(zhuǎn)變不會在一夜之間完成。ISA插槽掙扎了近 10年才最后被 PCI總線全面取代而消失，所以不要認(rèn)為你的 PCI設(shè)備已經(jīng)落伍了。

　　PCI Express 底板 1.0a規(guī)范和板卡電氣 1.0a規(guī)范都已經(jīng)發(fā)布了，但我們要等到 2004年才能看到真正的 PCI Express 產(chǎn)品，在桌面機(jī)和服務(wù)器中全面采用PCI Express接口的設(shè)備更不是近兩、三年可以出現(xiàn)的?；蛟S最開始是 nVidia 和ATi的顯卡產(chǎn)品以及基于 Grantsdale芯片組的 Intel主板。在服務(wù)器終端市場，Intel想要通過 Lindenhurst 和Twin Castle 芯片組來引進(jìn)PCI Express。由于各種新的因素和富有前途的性能表現(xiàn)，PCI Express的未來看上去充滿希望。