PCI Express介绍

适用机型:

所有服务器

文档内容：

摘要

PCI Express是IBM台式机，图形工作站和X系列服务器上PCI设备和适配器的最新发展。这个技术瞄准了不同市场定位，提供了芯片到芯片，板卡到板卡，以及适配器间的连接。本文对PCI Express的技术特性做一个基本描述，并与PCI和PCI-X进行性能比较。

有关更多信息，可以参考以下链接的IBM红皮书：
Tuning IBM eServer xSeries Servers for Performance, SG24-5287-03

内容

PCI Express 使用一个串行接口通过在设备之间用导线直接连接的方式实现点到点互连，这有别于以往PCI 总线结构使用的共享的、并行的总线结构。

一个PCI Express串行连接由两对单向传输的导线组成，一对线负责发送，另一对负责接收，每个周期只传送一位。虽然听起来是比较有限的，但它以高达2.5Gbps的速度传输，这等同于一个突发模式下320MBps的传输速度。这里的两对线被称为lane。

一个PCI Express连接可以由多个lane组成，标志为x1,x2,x4,x12,x16,x32等等的连接中的数字就是指有效的lane的总数。所以PCI Express x1需要有4条线连接，x16的则需要它的16倍，即64条线连接。不同尺寸的插槽导致不同的倍数。

下图显示了32位PCI 2.0,PCI Express x1和PCI Express x16的外观。显而易见的是PCI Express x16的卡不能插在PCI Express x1的插槽上。


你可以将PCI Express的卡插在更大的插槽上，而不能插在更小的插槽上，例如，你可以把PCI Express x1的卡插在PCI Express x16的插槽上（但是它依然只能工作在x1的速度），你不能把PCI Express x16的卡插在PCI Express x1的插槽上。兼容性如下表显示：


虽然PCI-X和PCI Express在底层硬件技术上不同，但它们在软件层仍然保持兼容，所以它将支持现存的操作系统，驱动程序以及BIOS，不需要任何改变。由于它们在设备驱动程序模型和软件堆栈的兼容性，PCI Express设备在软件看来就像PCI设备一样。

PCI Express一个最主要的好处是它可以不仅仅限于作为适配器的接口使用，由于它的高速度和可扩展的总线带宽，它可以被用于高速接口连接许多不同类型的设备。PCI Express可以连接多个板载的设备，并提供连接线支持USB 2,Infiniband,千兆以太网，等等。

性能

PCI Express当前速度是每个lane单向2.5Gbps，或200MBps，在32－lane配置中提供80Gbps的总带宽，全双工x32配置中更可以达到160Gbps。

未来的频率提升可以将带宽扩展到铜介质的极限（每线12.5Gbps），通过其他介质更可以显著超越这个极限且协议堆栈中物理层以上的任何层没有冲突。下表显示了PCI Express在不同lane带宽下的吞吐量：


PCI Express使用8b/10b编码的内嵌时钟技术，时钟信息直接被编码进数据流，而不是把时钟作为一个单独的信号。8b/10b编码每字符基本上需要10bit,或大约20％的通道开销。编码方式的不同速度的区别：250MBps（包含内嵌时钟开销），200MBps（仅数据，不包含开销）。为了便于比较，表中显示了bps和Bps两种单位的吞吐量。

在与当前版本的运行在133MHz QDR的PCI-X 2.0适配器比较时，PCI Express x16的潜在持续吞吐量要高一倍多，如下图所示：