PCI Express基础与背景解析

"PCI_Express_Basics_Background" 本文档是PCI-SIG官方发布的关于PCI Express（PCIe）的基础知识和背景介绍。主要内容由Richard Solomon在Synopsys的PCIe技术研讨会上分享，部分资料来源于Ravi Budruk的Mindshare, Inc.。文档涵盖了PCIe的背景、基本概念以及最近的发展动态。 PCI Express是自1992/1993年以来的一个里程碑式的技术，它既具有革命性又具有进化性。革命性的方面在于，PCI引入了插即用的无跳线配置（BARs），提供了前所未有的带宽，如32位/33MHz时达到133MB/s，64位/66MHz时达到533MB/s，并且从一开始就设计用于支持总线主控适配器。进化性的方面体现在，系统BIOS会映射设备，然后操作系统在启动和运行时无需进一步了解PCI；PCI感知的操作系统可以实现更优的功能，随着PCI 2.1（1995年）的发布，通过66MHz模式将带宽翻倍。 进入PCIe时代，这一接口技术继续发展，以满足日益增长的高性能计算和数据传输需求。PCI Express（PCIe）是一个串行接口，取代了传统的并行PCI总线，提供了更高的带宽和更低的延迟。PCIe使用点对点连接，每个设备都有独立的通信通道，这显著提高了系统的效率。此外，PCIe支持多lane配置，如x1、x2、x4、x8、x16等，lane数量越多，总的带宽越大。 PCIe的基本工作原理包括： 1. 数据包传输：PCIe使用包（packet）形式的数据传输，每个包包含地址、控制和数据信息。 2. 差分信号：使用差分信号进行传输，提高信号质量，降低干扰。 3. 流控和错误处理：通过 credits 和 flow control 机制确保数据传输的正确性和效率，同时有错误检测和恢复机制。 4. 功耗管理：支持低功耗状态，如L0s、L1、L2和L3，以适应不同工作负载和节能需求。 PCIe技术的最新发展包括更高的速度等级，例如PCIe 4.0和PCIe 5.0，它们分别提供32GT/s和56GT/s的数据传输速率，进一步提升了带宽。此外，PCIe Gen5还引入了对NRZ和PAM4编码的支持，以实现更高的数据传输速率。 总结来说，PCI Express是一种高性能的I/O技术，它的设计和进化不仅提高了系统间的通信速度，而且优化了系统的整体性能和能效，是现代计算机架构中不可或缺的一部分。随着技术的不断进步，PCIe将持续推动数据中心、服务器、图形处理、存储和其他高速应用的发展。