PCIe卡知識掃盲：你想了解的都在這裡

隨着網絡設備對帶寬，靈活性與性能的要求升高，PCIe標準應運而生。自2001年問世以來，PCIe迅速發展，並廣泛應用於各種網絡設備中，PCIe卡（PCI Express卡）就是其中一種主要設備。本文將對PCIe卡的定義、工作原理、優勢、類型等進行全面介紹。

什麼是PCIe卡？

PCIe卡是一種具有PCIe接口的網卡，在主板級連接中用作擴展端口。具體來說，基於PCIe的擴展卡能插入主機、服務器和網絡交換機等設備主板中的PCIe插槽。如今多數電腦主機板上都有專用的PCIe插槽與PCIe卡相對應，一般來說插槽的寬度都會和卡等寬甚至更寬。

PCIe卡的工作原理是什麼？

PCIe卡與處理不同來源數據的總線不同，它可以通過交換機實現一系列點對點連接來控制數據流向。PCIe網卡插好之後，插槽和網卡之間將形成邏輯連接，以便互相通信。這種邏輯連接稱為互連或鏈路，它支持兩個PCIe端口之間的點對點通信通道，並允許它們發送和接收普通的PCI請求或中斷。如下圖所示，PCIe插槽有一/多個通道。在x2鏈路中，每條通道包含兩對不同的數據傳輸組，一對用於傳輸數據，另一對用於接收數據。因此，每條通道包含了四根電線或信號線路組成。

圖1 :PCIe卡怎麼工作

為什麼要選擇PCIe卡？

在PCIe卡面世前，市面上有兩種主要的網卡：PCI和PCI-X卡。PCI-E卡的連接器和電路設計完全不同，在原來兩種主流網卡的基礎上進行了改進，成為其中最常用的一種網卡。《PCI VS PCI-X VS PCI-E：為什麼選擇PCI-E網卡？》這篇文章進一步解釋了為什麼PCIe卡如今最為流行。

PCIe卡有多少種？

PCIe卡有多種類型，下面將就規格與版本分類進行說明。

基於PCIe卡規格的分類

PCIe卡的規格通常由通道的數量表示。一般來說，PCIe卡有五種物理規格：x1、x4、x8、x16和x32。（PCIe x32十分少見，並非主流規格。）“x”後面的數字是指PCIe插槽內的通道數，如PCIe x4卡意味着該卡有四個通道。

圖2 :不同PCIe卡尺寸對比

在實際應用中，需要將PCIe卡插入主機或服務器的PCIe插槽中，插槽的規格和配置與該卡相同。然而，面對像插槽短缺的情況，PCIe卡也可以安裝到一個更寬的插槽。比如在PCIe x8插槽已被佔用的情況下，可以將PCIe x8卡放入PCIe x16插槽中，但該卡將始終以PCIe x8模式運行。PCIe卡規格信息詳見下表。

基於PCIe卡版本的分類

PCI Express是一種用於連接高速組件的高速串行計算機擴展總線標準，它取代了舊的AGP、PCI和PCI- X總線標準，並經過了多次調整改進。PCIe 1.0最初在2002年發布，為了滿足日益增長的高帶寬需求，之後又相繼推出了不同的版本。目前共有五種不同的PCIe標準：PCIe 1.0、PCIe 2.0、PCIe 3.0、PCIe 4.0和PCIe 5.0，傳輸速率每過一代增加一倍，PCIe 6.0也將在不久後發布。

目前PCIe卡分別有五個可用版本：PCIe 1.x、PCIe 2.x、 PCIe 3.x、PCIe 4.x和PCIe 5.x，新版本PCIe 5.x剛剛於2019年發布，性能比前幾個版本要更好。PCIe 6.x預計將在2021年左右發布。

值得一提的是，所有的PCIe卡版本都是向後兼容的，也就是說任何版本的PCIe卡和主板都可以以最低版本的模式工作。下表展示了5個傳統PCIe版本之間的傳輸速率比較（以原始版本n.0為例）。

怎麼選PCIe卡？

如果您正在應用有線網絡但對市面上組裝好的系統不滿意，那您可能需要考慮購買PCIe卡。要注意前提是您的電腦必須至少有一個可用的PCI Express插槽，購買時則需要考慮到以下幾個因素：

• PCIe卡版本和插槽寬度：這是為了確保PCIe卡的類型與您當前的設備和網絡環境兼容。

• 協議標準：在購買之前需要確定網卡是否支持您需要的標準，如RDMA、RoCE、iSCSI和FCoE等。

• 控制器：Intel、Broadcom、Mellanox和Realtek的控制芯片是主流趨勢。

除了上述三個因素，傳輸速度、端口數量、連接器類型、操作系統、品牌、價格等因素也需要考慮。這篇購買指南可供參考：《購買光纖網卡時，我們該注意什麼？》。

結論

為滿足多樣的網絡需求，高端軟件持續以極快的速度發展，這已成為PCIe性能不斷突破的動力。最新的PCIe4.x，PCIe 5.x和未上市PCIe 6.x遵循PCIe標準，事實證明這些技術縮小了PCIe卡與主機之間的發展差距，未來潛力無窮。