關註我們的玩傢或者經常接觸臺式機的玩傢應該對PCIe這個詞不陌生，它經常出現在主板、顯卡甚至是硬盤上。可以說它是你電腦裡最重要的接口或通道之一，不過似乎很多人並不知道它是個什麼東西，到底能夠幹什麼，覺得它隻能用來插顯卡，但實際上它的用途非常廣泛，今天就一起簡單解一下這個神秘的“PCIe”。
什麼是PCIe插槽？
PCle的全稱為PCI總線(PCI Express)， PCIe是計算機的一種高速總線，而總線就相當於計算機裡的一條道路，提供給不同的設備和硬件進行數據交互。而最早的PCIe是2001年由Intel提出的，甚至在那時還不叫“PCIe”，而叫“3GIO”，用於替代PCI、PCI-X和AGP等老式總線。
這麼說你可能還不太明白，那我們找個主板看看就知道，圖片中圈起來的地方就是我們所說的PCIe插槽。
PCIe有什麼用？
PCIe 接口通常用於將高性能外圍設備連接到您的計算機。最常見的例子是你的顯卡 (GPU) ，因為現代遊戲、科學、工程和機器學習應用程序涉及處理大量數據。而PCIe能夠很好的在CPU與GPU之間構築橋梁，讓它們能夠數據交互。
不過顯卡也不是唯一能夠接入PCIe插槽的設備，還有很多外設也能夠利用PCIe插槽，下面我們會給各位詳細解讀。值得一提的是，PCIe也不是一成不變的，它也會升級迭代，畢竟最初的版本已經是2001年，現在都3202年，PCIe早就經過幾次迭代。
PCIe時代的發展史
截至目前，PCIe插槽一共有多代標準，最超前的PCIe 6.0的規范已經在2022年1月22日發佈，但目前僅停留在理論階段，尚未有產品適用或者測試。
別看PCIe現在風光無量，它的前身其實是ISA，在那個電腦沒有標準化，各種硬件接口、協議不統一的時代，電腦上的硬件就由於六國紛爭，我的硬件不兼容你的，你的硬件不支持我的，為解決這種情況，當時業內統一一個規格，就是ISA接口，也算得上是PCIe的爺爺，它最早誕生在1981年，搭載在IBM的電腦上，並且一度統治當時的PC領域。
不過好景不長，作為初代數據總線，僅有8MB/s的傳輸速率，放在今天來看，U盤都快過它。因此ISA的傳輸速率很快就不能滿足其他硬件的需求，並且當時這款接口還有CPU占用率過高等問題，因此大傢開始尋求ISA的繼任者。
所以PCI誕生，PCI相較於ISA在帶寬速率上有不小的提升，32bit位寬下可以做到128MB/s，如果將數據位寬升級到64位，那速率還可以翻倍至256MB/s。並且做到即插即用，就好像我們現在插顯卡上主機一樣，系統可以自動尋找相應的驅動程序。要知道在ISA那個年代，我們接入任何設備在ISA接口上還需要手動配置，相當麻煩。不過PCI總線也不是沒有缺點，一個就是它采用共享總線設計，所以多設備容易造成搶帶寬的情況，其次它也不支持熱插拔。
而我們今天的主角PCIe就是在PCI的基礎上演變而來的，PCIe後綴上的e又叫Express，一看就知道是PCI的升級版。它與PCI的區別主要體現在總線類型不同、顏色不同、規格不同以及傳輸速率不同。
目前PCIe規范已經發展出6個大版本，每一次大版本的進化，都能帶來相比上一版本近乎於翻倍的帶寬。第一個PCIe的正式規范也就是PCIe 1.0誕生於2003年，其信號速率為2.5GT/s，采用8b/10b編碼方式，單通道單向帶寬達到250MB/s，16通道雙向帶寬為8GB/s。該規范隨後還發展出PCIe 1.0a和PCIe 1.1版本，雖然細節上有不少改進但是帶寬並沒有改變。
PCIe 2.0規范則在2007年正式發佈，其相比於PCIe 1.0規范最大的變化是信號速率翻倍至5GT/s，因此其帶寬也跟隨著一起翻倍，單通道單向帶寬為500MB/s，16通道雙向帶寬為16GB/s。此外PCIe 2.0規范還將對應插槽的供電能力翻倍至最高150W的水平，但出於對兼容性以及主板供電壓力等多方面的考慮，最終無論主板廠商、顯卡廠商又或者其它PCIe設備的廠商，在產品開發時都是按照PCIe 1.0規范的供電要求也就是75W執行的，供電需求高於75W者一律配置外接供電，這個行業規則一直沿用至今。
PCIe 3.0雖然是2010年發佈的標準，但至今依舊很多設備在用，相比PCIe 2.0規范不僅信號速率提升至8GT/s，而且編碼方式也改成更高效的128b/130b模式，因此單通道單向帶寬依然實現接近翻倍的提升，達到985MB/s的水平，16通道雙向帶寬高達32GB/s。
PCIe 4.0可以算作是目前的主流標準，其再一次實現信號速率的翻倍，16通道雙向帶寬達到64GB/s的水平，PCIe 4.0將允許更快地傳輸正在GPU內存中加載的數據，並減少PCIe總線上的延遲。隨著視頻遊戲的文件大小和圖形復雜性不斷增加，並且機器學習應用程序繼續需要越來越大的數據集，PCIe 4.0將在提高幀速率和減少計算時間方面發揮重要作用。
PCIe 5.0早早就在2019年就提出，但是直到去年AMD的X670、B650等主板上市，才真正應用在硬件上，加上現在也逐漸有PCIe 5.0的固態硬盤現身，玩傢才得以見到PCIe 5.0的性能。PCIe 5.0 最重要的一個特性——也是每個人都會關心的特性——是速度。PCIe 5.0 的速度是PCIe 4.0 的兩倍，單向帶寬高達約64GB/s，雙向帶寬高達128GB/s。
值得一提的是，在數據傳輸中，PCIe 5.0還使用從3.0標準時代所導入的NRZ 128b/130b編碼技術，不再采用8bit/10bit的小包校驗方式，轉而采用全新算法的128bit/130bit的大包校驗方式以及全新的硬件加擾和解碼模塊等，其校驗帶寬開銷從之前的20%降低至1.54%。即便是扣除損耗的帶寬後，PCIe 5.0 X16、PCIe 5.0 X4接口下也能分別提供63.0 GB/s、15.75 GB/s的傳輸帶寬。
PCIe 6.0則是2022年才提出的標準，新鮮出爐。傳輸速度是PCIe 5.0的兩倍，單向帶寬高達約128GB/s，雙向帶寬高達256GB/s。面對數據傳輸量大幅成長，相比PCIe 5.0，PCIe 6.0強化傳輸頻寬與能源使用效益，同時具備低延遲與減少頻寬消耗的功能。
至於7.0 版的PCIe規范，今年6月PCI-SIG敲定 PCIe Gen7（PCIe 7.0）v0.3 版本的草案，屆時它的數據傳輸速率將再次翻倍，達到單向帶寬高達約256GB/s，雙向帶寬高達512GB/s。不過有一說一，傢用PC在很多年內應該也用不上這樣的速度，而PCIe 7.0的普及，那就更不知道要等到猴年馬月，畢竟現在5.0都還沒普及。
為什麼PCIe有不同的長度？
PCIe接口的總線帶寬是按長度劃分的PCIe X1、PCIe X2、PCIe X4、PCIe X8、PCIe X16。雖然我們可以把任意長度的PCIe設備插到PCIe X1或者PCIe X16的插槽中去運行，但是這樣很明顯會造成一個問題，帶寬要求小的設備會浪費PCIe X16的超大帶寬，而帶寬要求大的設備在PCIe X1插槽內又“吃不飽”。
當然啦，有些玩傢可能會說“我的主板上沒有PCIe X1的插槽”，其實這也正常，在一些MATX、ITX甚至是旗艦主板上，由於空間佈局的問題，導致PCIe X1插槽沒有辦法塞下，因此如果你想使用PCIe X1外設，在沒有PCIe X1插槽的情況下，也是可以將較小的擴展卡安裝在較大的插槽中，這仍然會工作得非常好。
總的來說，PCIe區分不同長度是為讓各種設備都能夠在合適的帶寬下運行，並且不同長度的插槽所能承受的帶寬不同，相同長度不同版本的PCIe所能承受的帶寬也不一樣。下面給大傢盤點一下各個版本的PCIe下，不同插槽的帶寬能夠有多大的區別。
從圖中就可以看到，PCIe X1速度最慢，PCIe X2是X1的2倍，X4是X2的2倍，以此類推X16是X8的2倍。而每次PCIe版本的迭代也都在前代的速率基礎上進行提升，幾乎每一代都比上一代速度提升一倍。而且PCIe是可以向下兼容的，PCIe 1.0的設備可以插到2.0接口上用，2.0的設備也可以插到1.0接口上用，隻是不能發揮全部性能。
除插顯卡，還能插什麼？
上面我們介紹到，PCIe插槽有不同的長度，顯卡往往插在PCIe X16的插槽上，那除插顯卡還能插什麼呢？當然PCIe X16插槽也會用來接RAID陣列卡，因為其與CPU直連的特性，加上物理上距離更靠近CPU，因此顯卡或RAID陣列卡在與CPU之間數據交互時，延遲會更低，性能也能更好的釋放。
PCIe X8的插槽在主板上大多也是PCIe X16插槽的形狀，不過數據針腳隻有一半是有效的，也就是說實際帶寬隻有真正的PCIex16插槽的一半。主要用來接M.2 NVME的擴展卡，畢竟在以前，主板的M.2接口不像現在的主板那麼多，加上當時的固態價格也沒有今天那麼低，大傢買硬盤都是省吃儉用，才用上500G，甚至以前1T都是富哥才用得起的裝備。因此想要在老主板上裝更多的M.2固態就需要用這種擴展卡，並且隻要協議版本和通道數量與硬盤保持一致，理論速度與板載M.2並無區別。
與PCIe X8插槽一樣，PCIe X4插槽為兼容性，現在多數也是做成PCIe X16插槽的形式，或是擴展為M.2接口，用於安裝M.2SSD、M.2無線網卡或者其它M.2接口設備。
最後就是最萬能的PCIe X1的這個短小精悍的插槽，你幾乎可以在網上買到所有想用它進行擴展轉接的接口！比如安裝USB 2.0/3.0擴展卡、安裝千兆/2.5Gbps高速網卡、安裝高性能聲卡、擴展更多的SATA口、安裝Wi-Fi網卡等等。
PCIe除插槽形式，它還可以作為通道的形式存在，我們最常用的M.2固態硬盤接口，表面上是M.2連接我們的固態硬盤，但起到數據傳輸作用的卻是PCIe通道。簡單的講，M.2接口就是換外形的PCIe接口。你看它的接口是不是很像縮小的PCIe接口，這也是為什麼我們老是能夠聽到PCIe 4.0固態硬盤、PCIe 5.0固態硬盤的原因。
結語
雖然現在主流的應用還在PCIe 3.0和PCIe 4.0，但我們看到在有些數據中心，以及新的GPU、CPU，或固態硬盤都開始采用PCIe 5.0。未來，PCIe 6.0乃至PCIe 7.0的出現，也勢必讓更多的硬件能夠釋放更強的性能。不過，按照目前的情況來看，PCIe 5.0更像是戰未來的產品，雖然我們也說有固態硬盤支持PCIe 5.0甚至是顯卡也支持PCIe 5.0，但是即便是PCIe 3.0也不會讓目前的顯卡的性能出現瓶頸。PCIe 5.0的出現更像是有生態基礎，給未來的硬件鋪路，也是為讓現在的硬件能夠適應忽然爆火的AIGC領域，畢竟現在的AI計算模型大得令人難以想象。