背景

2003年PCI Express 1.0a規gui範fan發fa布bu，這zhe是shi計ji算suan機ji世shi界jie的de高gao速su串chuan行xing總zong線xian結jie構gou，其qi可ke用yong帶dai寬kuan大da大da超chao過guo了le以yi前qian計ji算suan機ji體ti係xi結jie構gou的de並bing行xing總zong線xian。並bing行xing總zong線xian依yi靠kao極ji高gao的de引yin腳jiao數shu總zong線xian連lian接jie，這zhe限xian製zhi了le在zai更geng高gao的de時shi鍾zhong頻pin率lv的de能neng力li的de扇shan出chu水shui平ping，PCI Express 1規範成為一個知名
、低成本

、高度可伸縮的、可交換的和點到點的串行I/O互連，而且與PCI總線保持完全的軟件兼容性。PCI Express1通過差分方式以高達2.5 Gbps的數據傳輸，每一個方向（發送和接收）都有獨立的高速信號對集。每一組發送和接收對都統稱為“道”。為了擴大和實現更高的互連帶寬，PCI Express規範允許更多的道添加到鏈接中。基本PCIExpress配置：X1（1道高速數據），X4（4道高速數據）
、X8（8道高速數據），和x16（16道高速數據）。

作為一個串行總線，PCI Express使用數據包來發送和接收數據。一個循環冗餘校驗（CRC）有助於驗證來自鏈路的數據是否被正確接收。序列號確保實現正確的分組排序。由於PCI Express是點到點架構，PCI Express交換機可以把多個PCI Express段連接在一起。而在某種程度上，交換機的功能類似於更熟悉的網絡交換機設備
，從軟件/架構的角度來看
，交換機像一組相互連接的PCI到PCI的橋來確保使用PCI總線和現有軟件的兼容性。

在主板上PCI Express插槽替代了PCI和PCI-X插槽。主機芯片組允許處理器、內存和PCI Express板總線之間高帶寬總線的連接。即使是比較便宜的低端主板

一般至少有一個x16 PCI Express插槽上，允許一個PCI Express顯卡。

PCI外箱

由於它的串行I/O架構，與主機係統之外進行電纜傳輸
，PCI Express接口是一個很好的選擇。PCI Express外部電纜規範1.0修訂版於2007年1月發表。使用適當設計的主機總線適配器（HBA）
，一個PCI Express電纜
，和一個單元，將允許電纜的PCI Express接口被帶到一個或多個PCI Express插槽或設備中
，現在主機的內部I/O總線可以擴展到主機機箱的範圍之外。由於固有PCI Express接口的兼容性
，主機機箱外部的設備似乎就在“本地”，允許在不改變現有軟件的情況下訪問/從主機係統訪問。

PCI Express擴展示例框圖

下麵是一個PCI Express擴展係統的概念框圖和它的與主機係統的關係。

PCI Express擴展的好處

係統設計者在他們設計和指定的產品中考慮PCI Express擴展使用的原因有很多：

•克服了主機係統中沒有足夠數量的擴展槽的問題。

•克服主機係統中缺少完整的擴展插槽。

•克服主機係統缺乏足夠的供電能力。

•允許冷卻係統以外的高功率設備冷卻

•允許在擴展係統中使用對等通信，而不是總是根據芯片組配置允許在主機插槽之間

•允許使用低配置服務器的處理能力和內存容量

•允許更模塊化的係統設計，其中擴展係統側重於獨立於主機係統選擇的特定I/O和處理元素

•允許從主機係統物理地分離I/O和處理元素出於功能和環境原因

主機係統擴展槽

而現代台式機和服務器計算機通常有大量的處理。容量和係統內存
，它們可能無法提供足夠大的數量。特定應用程序的擴展槽。通過使用一個或多個自由x8或x16 PCI Express

槽（S）擴展係統HBA在主機係統（S）、PCI Express擴展槽係統的能力可以通過增加8到16個槽。此外，由於機械和/或包裝考慮許多主機係統不允許將全長PCI Express卡安裝到其擴展中。通過使用擴展係統它自己的專用的機箱，所有額外的插槽可用於全長PCI Express卡。

主機電源

許多主機係統
，特別是那些作為預配置單元購買的係統，都是隻提供有限的電源。超出係統核心組件（處理器、內存等）的供電一般不行。許多係統限製電源性能主要有兩個原因：成本和冷卻。電腦類製造商們正在與不斷下降的利潤率競爭，如果他們覺得隻有他們的一小部分客戶用到額外電源，他們是不會增加額外電源的，因為這樣他們將整體增加成本。此外，通過限製係統的電力供應
，製造商也限製了功率（熱量）的消耗。他們的機箱中散熱的限製有效地影響冷卻/風扇的要求。冷卻/風機需求的限製對係統成本的影響也是很大的。通過連接同一主機係統到擴展機箱
，可以遷移I/O和處理元素，整個係統能獲得額外的3200瓦以上的供電能力和匹配的散熱能力。此外，擴展係統可以由多種電源供電，像AC、DC、雙冗餘和熱交換功能的方案。

點對點通信

許多應用程序使用I/O和處理模塊

，這些模塊不僅與主機和係統內存，但也有和彼此之間通信。PCI Express擴展係統是允許這種通信的理想架構。由於PCI Express插槽是使(shi)用(yong)基(ji)於(yu)交(jiao)換(huan)機(ji)的(de)拓(tuo)撲(pu)互(hu)連(lian)，擴(kuo)展(zhan)係(xi)統(tong)內(nei)的(de)流(liu)量(liang)可(ke)以(yi)在(zai)插(cha)槽(cao)之(zhi)間(jian)流(liu)通(tong)，不(bu)需(xu)要(yao)跨(kua)越(yue)關(guan)鍵(jian)的(de)主(zhu)機(ji)數(shu)據(ju)路(lu)徑(jing)。擴(kuo)展(zhan)係(xi)統(tong)中(zhong)交(jiao)換(huan)機(ji)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)能(neng)力(li)針(zhen)對(dui)低(di)延(yan)遲(chi)
、對等網絡進行了優化，通過允許PCI Express數據包直接從輸入端口到輸出
，而不需要在轉發之前經過存儲數據包的端口。此外
，還有許多主機係統
、點對點通信不允許在任何和所有擴展槽之間。這種限製可能是因為芯片組內的體係結構考慮。由於主機內並非所有擴展插槽都連接到同一個I/O總線。在這種情況下，隻允許在插槽和主機/係統內存進行通信。用於擴展係統的PCIe開關沒有這個

限製，所有插槽之間能實現點對點通信。

低配置的服務器

現代低配的服務器設備為當今的係統設計者提供了一個低成本的解決方案。將大量的處理單元和主機內存合並到係統中。然而，低配的服務器PCI Express擴展插槽功能僅限於單個和非全長槽。當係統設計者選擇嫁給一個低成本的服務器，功能強大、成本低、占用空間小。PCI Express擴展係統的靈活性和實用性以及和處理存儲之間的匹配和I/O功能是理想的選擇。

模塊化係統設計

對於許多應用程序，主機係統的選擇不是關鍵的或關鍵的部分。高度兼容的服務器或桌麵工作站的硬件允許係統設計人員指定所遇到的任何硬件平台符合或超過應用程序的特定要求可以使用。部分通用主機係統無法滿足應用程序的硬件需求是I/O。或特定於應用程序的處理模塊。通過“打包”I/O和特定的應用程序將處理元素轉換成PCI Express擴展係統
，設計者可以創建模塊化與主機係統獨立的係統。這種模塊化的方法還允許客戶選擇滿足其特定要求的主機係統硬件需求（供應商偏好
、特殊偏好等）。

物理分離

某些應用程序具有主機係統和I/O設備的偏好
，要求物理分離。分離要求可以是環境
、安全或

係統因素。例如，一些測試工程師將指定一個PCI Express擴展係統。用於I/O板的環境測試。為了正確測試I/O板
，板子必須安裝在一個環境中。許多主機係統不是或不能夠承受I/O板測試所需的環境。通過在環境艙安裝擴展係統，主機係統可以安裝在外部，通過電纜連接到測試的I/O板。

PCI Express版本

2003年發布了PCI Express 1.0a規範（Gen-1 with 2.5 Gbps signaling

with 8b/10b encoding offering a maximumtheoretical bandwidth of 32 Gbps on a x16 link），PCI特別興趣小組（SIG）發布了另外兩個主要規範提高了PCI Express接口的性能。2007年PCI Express 2規範發布。Gen-2 PCIe，現在眾所周知，使用5 Gbps的信號

8b/10b編碼
，支持的最大理論帶寬64 Gbpsx16。在2010年，發布了PCI Express 3規範。Gen-3 PCIe使用8 Gbps信號128b / 130b編碼，支持的最大理論帶寬126 Gbpsx16。

結論

PCI Express擴展是許多不同應用程序的有效解決方案
，包括：

•基於GPU的高性能計算節點

•高性能3D圖形圖像渲染係統

•PCIe測試係統

•固態磁盤（SSD）子係統

•高端口計數I/O係統（以太網
、高速串行等）

•視頻牆係統

•視頻捕獲和編輯係統

PCI Express擴展係統有Gen-1, Gen-2和 Gen-3。PCI Express擴展係統帶來了對係統設計者的高度靈活性：選擇主機係統的靈活性和

定製和應用到特定場景的靈活性。

附加信息

有關PCI Express擴展係統的更多信息，請參閱北京熠新科技網站。