PCIe是做什么的 PCIe4.0又为什么是迭代牺牲品

最近主板行业有条消息引起了笔者的注意，根据官方消息显示，AMD还没发布的X570可能将会支持PCIe 4.0和DDR5。

早在2010年PCIe 3.0就已推出，7年后的2017年PCIe 4.0接口协议被确认，而直到今年PCIe 4.0才即将正式登场。

但目前看来，酝酿了这么多年的PCIe 4.0很有可能只是一个迭代的牺牲品，为PCIe 5.0做铺垫，不会达到目前广泛普及的PCIe 3.0的地位。

为什么？

先来了解一下PCIe是做什么的。

PCIe是最早由英特尔提出的新一代的总线标准，用于取代之前的PCI等接口，目前市面上的PCIe已经经历了1.0、2.0和3.0版本。

其中3.0是目前最主流的规范，速率达到了8GT/s，采用128b/130b编码模式，而4.0进行了速率翻倍达到了16GT/s，而编码却与3.0一致，至于编码的作用后面会提到。

与只有一种规格的PCI不一样，PCIe的插槽规格多样，目前常见和使用的是x1、x4、x8和x16这几个，这是基于PCIe的链路确定的。

链路又由数据通路（Lane）决定，x16也就是有16条Lane，最高可达32条，也是就x32，x32的产品目前基本上商用市场是见不到的，只有特别的服务级才用的到。

PCIe插槽可以用于独立显卡，独立声卡，独立网卡以及固态等硬件，插槽越多扩展能力越强，这也判断主板强力的一个标准。

有一点要注意的是PCIe通道是由cpu支持的，大头给了显卡通道，可以支持显卡，NVME等固态，剩下则给南桥（PCH），供SATA之类的固态协议使用，这次说的4.0、3.0都是指走显卡通道的那一部分。

多数高端主板为了增加拓展能力会桥接一些别的芯片，不让USB3.0和SATA之类占PCIe的带宽，以此打造更多的PCIe插槽。

华硕高端主板的PCIe插槽，可以明显看出上面两条有标识的PCIe 3.0x16走CPU通道，还有一个是南桥直连。

介绍完了PCIe，咱们整理整理PCIe 4.0为什么这次是迭代牺牲品

一、消费级带宽很难跑满 服务级不够用

PCIe每次升级换代，带宽都会翻倍，PCIe 4.0的带宽比3.0多了一倍，带宽严格来说并不是只速度，是指网络可通过的最高数据率。

简单说也就是一条通道的车流量，用显卡插槽举例PCIe 3.0x16如果与PCIe 4.0x16相比，在链路上数据通路（Lane）是一样的都是16，而其中的差距就是每个Lane的的容量区别。

PCIe带宽速度的计算并不复杂，是由前面说的编码所影响，用PCIe 3.0x16的编码举例，它使用了128/130b编码方式，意味着PCIe链路上的130 bit中含有128 bit的有效数据。

带宽计算是传输速率*编码方案，意味着PCIe3.0x16中一条Lane的带宽为8 * 128 /130= 7.877 Gbps，而PCIe 3.0x16也的带宽为7.877*16=126.031Gbps。

根据1GB/s=8Gbps=8Gbit/s 的转换方式也就是PCIe 3.0x16的带宽就是15.754 GB/s，而PCIe 4.0编码与3.0一样，速率翻了一倍，带宽也就翻了一倍。

15.754 GB/s的带宽自2012年支持首块PCIe 3.0显卡以来，直到去年上市的2080Ti，才完全跑满了PCIe 3.0x16的全部带宽，时间跨度有大概5年之久。

上图可以看到PCIe 3.0x16的带宽终于被全部榨干，这与以往的双路泰坦不同，而是一块2080Ti就满足了，这一刻等待的也太久了。

虽然如此2080Ti也不是能够普及使用的产品，中端消费级能达到这个性能水平不知道还要几年，在消费级完全满足PCIe 4.0的产品预计两三年都出不来。

而在服务级市场，对于需求超高带宽的应用以及物联网和5G等应用场景下，PCIe 4.0的带宽又显得有些不足，这种不上不下的位置相当尴尬。

二、PCIe 5.0急速杀到 更新换代难

与酝酿7年才公布速率的4.0不一样，5.0出来的速度很快，定案预计就在今年，要知道3.0至少经历了2-3年才完全的占据了市场。

而且还是在性能爆炸的时代完成的，其中经历了2代显卡的更替，而显卡性能在一两年内发生质变是很难做到，10系到20系的过渡用了2年。

这也是3.0和4.0之间存在的最大差距，3.0有很长时间的酝酿才达到如今普及的地位，但现在预计等不到4.0普及，5.0就将杀到，有选择的余地话，大部分消费者必然会倾向于性更快更强的PCIe 5.0。

三、AMD X570露出端倪

其实从AMD对PCIe 4.0的态度也可以看出一些端倪，在4.0上AMD延续了一贯良心的做法，通过升级BIOS可以不用更新换代主板就能享受到4.0带宽。

但要注意的是升级的只有显卡最靠近CPU的那根插槽，也就是PCIe 3.0x16的那条，这条通道只走CPU的PCIe 4.0通道 ，这种方法只有显卡才能享受PCIe 4.0的带宽。

从消费者的角度来看 AMD YES！ 但是从另一个角度来看，AMD牺牲了PCIe 4.0与7nm锐龙3000系列双龙出击的机会。

除了锐龙3000系列会延续AM4接口主板，随着新U的诞生，除了对供电等追求更高的用户，消费者可以不用升级，本应该是新X570主板亮点的PCIe4.0，完全没有吸引力，笔者猜测现在的AMD可能也觉得单PCIe 4.0的吸引力不够。

而且在3000系列之后的产品，AM4接口会被取代，那个时候预计PCIe 5.0将会出现，才是AMD放大招的时候。

谁需要PCIe 4.0？

总的来PCIe 4.0的价值对消费级来说是可以有但没必要，而对于服务级来看，AI等服务级领域都需要更多的带宽，这时候PCIe 4.0更多带宽就是必须的。

虽然有些地方还略显吃力，但是这也是迭代必须的产物，等到了PCIe 5.0带宽再翻一倍，时代变化将真正体现。

PCIe 4.0除了服务级有很大价值，其实对芯片厂商有很大帮助，笔者对这方面有些担忧，PCIe 4.0带来的带宽翻倍，意味着新的芯片Lane４条就可以达到8条甚至16条的能力。

如此看来，一些阉割芯片可能会被开发出来，可能性会很小，但不排除这种可能。

当然对PCIe 4.0固态就很友好，NVMe 协议的 SSD，因为带宽变大，通路需求变小，将能做出容量更大，速度更快的产品，现在SSD腰斩的价格可能会回暖。