PCIE接口详解及应用模式

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它的原名是3GIO英特尔于2001年提出，旨在取代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。

一、PCI-E x1/x4/x8/x16插槽模式
PCI-E有 x1/x4/x8/x16等多种插槽模式，那么这些有什么区别呢？

1、PCI-E x16插槽全长89mm，有164根针脚，主板外端有一个卡口，16x分为前后两组，短插槽有22根针脚，主要用于供电，长插槽142根，主要用于数据传输，16通道带来的高带宽。

PCI-E x16插槽，主要用于显卡和RAID阵列卡等，该插槽具有优异的兼容性，可向下兼容x1/x4/x8级设备。可以说是PCI-E x16插槽是PCI-E的万能插槽。

由于PCI-E x16插槽常用于显卡，与cpu处理器直接连接，直接靠近物理位置cpu，这样可以减少显卡与处理器之间的数据交换延迟，充分发挥系统的性能。

2、PCI-E x8插槽全长56mm，有98根针脚，和PCI-E x16比较，主要是数据针脚减少至76根，短的供电针脚仍然是22针脚。

兼容性，PCI-E x插槽通常加工成PCI-E x16插槽的形式，但只有一半的数据针脚是有效的，也就是说，实际带宽只是真实的PCI-E x一半的插槽。可观察主板布线，x8后半段没有线路连接，甚至针脚也没有焊接。

事实上，除了旗舰主板，它还可以提供许多真正的主板PCI-E x16插槽外，主流主板只会提供一个真实的PCI-E x16插槽最近cpu而第二条和第三条。PCI-E x16插槽，多为PCI-E x8甚至是x4级别的。

3、PCI-E x插槽长度为39mm，同样是在PCI-E x以减少数据针脚为基础的16插槽，主要用于PCI-E SSD或通过固态硬盘，或通过PCI-E安装转接卡M.2 SSD固态硬盘。

PCI-E x4插槽通常由主板芯片扩展，但随着cpu内部PCI-E随着渠道数量的增加，一些高端主板可以开始提供直接连接cpu的PCI-E x用于安装的四个插槽PCI-E SSD固态硬盘。

为什么主板找不到？PCI-E x4插槽?其实它是以M.2接口的形式出现的。

不过与PCI-E x8插槽一样，PCI-E x现在大部分插槽都是为了兼容而做的。PCI-E x16插槽的形式，或扩展到M.用于安装的2个接口M.2 SSD、M.2无线网卡或其他M.2接口设备，其余扩展卡留给PCI-E x1插槽负责。

4、PCI-E x插槽长度最短，只有25mm，相比PCI-E x16插槽，数据针脚大幅减少到14个。PCI-E x插槽的带宽通常由主板芯片提供，主要用于独立网卡、独立声卡、USB 3.0/3.将使用扩展卡等PCI-E x1插槽，甚至可以通过转接线PCI-E x插槽配有图形卡，用于挖掘或实现多屏输出。

X用来代替原来的PCI设备的。

注：长插槽和短插槽相互兼容（物理长度和版本包括1.0、2.0、3.0相互兼容)，短插槽自然可以插入长插槽，但长插入短插槽并不容易，一般X1还是保持原来的长度，而x4、x8、x16在实际主板中，长度统一到x16。只是速度不同。多余的脚是悬空的，没用。这样，外观统一兼容，仔细检查针脚是否焊接线路，一般主板上标明是否PCI-E x多少。

二、PCIE版本及规范
截至目前，PCIE已经发展到6.0版本，以下是PCIE对比不同版本：

三、PCIE中的RC、EP模式
RC：Root Complex，RC连接设备CPU/内存子系统 和 I/O设备；RC模式下，PCIE配置头中的类型值为1；RC支持配置和模式I/O事务

EP：EndPoint，EP设备通常表示串行或串行I/O设备；EP模式下，PCIE配置头中的类型值为0；EP模式下，PCIE控制器接收本地内存空间的读写操作

四、M.2硬盘与PCI-E硬盘的区别
SATA和M.2指固态硬盘的接口类型，除这两种常见类型外，还有其他接口，如mSATA和PCIe。不同的固态硬盘接口也代表不同的传输速度，接口是SATA和mSATA传输速度一般为500MB/S以下是常见的M.固态传输速度为7万MB/S左右。
目前PCIe接口的固态硬盘和大部分的固态硬盘M.2接口的固态硬盘使用PCIe标准，SATA使用的就是SATA总线标准。
SATA总线使用的通信协议是AHCI或ATA，传输速度不快。PCIe总线使用的通信协议线NVMe，主流配置是PCIe 3.0×4搭配NVMe 1.4.传输速度可达2000MB/S以上是主流，因为性价比最高。

1、PCIE：
目前使用较多的是PCIe X4.市场上流通较多PCI-E 2.0版本和3.0版，对应X4带宽为16Gbps/32Gbps，转换成传输速率约为2GB/s和3.93GB/s，相比SATA接口，这已经是一个非常可怕的速度了。
当然，另一方面，PCI-E接口的固态硬盘价格太贵，让很多普通用户望而却步，买不起。
。
2、M.2：
M.2原名为NGFF接口，标准名称PCI Express M.2 Specification。它是为超极本（Ultrabook）新一代定制的接口标准，以取代原有的基础mini PCIe改良而来的mSATA固态硬盘。无论是更小的尺寸还是更高的传输性能M.2都远胜于mSATA。随着SATA接口瓶颈不断突出，越来越多的主板制造商开始在自己的产品线上预留M.接口，主流M.接口有三种尺寸，即M.2 2242、2260、2280。

M.可同时支持2个接口SATA及PCI-E通道，后者更容易提高速度。这里需要注意的是，M.2有三种类型的连接器，称为Socket 1、2、3，Socket1由于尺寸比较特殊，比较少用，重点是Socket 2和3。Socket 2支持SATA和PCI-E X2接口，Socket 3则只支持PCI-E X4接口。如果是走路SATA通道，传输速率和SATA 6Gbps一模一样，没有区别，如果是走路的话PCI-E只有通道才能享受超过SATA的高速。

下图就是Socket 2和3的外观差异介绍在这里B key和M key这两个概念：
接口连带B key一起用，走SATA或PCI-E x2通道，就是Socket 2接口；
接口连带M key一起用，走PCI-E x4通道，就是Socket 3接口。

五、PCIE硬件设计注意事项

PCIe2.0 请注意设计：
1、Slot 外围电路和电源的设计需要满足 Spec 要求；
2、PCIe2.0接口的TXP/N100nF交流耦合电容器，AC建议用0201包装耦合电容，较低 ESR 和 ESL，还可减少线路上的阻抗变化；

PCIe3.0 请注意设计：
1、Slot 外围电路和电源的设计需要满足 Spec 要求；
2、PCIe3.0 接口的 TX0P/N，TX1P/N 串联在差分信号上 220nF 交流耦合电容器，AC 建议使用耦合电容 0201 封装，较低 ESR 和 ESL，也可以减少线路上的阻抗变化。