原标题：性能质飞跃：解读PCIe 4.0 SSD技术

今年五月,在2019台北电脑展上，群联携手 AMD，共同宣布PCIe 4.0 应用时代来临，共组新世代效能应用 PC 平台及产业生态圈，目前AMD旗下支持PCIe 4.0的第三代处理器和X570系列主板已经全面开售，这也意味着PCIe 4.0正式进入实用阶段。与此同时，相关厂商也第一时间拿出了PCIe 4.0标准的SSD产品公布于世，这标志着SSD开始进入PCIe 4.0时代？

所谓PCIe也称PCI-Express全称(peripheral component interconnect express)，它是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。事实上，PCIe组建于1992年，由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”，简称“PCI-e”。它的主要优势就是数据传输速率高，而且还有相当大的发展潜力。

目前，目前PCIe成员包括英特尔、AMD、NVIDIA、惠普、戴尔、高通、联想、IBM等科技企业，PCI Express也有多种规格，从PCI Express x1到PCI Express x32，能满足将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。而目前的硬件主流标准是PCIe 3.0，其信号速率提升至8GT/s，约为上一代产品带宽的两倍，而且编码方式也改成了更高效的128b/130b模式，因此单通道单向带宽依然实现了接近翻倍的提升，16通道双向带宽高达31.5GB/s。

从发展进度看，截止2019年1月份，主流主板均支持pcie 3.0，但到了5月份，群联携手 AMD推动更先进的PCIe 4.0标准，那么，PCIe 4.0到底有多快？现在市面上又有哪些产品支持PCIe 4.0呢？

我们知道， 现行的PCIe 3.0规范，信号速率为8GT/s，编码方式是128b/130b模式，即每传输128个Bit，需要发送130个Bit。那么，PCIe 3.0协议的每一条Lane支持 8 * 128 / 130 = 7.877 Gbps = 984.6 MB/s 的速率，一条PCIe 3.0 x16的通道，x16的可用带宽为 7.877*16 = 126.031 Gbps = 15.754 GB/s，双向带宽高达31.5GB/s。

而PCIe 4.0，则是将这个带宽再翻一倍。带宽越大，能够瞬间传输的数据也就越多，这意味着新的芯片Lane４条就可以达到８条甚至16条的能力，所以NVMe 协议的 SSD才能做出容量更大，速度更快的产品。

而在台北展上，群联也发布了自家的 PS5016-E16 控制芯片 IC，这是群联目前的旗舰产品，也是消费应用市场上领先业界且唯一的 PCIe Gen4x4 NVMe SSD 控制芯片。采用 28nm 制程且搭载最新的 96 层 3D NAND 闪存以及第四 代的 LDPC 纠错引擎，群联 PS5016-E16 控制芯片最高效能达到 5GB/s，这也是目前SSD所能达到的最快速度了。

具体到产品上，目前已知采用了PCIe4.0标准的产品有：影驰HOF Pro PCIe M.2、美商海盗船PCIe 4.0 SSD MP600以及 技嘉PCIe 4.0 SSD，它们均采用了群联全新主控PS5016-E16，强大的效能让它们展现出令人惊叹的读写速度，比如商海盗船MP600 凭借新一代PCIe 4.0芯片，最高读取速度达到5GB/s，在性能方面有了质的飞跃。

目前来看，一些供应商提供PCIe光纤产品，但这些通常仅在特定情况下才能使用，其中透明PCIe桥接优于使用更主流的标准（如InfiniBand或以太网），可能需要额外的软件支持它当前的实现集中于距离而不是原始带宽，并且通常不实现全×16链路。

在未来，移动PCIe也是一个应用，其规范（缩写为M-PCIe）允许PCI Express架构在MIPI Alliance的M-PHY物理层技术上运行。基于已经广泛采用的M-PHY及其低功耗设计，移动PCIe允许PCI Express在平板电脑和智能手机中使用。

延伸阅读：PCIe版本演化历史！

PCIe最初被称为HSI（用于高速互连），并在最终确定其PCI-SIG名称PCI Express之前，将其名称更改为3GIO（第三代I / O）。 名为阿拉帕霍工作组（AWG）的技术工作组制定了该标准。 对于初稿，特设工作组只包括英特尔工程师; 随后特设工作组扩大到包括行业伙伴。截至2013年，PCI Express版本4已经起草，在2017将达到最终规格。在2016年PCI SIG的年度开发者大会上和英特尔开发者论坛上，Synopsys展示了一款在PCIe 4.0上运行的系统。

PCIe 1.0a

2003年，PCI-SIG推出了PCIe 1.0a，每通道数据速率为250 MB / s，传输速率为每秒2.5 gigatransfer（GT / s）。 传输速率表示为每秒传输量，而不是每秒位数，因为传输量包括不提供额外吞吐量的开销位; PCIe 1.x使用8b / 10b编码方案，导致占用了20% （= 2/10）的原始信道带宽。

PCIe 1.1

2005年，PCI-SIG推出了PCIe 1.1。 此更新的规范包括澄清和几项改进，但与PCI Express 1.0a完全兼容。 数据速率没有变化。

PCIe 2.0

PCI-SIG于2007年1月15日宣布推出PCI Express Base 2.0规范。PCIe 2.0标准将PCIe 1.0至5 GT / s的传输速率提高了一倍，每通道吞吐量从250 MB / s上升到500 MB / s。因此，32通道PCIe连接器（×32）可支持高达16 GB / s的总吞吐量。

PCIe 2.0主板插槽与PCIe v1.x卡完全向后兼容。 PCIe 2.0卡也通常使用PCI Express 1.1的可用带宽向下兼容PCIe 1.x主板。总体来说，为v2.0设计的显卡或主板将与另一个v1.1或v1.0a配合使用。

PCI-SIG还表示，PCIe 2.0具有对点对点数据传输协议及其软件架构的改进。

英特尔首款支持PCIe 2.0的芯片组是X38，截至2007年10月21日，各种厂商（Abit，Asus，Gigabyte）开始出货。AMD开始使用其AMD 700芯片组系列支持PCIe 2.0，nVidia从MCP72开始。Intel的所有芯片组，包括Intel P35芯片组，都支持PCIe 1.1或1.0a。

像1.x一样，PCIe 2.0使用8b / 10b编码方案，因此每通道提供5 GT / s原始数据速率的有效4 Gbit / s最大传输速率。

PCIe 2.1

PCI Express 2.1（其规范日期为2009年3月4日）支持计划在PCI Express 3.0中全面实施的大部分管理，支持和故障排除系统。 但是，速度与PCI Express 2.0相同。 不幸的是，插槽功率的增加打破了PCI Express 2.1卡和1.0 / 1.0a的一些较旧的主板之间的向后兼容性，但是大多数具有PCI Express 1.1连接器的主板都由厂商通过实用程序提供BIOS更新，以支持向后兼容性 的PCIe 2.1。

PCIe 3.0

PCI Express 3.0基本规范版本3.0在多个延迟之后于2010年11月提供。 2007年8月，PCI-SIG宣布PCI Express 3.0将以每秒8吉比特的速度（GT / s）进行比特率，并且将与现有的PCI Express实现向后兼容。当时还宣布，PCI Express 3.0的最终规范将延迟到2010年第二季度。PCI Express 3.0规范的新功能包括增强信令和数据完整性的一些优化，包括发射机和接收机均衡，PLL改进，时钟数据恢复和当前支持的拓扑的通道增强。

PCI-SIG的分析发现，在PCI-SIG互连带宽扩展的可行性方面进行了为期6个月的技术分析，发现每秒8个千兆传输速率可以在主流硅工艺技术中制造，并且可以部署在现有的低成本材料和基础设施上，同时保持对PCI Express协议栈的完全兼容性（可忽略不计的影响）。

PCI Express 3.0将编码方案从之前的8b / 10b编码升级到128b / 130b，将带宽开销从PCI Express 2.0的20%降低到大约1.54%（= 2/130）。这通过称为“加扰”的技术来实现，该技术将已知的二进制多项式应用于反馈拓扑中的数据流。因为加扰多项式是已知的，所以可以通过使用反多项式的反馈拓扑运行数据来恢复数据。 PCI Express 3.0的8 GT / s比特率有效地提供每通道985 MB / s，实际上相对于PCI Express 2.0的通道带宽翻倍

2010年11月18日，PCI特别兴趣小组正式向其成员发布了完成的PCI Express 3.0规范，以便根据新版本的PCI Express构建设备。

PCIe 3.1

2013年9月，PCI Express 3.1规格已经宣布在2013年底或2014年初发布，在三个方面整合了PCI Express 3.0规范的各种改进：电源管理，性能和功能它于2014年11月发布。

PCIe 4.0

2011年11月29日，PCI-SIG宣布PCI Express 4.0提供16Gb / s比特率，使PCI Express 3.0提供的带宽增加一倍，同时保持软件支持和二手机械接口的向后兼容性。 PCI Express 4.0规格也将带来OCuLink-2，这是Thunderbolt连接器的替代品。 OCuLink版本2将具有高达16 GT / s（总共8GB / s×4通道），而Thunderbolt 3连接器的最大带宽为5GB / s。 另外，还要研究主动和空闲功率优化。 最终规格预计将于2017年发布。

在2016年8月，Synopsys在英特尔开发者论坛上展示了运行PCIe 4.0的测试机。 他们的知识产权已经授权给几家计划在2016年底提供其芯片和产品的公司。

PCI-E SD 7.0

2018年6月，SD协会已经基本完成了全新一代SD 7.0标准规范的制定工作，计划在2018年6月26-28日上海举办的MWC大会上正式公布。

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