隨著網(wǎng)絡設備對帶寬，靈活性與性能的要求升高，PCIe標準應運而生。自2001年問世以來，PCIe迅速發(fā)展，并廣泛應用于各種網(wǎng)絡設備中，PCIe卡（PCI Express卡）就是其中一種主要設備。本文將對PCIe卡的定義、工作原理、優(yōu)勢、類型等進行全面介紹。
什么是PCIe卡？
PCIe卡是一種具有PCIe接口的網(wǎng)卡，在主板級連接中用作擴展端口。具體來說，基于PCIe的擴展卡能插入主機、服務器和網(wǎng)絡交換機等設備主板中的PCIe插槽。如今多數(shù)電腦主機板上都有專用的PCIe插槽與PCIe卡相對應，一般來說插槽的寬度都會和卡等寬甚至更寬。
PCIe卡的工作原理是什么？
PCIe卡與處理不同來源數(shù)據(jù)的總線不同，它可以通過交換機實現(xiàn)一系列點對點連接來控制數(shù)據(jù)流向。PCIe網(wǎng)卡插好之后，插槽和網(wǎng)卡之間將形成邏輯連接，以便互相通信。這種邏輯連接稱為互連或鏈路，它支持兩個PCIe端口之間的點對點通信通道，并允許它們發(fā)送和接收普通的PCI請求或中斷。如下圖所示，PCIe插槽有一/多個通道。在x2鏈路中，每條通道包含兩對不同的數(shù)據(jù)傳輸組，一對用于傳輸數(shù)據(jù)，另一對用于接收數(shù)據(jù)。因此，每條通道包含了四根電線或信號線路組成。
為什么要選擇PCIe卡？
在PCIe卡面世前，市面上有兩種主要的網(wǎng)卡：PCI和PCI-X卡。PCI-E卡的連接器和電路設計完全不同，在原來兩種主流網(wǎng)卡的基礎上進行了改進，成為其中最常用的一種網(wǎng)卡。
PCIe卡有多少種？
PCIe卡有多種類型，下面將就規(guī)格與版本分類進行說明。
基于PCIe卡規(guī)格的分類
PCIe卡的規(guī)格通常由通道的數(shù)量表示。一般來說，PCIe卡有五種物理規(guī)格：x1、x4、x8、x16和x32。（PCIe x32十分少見，并非主流規(guī)格。）“x”后面的數(shù)字是指PCIe插槽內的通道數(shù)，如PCIe x4卡意味著該卡有四個通道。
在實際應用中，需要將PCIe卡插入主機或服務器的PCIe插槽中，插槽的規(guī)格和配置與該卡相同。然而，面對像插槽短缺的情況，PCIe卡也可以安裝到一個更寬的插槽。比如在PCIe x8插槽已被占用的情況下，可以將PCIe x8卡放入PCIe x16插槽中，但該卡將始終以PCIe x8模式運行。PCIe卡規(guī)格信息詳見下表。
基于PCIe卡版本的分類
PCI Express是一種用于連接高速組件的高速串行計算機擴展總線標準，它取代了舊的AGP、PCI和PCI- X總線標準，并經過了多次調整改進。PCIe 1.0最初在2002年發(fā)布，為了滿足日益增長的高帶寬需求，之后又相繼推出了不同的版本。目前共有五種不同的PCIe標準：PCIe 1.0、PCIe 2.0、PCIe 3.0、PCIe 4.0和PCIe 5.0，傳輸速率每過一代增加一倍，PCIe 6.0也將在不久后發(fā)布。
目前PCIe卡分別有五個可用版本：PCIe 1.x、PCIe 2.x、 PCIe 3.x、PCIe 4.x和PCIe 5.x，新版本PCIe 5.x剛剛于2019年發(fā)布，性能比前幾個版本要更好。PCIe 6.x預計將在2021年左右發(fā)布。
值得一提的是，所有的PCIe卡版本都是向后兼容的，也就是說任何版本的PCIe卡和主板都可以以最低版本的模式工作。下表展示了5個傳統(tǒng)PCIe版本之間的傳輸速率比較（以原始版本n.0為例）。
怎么選PCIe卡？
如果您正在應用有線網(wǎng)絡但對市面上組裝好的系統(tǒng)不滿意，那您可能需要考慮購買PCIe卡。要注意前提是您的電腦必須至少有一個可用的PCI Express插槽，購買時則需要考慮到以下幾個因素：
PCIe卡版本和插槽寬度：這是為了確保PCIe卡的類型與您當前的設備和網(wǎng)絡環(huán)境兼容。
協(xié)議標準：在購買之前需要確定網(wǎng)卡是否支持您需要的標準，如RDMA、RoCE、iSCSI和FCoE等。
控制器：Intel、Broadcom、Mellanox和Realtek的控制芯片是主流趨勢。
除了上述三個因素，傳輸速度、端口數(shù)量、連接器類型、操作系統(tǒng)、品牌、價格等因素也需要考慮。
結論
為滿足多樣的網(wǎng)絡需求，高端軟件持續(xù)以極快的速度發(fā)展，這已成為PCIe性能不斷突破的動力。最新的PCIe4.x，PCIe 5.x和未上市PCIe 6.x遵循PCIe標準，事實證明這些技術縮小了PCIe卡與主機之間的發(fā)展差距，未來潛力無窮。
