PCIe 資料
pcie
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一種高速序列計算機擴充套件匯流排標準，它原來的名稱為“3GIO”，是由英特爾在2001年提出的，旨在替代舊的PCI，PCI-X和AGP匯流排標準。PCIe屬於高速序列點對點雙通道高頻寬傳輸，所連線的裝置分配獨享通道頻寬，不共享匯流排頻寬，主要支援主動電源管理，錯誤報告，端對端的可靠性傳輸，熱插拔以及服務質量(QOS)等功能。PCIe交由PCI-SIG（PCI特殊興趣組織）認證釋出後才改名為“PCI-Express”，簡稱“PCI-e”。它的主要優勢就是資料傳輸速率高，目前最高的16X 2.0版本可達到10GB/s，而且還有相當大的發展潛力。PCI Express也有多種規格，從PCI Express x1到PCI Express x32，能滿足將來一定時間內出現的低速裝置和高速裝置的需求。
外文名
PCIe
提出公司
提出時間
2001年
含 義
最新的匯流排和介面標準
目錄
- ▪ PCIe標準
- ▪ 引腳排列
- ▪ 電源
- ▪ PCI Express迷你卡
- ▪ 衍生形式
- 4 歷史版本
- ▪ PCIe 1.0a
- ▪ PCIe 1.1
- ▪ PCIe 2.0
- ▪ PCIe 2.1
- ▪ PCIe 3.0
- ▪ 群集互連
- 7 PCI-E 3.0
- ▪ PCI-E 3.0 要求
- ▪ PCI Express 鏈路
- ▪ PCI Express Fabric拓撲
- 8 PCI-E 4.0
- 9 競爭協議
PCIe意義
是PCI的更高發展
PCIe比以前的標準有許多改進，包括更高的最大系統匯流排吞吐量，更低的I/O引腳數量和更小的物理尺寸，更好的匯流排裝置效能縮放，更詳細的錯誤檢測和報告機制（高階錯誤報告，AER）和本機熱插拔功能。 PCIe標準的更新版本為I/O虛擬化提供了硬體支援。
PCI Express電介面也用於各種其他標準，最值得注意的是作為膝上型電腦擴充套件卡介面的ExpressCard以及作為計算機儲存介面的SATA Express。
PCI Express 2.0規範的主要在資料傳輸速度上做出了重大升級，即從以前的2.5Gbps匯流排頻率翻倍至5.0Gbps，這也就是說以前PCI Express 2.0 x16介面能夠翻番達到驚人的8GB/s匯流排頻寬（1GB/s=8Gbps）。
目前最新的版本為PCI-E 3.0，是生產中可用於主流個人電腦的擴充套件卡的最新標準。也有還未退市的PCI-E（即1.0版）。而在2009年的第二季度釋出的AMD RD890晶片組將率先支援PCI-E 3.0版本。2.0比1.0頻寬提高一倍，而3.0比2.0版頻寬又提升一倍，為5GHz x 4。
2.0升級部分
1、重點是PCI Express匯流排頻率提升：每條序列線路的資料傳輸率從2.5Gbps翻番至5Gbps，頻寬也隨之翻倍。
2、可更好地支援未來高階顯示卡，即使功耗達到225W或者300W也只需PCI Express單獨供電即可。
3、新增“輸入輸出虛擬化”(IOV)技術，可以讓多臺虛擬機器共享網絡卡等PCI裝置。
4、PCI-E線纜子規範可讓PCI裝置通過標準化銅纜線接入計算機，而且每條線路的速度都能達到2.5Gbps，適用於為高階伺服器加入多塊網絡卡作為輸入輸出擴充套件模組等場合。
5、最後是代號“Geneseo”的長期規劃。該技術與Intel、IBM等業界巨頭合作開發，可讓圖形處理單元、加密處理單元等協處理器更好地與中央處理器緊密相連。
6、對動態鏈路速度和鏈路寬度管理、以及活動狀態電源管理(ASPM)進行相關改進。
角色定位
EMC公司最近更新的快取策略鞏固了固態PCI Express在伺服器中的地位，並將和其他IT廠商一起為提升企業資料儲存的效率扮演重要的角色。
但是PCI Express flash是否從根本上影響了整個行業以及是否對典型的資料中心具有吸引力仍然值得討論。固態儲存技術具有兩面性，IT企業對新挑戰還是抱有謹慎的態度。但是沒人會否認PCIe不論是在快取還是在主存裡提升的優越效能。
PCIe的主要優勢在於其減少延遲的能力。PCIe裝置和PCIe匯流排直接相連，使快取和資料更接近CPU。他們消除了傳統儲存協議的開銷，並且EMC認為在合適的條件下能實現遠遠優於從08年開始銷售的串列SCSI和SATA的固態硬碟SSD的效能。 [1]
PCIE規格
| 傳輸通道數 |
腳Pin總數 |
主介面區Pin數 |
總 長 度 |
主介面區 長度 |
| 1 |
36 |
14 |
25 mm |
7.65 mm |
| 4 |
64 |
42 |
39 mm |
21.65 mm |
| 8 |
98 |
76 |
56 mm |
38.65 mm |
| 16 |
164 |
142 |
89 mm |
71.65 mm |
| 規格 |
匯流排寬度 |
工作時脈 |
傳輸速率 |
| PCI-E x1 |
8 位 |
2.5 GHz |
512 MiB/s |
| PCI-E x2 |
8 位 |
2.5 GHz |
1.0 GiB/s |
| PCI-E x4 |
8 位 |
2.5 GHz |
2.0 GiB/s |
| PCI-E x8 |
8 位 |
2.5 GHz |
4.0 GiB/s |
| PCI-E x16 |
8 位 |
2.5 GHz |
8.0 GiB/s |
結構
在概念上，PCI Express匯流排是較舊的PCI/ PCI-X匯流排的高速序列替換。PCI Express匯流排與舊PCI之間的主要區別之一是匯流排拓撲。 PCI使用共享並行匯流排架構，其中PCI主機和所有裝置共享一組通用的地址，資料和控制線。 相比之下，PCI Express基於點到點拓撲，單獨的序列鏈路將每個裝置連線到根系統（主機）。 由於其共享匯流排拓撲，可以對單個方向上的PCI匯流排進行仲裁（在多個主機的情況下），並且一次限制為一個主機。 此外，舊的PCI時鐘方案將匯流排時鐘限制在總線上最慢的外設（不管匯流排事務中涉及的裝置如何）。 相比之下，PCI Express匯流排鏈路支援任何兩個端點之間的全雙工通訊，同時跨多個端點的併發訪問沒有固有的限制。
在匯流排協議方面，PCI Express通訊封裝在資料包中。打包和解包資料和狀態訊息流量的工作由PCI Express埠的事務層處理，電訊號和匯流排協議的根本差異需要使用不同的機械外形尺寸和擴充套件聯結器（因此，需要新的主機板和新的介面卡板）; PCI插槽和PCI Express插槽不可互換。在軟體級別，PCI Express保留與PCI的向後相容性; 傳統的PCI系統軟體可以檢測和配置較新的PCI Express裝置，而無需顯式支援PCI Express標準，但是新的PCI Express功能無法訪問。兩個裝置之間的PCI Express鏈路可以由1個到32個通道組成。 在多通道鏈路中，分組資料在通道上條帶化，並且峰值資料吞吐量與整個鏈路寬度成比例。通道計數在裝置初始化期間自動協商，並且可以被任一端點限制。例如，單通道PCI Express（×1）卡可以插入多通道插槽（×4，×8等），初始化週期自動協商最高相互支援的通道數。該連結可以動態地自動配置自己，以便使用較少的通道，在存在不良或不可靠的通道的情況下提供故障容限。PCI Express標準定義了多個寬度的插槽和聯結器：×1，×4，×8，×12，×16和×32。這允許PCI Express匯流排服務於不需要高吞吐量的成本敏感型應用，以及諸如3D圖形，網路（萬兆乙太網或多埠千兆位乙太網）和企業級儲存（SAS或光纖通道）等關鍵效能的應用。
作為參考，使用四路（×4）的PCI-X（133MHz 64位）裝置和PCI Express 1.0裝置具有大致相同的峰值單向傳輸速率為1064MB / s。 在多個裝置同時傳輸資料的情況下，或者與PCI Express外設的通訊是雙向的情況下，PCI Express匯流排具有比PCI-X匯流排更好的效能。
互連
PCI Express裝置通過稱為互連或鏈路的邏輯連線進行通訊。鏈路是兩個PCI Express埠之間的點對點通訊通道，允許它們傳送和接收普通PCI請求（配置，I / O或儲存器讀/寫）和中斷（INTx，MSI或MSI-X） 。 在物理層面上，一條鏈路由一條或多條通道組成。低速外設（例如802.11 Wi-Fi卡）使用單通道（×1）鏈路，而圖形介面卡通常使用更寬更快的16通道鏈路。
通道
通道由兩個差分訊號對組成，一對用於接收資料，另一對用於傳送。 因此，每個通道由四條線或訊號跡線組成。在概念上，每條通道用作全雙工位元組流，在鏈路端點之間的兩個方向同時傳輸8位“位元組”格式的資料包。物理PCI Express鏈路可能包含1個到32個通道，更精確地包括1,2,4,8,12,16或32個通道。通道計數用“×”字首（ 例如“×8”表示八通道卡或插槽），×16是常用的最大尺寸。
序列匯流排
由於後者的固有限制，包括半雙工操作，超量訊號計數以及由於定時偏移引起的固有的較低頻寬，因此，傳統的並行匯流排選擇了繫結序列匯流排架構。定時偏移來自在不同長度的導線，潛在不同的印刷電路板（PCB）層和可能不同的訊號速度下行進的並行介面內的分離的電訊號。儘管作為單個字同時傳輸，並行介面上的訊號具有不同的行進持續時間，並在不同時間到達其目的地。當介面時鐘週期短於訊號到達之間的最大時間差時，就不可能恢復傳輸的字。由於並行總線上的定時偏移量可能達到幾納秒，因此所產生的頻寬限制在幾百兆赫的範圍內。
序列介面不會出現定時偏移，因為每個通道中每個方向只有一個差分訊號，並且由於時鐘資訊嵌入在序列訊號本身中，所以沒有外部時鐘訊號。因此，序列訊號的典型頻寬限制在幾千兆赫範圍內。 PCI Express是序列互連替代並行匯流排的一般趨勢的一個例子;其他示例包括Serial ATA（SATA），USB，Serial Attached SCSI（SAS），FireWire（IEEE 1394）和RapidIO。在數字視訊中，常用的例子有DVI，HDMI和DisplayPort。
多通道序列設計增加了靈活性，其能夠為較慢的裝置分配較少的通道。 [2]
形式引數
PCIe標準
PCI Express卡適合其物理尺寸或更大的插槽（使用×16作為最大的），但可能不適合更小的PCI Express插槽;例如，×16卡可能不適合×4或×8插槽。一些插槽使用開放式插座來允許物理上更長的卡，並協商最佳的電子和邏輯連線。
350px-PCIExpress
實際連線到插槽的通道數量也可能 [3] 少於物理槽大小所支援的數量。一個例子是一個×16插槽可以執行×1、×2、×4、×8、×16的卡，當執行×4卡時只提供4條通道。其規格可以讀為“×16（×4模式）”，而“×size @×速度”符號（“×16 @×4”）也是常見的。優點是這樣的插槽可以容納更大範圍的PCI Express卡，而不需要主機板硬體來支援全傳輸速率。
卡本身設計和製造各種尺寸。例如，以PCI Express卡形式出現的固態驅動器（SSD）通常使用HHHL（半高，半長）和FHHL（全高，半長）來描述卡的物理尺寸。（右圖中上面四個為PCIe插槽，最下面一個為PCI插槽）
引腳排列
下表列出了PCI Express卡上邊緣聯結器每側的導線。 印刷電路板（PCB）的焊接側為A側，元件側為B側。PRSNT1#和PRSNT2#引腳必須稍短於其他引腳，以確保熱插拔卡完全插入。WAKE#引腳使用全電壓喚醒計算機，但必須從備用電源拉高以指示卡是可以喚醒。
| PCIe 聯結器引腳（×1、×4、×8和×16變體） |
||||||||
| 引腳 |
B側 |
A側 |
描述 |
引腳 |
B側 |
A側 |
描述 |
|
| 1 |
+12V |
PRSNT1# |
必須連線到最遠的PRSNT2 # |
50 |
HSOp(8) |
保留 |
通道8傳輸資料，+和- |
|
| 2 |
+12V |
+12V |
主電源引腳 |
51 |
HSOn(8) |
地面 |
||
| 3 |
+12V |
+12V |
52 |
地面 |
HSIp(8) |
通道8接收資料，+和- |
||
| 4 |
地面 |
地面 |
53 |
地面 |
HSIn(8) |
|||
| 5 |
SMCLK |
TCK |
54 |
HSOp(9) |
地面 |
通道9傳輸資料，+和- |
||
| 6 |
SMDAT |
TDI |
55 |
HSOn(9) |
地面 |
|||
| 7 |
地面 |
TDO |
56 |
地面 |
HSIp(9) |
通道9接收資料，+和- |
||
| 8 |
+3.3V |
TMS |
57 |
地面 |
HSIn(9) |
|||
| 9 |
TRST# |
+3.3V |
58 |
HSOp(10) |
地面 |
通道10傳輸資料，+和- |
||
| 10 |
+3.3V aux |
+3.3V |
59 |
HSOn(10) |
地面 |
|||
| 11 |
啟用# |
復位# |
連結啟用；復位 |
60 |
地面 |
HSIp(10) |
通道10接收資料，+和- |
|
| 關鍵的缺口 |
61 |
地面 |
HSIn(10) |
|||||
| 12 |
CLKREQ# |
地面 |
請求執行時鐘 |
62 |
HSOp(11) |
地面 |
通道11傳輸資料，+和- |
|
| 13 |
地面 |
REFCLK+ |
參考時鐘差分對 |
63 |
HSOn(11) |
地面 |
||
| 14 |
HSOp(0) |
REFCLK− |
通道0傳輸資料，+和- |
64 |
地面 |
HSIp(11) |
通道11接收資料，+和- |
|
| 15 |
HSOn(0) |
地面 |
65 |
地面 |
HSIn(11) |
|||
| 16 |
地面 |
HSIp(0) |
通道0接收資料，+和- |
66 |
HSOp(12) |
地面 |
通道12傳輸資料，+和- |
|
| 17 |
PRSNT2# |
HSIn(0) |
67 |
HSOn(12) |
地面 |
|||
| 18 |
地面 |
地面 |
68 |
地面 |
HSIp(12) |
通道12接收資料，+和- |
||
| PCI Express×1卡在引腳18處結束 |
69 |
地面 |
HSIn(12) |
|||||
| 19 |
HSOp(1) |
保留 |
通道1傳輸資料，+和- |
70 |
HSOp(13) |
地面 |
通道13傳輸資料，+和- |
|
| 20 |
HSOn(1) |
地面 |
71 |
HSOn(13) |
地面 |
|||
| 21 |
地面 |
HSIp(1) |
通道1接收資料，+和- |
72 |
地面 |
HSIp(13) |
通道13接收資料，+和- |
|
| 22 |
地面 |
HSIn(1) |
73 |
地面 |
HSIn(13) |
|||
| 23 |
HSOp(2) |
地面 |
通道2傳輸資料，+和- |
74 |
HSOp(14) |
地面 |
通道14傳輸資料，+和- |
|
| 24 |
HSOn(2) |
地面 |
75 |
HSOn(14) |
地面 |
|||
| 25 |
地面 |
HSIp(2) |
通道2接收資料，+和- |
76 |
地面 |
HSIp(14) |
通道14接收資料，+和- |
|
| 26 |
地面 |
HSIn(2) |
77 |
地面 |
HSIn(14) |
|||
| 27 |
HSOp(3) |
地面 |
通道3傳輸資料，+和- |
78 |
HSOp(15) |
地面 |
通道15傳輸資料，+和- |
|
| 28 |
HSOn(3) |
地面 |
79 |
HSOn(15) |
地面 |
|||
| 29 |
地面 |
HSIp(3) |
通道3接收資料，+和- |
80 |
地面 |
HSIp(15) |
通道15接收資料，+和- |
|
| 30 |
保留 |
HSIn(3) |
81 |
PRSNT2# |
HSIn(15) |
|||
| 31 |
PRSNT2# |
地面 |
82 |
保留 |
地面 |
|||
| 32 |
地面 |
保留 |
||||||
| PCI Express×4卡在引腳32處結束 |
||||||||
| 33 |
HSOp(4) |
保留 |
通道4傳輸資料，+和- |
|||||
| 34 |
HSOn(4) |
地面 |
||||||
| 35 |
地面 |
HSIp(4) |
通道4接收資料，+和- |
|||||
| 36 |
地面 |
HSIn(4) |
||||||
| 37 |
HSOp(5) |
地面 |
通道5傳輸資料，+和- |
|||||
| 38 |
HSOn(5) |
地面 |
||||||
| 39 |
地面 |
HSIp(5) |
通道5接收資料，+和- |
|||||
| 40 |
地面 |
HSIn(5) |
||||||
| 41 |
HSOp(6) |
地面 |
通道6傳輸資料，+和- |
|||||
| 42 |
HSOn(6) |
地面 |
||||||
| 43 |
地面 |
HSIp(6) |
通道6接收資料，+和- |
Legend |
||||
| 44 |
地面 |
HSIn(6) |
接地引腳 |
零伏 |
||||
| 45 |
HSOp(7) |
地面 |
通道7傳輸資料，+和- |
電源引腳 |
為PCIe卡供電 |
|||
| 46 |
HSOn(7) |
地面 |
卡到主機引腳 |
從卡到主機板的訊號 |
||||
| 47 |
地面 |
HSIp(7) |
通道7接收資料，+和- |
主機到卡引腳 |
從主機板到卡的訊號 |
|||
| 48 |
PRSNT2# |
HSIn(7) |
可能拉低或由多張卡感應 |
|||||
| 49 |
地面 |
地面 |
感應針 |
綁在一張卡上 |
||||
| PCI Express×8卡在引腳49處結束 |
保留 |
目前不使用，請勿連結 |
||||||
電源
所有PCI Express卡在+ 3.3V（9.9W）可能消耗高達3A。它們可能消耗的+12V和總功率取決於卡的型別：
·×1卡在+ 12V（6W）和10W組合時限制為0.5A。
·×4和更寬的卡在+ 12V（25W）和25W組合時限制為2.1A。
·在初始化和軟體配置為“大功率裝置”後，一個全尺寸×1卡可能會達到25 W限制。
·在初始化和軟體配置為“大功率裝置”後，一個全尺寸×16顯示卡可以在+ 12V（66 W）和75 W組合後可能會達到5.5A限制。
可選聯結器增加75 W（6引腳）或150 W（8引腳）+12 V電源，然後可以達到總共300 W（2×75 W + 1×150 W）。一些卡使用兩個8針聯結器，但這還沒有標準化，因此這種卡不能攜帶官方的PCI Express標誌。該配置允許總共375 W（1×75 W + 2×150 W），並且可能會通過PCI-SIG與PCI Express 4.0標準進行標準化。 8針PCI Express聯結器可能與EPS12V聯結器混淆，EPS12V聯結器主要用於為SMP和多核系統供電。
PCI Express迷你卡
基於PCI Express的PCI Express迷你卡（也稱為Mini PCI Express，Mini PCIe，Mini PCI-E，mPCIe和PEM）是Mini PCI外形尺寸的替代品。 它是由PCI-SIG開發的。 主機裝置支援PCI Express和USB 2.0連線，每個卡都可以使用任一標準。 大多數膝上型電腦2005年之後構建使用PCI Express進行擴充套件卡; 然而，截至2015年，許多供應商正在為此目的使用較新的M.2外形尺寸。
由於尺寸不同，PCI Express迷你卡與標準全尺寸PCI Express插槽不相容; 然而，存在允許它們在全尺寸插槽中使用的被動介面卡。
1、物理尺寸
PCI Express迷你卡的尺寸為全迷你卡的30×50.95毫米（寬度×長度）。 有一個52針邊緣聯結器，由0.8 mm間距的兩個交錯行組成。 每行有八個觸點，一個間隙相當於四個觸點，然後另外18個觸點。 板的厚度為1.0毫米，不包括部件。 還規定了“半迷你卡”（有時簡稱為HMC），其大約一半的物理長度為26.8毫米。
2、電介面
PCI Express迷你卡邊緣聯結器提供多種連線和匯流排：
·PCI Express×1（帶SMBus）
·USB 2.0
·用於診斷計算機機箱上無線網路LED（即Wi-Fi）狀態的電線
·用於GSM和WCDMA應用的SIM卡（規格為UIM訊號）。
·另一個PCIe通道的未來擴充套件
·1.5 V和3.3 V電源
3、Mini-SATA（mSATA）變體
儘管共享Mini PCI Express外形，但是mSATA插槽不一定與Mini PCI Express相容。因此，僅某些筆記本與mSATA驅動器相容。大多數相容系統都是基於英特爾的Sandy Bridge處理器架構，使用了Huron River平臺。 2011年3月至4月釋出的聯想ThinkPad T，W和X系列膝上型電腦在WWAN卡槽中支援mSATA SSD卡。 ThinkPad Edge E220s / E420s以及Lenovo IdeaPad Y460 / Y560也支援mSATA。
一些膝上型電腦（特別是華碩Eee PC，蘋果MacBook Air以及戴爾mini9和mini10）使用PCI Express迷你卡作為固態硬碟。該變體使用預留和幾個非保留引腳來實現SATA和IDE介面直通，只保留USB，地面線，有時候還有核心PCIe×1匯流排保持不變。這使得“miniPCIe”快閃記憶體和固態驅動器出售上網本大部分與真正的PCI Express Mini實現不相容。
此外，典型的華碩miniPCIe SSD長71毫米，導致戴爾51毫米的型號經常被錯誤地稱為半長。 2009年宣佈推出一款真正的51 mm Mini PCIe SSD，具有兩個堆疊的PCB層，可以提供更高的儲存容量。被宣佈的設計中保留了PCIe介面，使其與標準的mini PCIe插槽相容。目前還沒有工業產品開發。
英特爾擁有眾多臺式機主機板，其PCIe×1迷你卡插槽通常不支援mSATA SSD。在英特爾支援網站上提供了PCIe x1 Mini-Card插槽（通常與SATA埠複用）本機支援mSATA的桌上型電腦主機板列表。
4、迷你PCIe v2
新版本的Mini PCI Express，M.2替代了mSATA標準。 通過M.2聯結器提供的計算機匯流排介面是PCI Express 3.0（最多四個通道），Serial ATA 3.0和USB 3.0（後兩者的單個邏輯埠）。 這取決於主機支援和裝置型別的所需級別，由M.2主機或裝置的製造商決定要支援哪些介面。
5、PCI Express外部佈線
PCI Express外部電纜PCI Express外部佈線（也稱為外部PCI Express，電纜PCI Express或ePCIe）規格由PCI-SIG於2007年2月釋出。
標準電纜和聯結器已定義為×1，×4，×8和×16鏈路寬度，每個通道的傳輸速率為250 MB / s。 PCI-SIG也期望規範將演進到500 MB / s，如PCI Express 2.0。 最大電纜長度保持不變。 使用電纜PCI Express的一個例子是一個金屬外殼，其中包含許多PCI插槽和PCI-to-ePCIe介面卡電路。 如果沒有ePCIe規範，此裝置將無法實現。
衍生形式
其他幾種型別的擴充套件卡來自PCIe，這些包括：
·高低卡
·ExpressCard：PC卡的後續版本（帶×1個PCIe和USB 2.0;可熱插拔）
·PCI Express ExpressModule：為伺服器和工作站定義的熱插拔模組化形式
·XQD卡：CompactFlash協會的基於PCI Express的快閃記憶體卡標準
·XMC：類似於CMC / PMC外形（VITA 42.3）
·AdvancedTCA：對更大應用的CompactPCI的補充;支援基於序列的背板拓撲
·AMC：對AdvancedTCA規範的補充;支援ATCA板上的處理器和I / O模組（×1，×2，×4或×8 PCIe）。
·FeaturePak：適用於嵌入式和小型應用的小型擴充套件卡格式（43×65 mm），可在高密度聯結器以及USB，I2C和多達100個I / O點上實現兩個1 PCIe連線
·通用IO：Super Micro Computer Inc的一款變體，專門用於低調機架式機箱。它的聯結器支架相反，因此它不能裝在普通的PCI Express插座中，但它是引腳相容的，如果拆下支架，可以插入。
·Thunderbolt：Intel的一個變體，它結合了DisplayPort和PCIe協議，與Mini DisplayPort相容。 Thunderbolt 3.0還結合了USB 3.1，並使用USB Type-C外形尺寸，而不是Mini DisplayPort。
·序列數字視訊輸出：一些9xx系列英特爾晶片組允許將整合視訊的另一個輸出新增到PCIe插槽（主要是專用和16通道）。
·M.2（以前稱為NGFF）
·M-PCIe通過M-PHY物理層將PCIe 3.0帶到移動裝置（如平板電腦和智慧手機）
歷史版本
在早期開發中，PCIe最初被稱為HSI（用於高速互連），並在最終確定其PCI-SIG名稱PCI Express之前，將其名稱更改為3GIO（第三代I / O）。 名為阿拉帕霍工作組（AWG）的技術工作組制定了該標準。 對於初稿，特設工作組只包括英特爾工程師; 隨後特設工作組擴大到包括行業夥伴。
PCI Express是一項不斷髮展和完善的技術。
截至2013年，PCI Express版本4已經起草，預計在2017年將達到最終規格。在2016年PCI SIG的年度開發者大會上和英特爾開發者論壇上，Synopsys展示了一款在PCIe 4.0上執行的系統，而Mellanox提供了一個合適的網絡卡。
| PCI Express 版本 | 行程式碼 | 傳輸速率 | 吞吐量 | |||
| ×1 | ×4 | ×8 | ×16 | |||
| 1.0 | 8b/10b | 2.5GT/s | 250MB/s | 1GB/s | 2GB/s | 4GB/s |
| 2.0 | 8b/10b | 5GT/s | 500MB/s | 2GB/s | 4GB/s | 8GB/s |
| 3.0 | 128b/130b | 8GT/s | 984.6MB/s | 3.938GB/s | 7.877GB/s | 15.754GB/s |
| 4.0 | 128b/130b | 16GT/s | 1.969GB/s | 7.877GB/s | 15.754GB/s | 31.508GB/s |
| 5.0 | 128b/130b | 32 or 25GT/s | 3.9 or 3.08GB/s | 15.8 or 12.3GB/s | 31.5 or 24.6GB/s | 63.0 or 49.2GB/s |
PCIe 1.0a
2003年，PCI-SIG推出了PCIe 1.0a，每通道資料速率為250 MB / s，傳輸速率為每秒2.5 gigatransfer（GT / s）。 傳輸速率表示為每秒傳輸量，而不是每秒位數，因為傳輸量包括不提供額外吞吐量的開銷位; PCIe 1.x使用8b / 10b編碼方案，導致佔用了20% （= 2/10）的原始通道頻寬。
PCIe 1.1
2005年，PCI-SIG推出了PCIe 1.1。 此更新的規範包括澄清和幾項改進，但與PCI Express 1.0a完全相容。 資料速率沒有變化。
PCIe 2.0
PCI-SIG於2007年1月15日宣佈推出PCI Express Base 2.0規範。PCIe 2.0標準將PCIe 1.0至5 GT / s的傳輸速率提高了一倍，每通道吞吐量從250 MB / s上升到500 MB / s。因此，32通道PCIe聯結器（×32）可支援高達16 GB / s的總吞吐量。
PCIe 2.0主機板插槽與PCIe v1.x卡完全向後相容。 PCIe 2.0卡也通常使用PCI Express 1.1的可用頻寬向下相容PCIe 1.x主機板。總體來說，為v2.0設計的顯示卡或主機板將與另一個v1.1或v1.0a配合使用。
PCI-SIG還表示，PCIe 2.0具有對點對點資料傳輸協議及其軟體架構的改進。
英特爾首款支援PCIe 2.0的晶片組是X38，截至2007年10月21日，各種廠商（Abit，Asus，Gigabyte）開始出貨。AMD開始使用其AMD 700晶片組系列支援PCIe 2.0，nVidia從MCP72開始。Intel的所有晶片組，包括Intel P35晶片組，都支援PCIe 1.1或1.0a。
像1.x一樣，PCIe 2.0使用8b / 10b編碼方案，因此每通道提供5 GT / s原始資料速率的有效4 Gbit / s最大傳輸速率。
PCIe 2.1
PCI Express 2.1（其規範日期為2009年3月4日）支援計劃在PCI Express 3.0中全面實施的大部分管理，支援和故障排除系統。 但是，速度與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的一些較舊的主機板之間的向後相容性，但是大多數具有PCI Express 1.1聯結器的主機板都由廠商通過實用程式提供BIOS更新，以支援向後相容性 的PCIe 2.1。
PCIe 3.0
PCI Express 3.0基本規範版本3.0在多個延遲之後於2010年11月提供。 2007年8月，PCI-SIG宣佈PCI Express 3.0將以每秒8吉位元的速度（GT / s）進行位元率，並且將與現有的PCI Express實現向後相容。當時還宣佈，PCI Express 3.0的最終規範將延遲到2010年第二季度。PCI Express 3.0規範的新功能包括增強信令和資料完整性的一些優化，包括髮射機和接收機均衡，PLL改進，時鐘資料恢復和當前支援的拓撲的通道增強。
PCI-SIG的分析發現，在PCI-SIG互連頻寬擴充套件的可行性方面進行了為期6個月的技術分析，發現每秒8個千兆傳輸速率可以在主流矽工藝技術中製造，並且可以部署在現有的低成本材料和基礎設施上，同時保持對PCI Express協議棧的完全相容性（可忽略不計的影響）。
PCI Express 3.0將編碼方案從之前的8b / 10b編碼升級到128b / 130b，將頻寬開銷從PCI Express 2.0的20%降低到大約1.54%（= 2/130）。這通過稱為“加擾”的技術來實現，該技術將已知的二進位制多項式應用於反饋拓撲中的資料流。因為加擾多項式是已知的，所以可以通過使用反多項式的反饋拓撲執行資料來恢復資料。 PCI Express 3.0的8 GT / s位元率有效地提供每通道985 MB / s，實際上相對於PCI Express 2.0的通道頻寬翻倍
2010年11月18日，PCI特別興趣小組正式向其成員釋出了完成的PCI Express 3.0規範，以便根據新版本的PCI Express構建裝置。
PCIe 3.1
2013年9月，PCI Express 3.1規格已經宣佈在2013年底或2014年初發布，在三個方面整合了PCI Express 3.0規範的各種改進：電源管理，效能和功能它於2014年11月釋出。
PCIe 4.0
2011年11月29日，PCI-SIG宣佈PCI Express 4.0提供16Gb / s位元率，使PCI Express 3.0提供的頻寬增加一倍，同時保持軟體支援和二手機械介面的向後相容性。 PCI Express 4.0規格也將帶來OCuLink-2，這是Thunderbolt聯結器的替代品。 OCuLink版本2將具有高達16 GT / s（總共8GB / s×4通道），而Thunderbolt 3聯結器的最大頻寬為5GB / s。 另外，還要研究主動和空閒功率優化。 最終規格預計將於2017年釋出。
在2016年8月，Synopsys在英特爾開發者論壇上展示了執行PCIe 4.0的測試機。 他們的智慧財產權已經授權給幾家計劃在2016年底提供其晶片和產品的公司。
PCI-E SD 7.0
2018年6月，SD協會已經基本完成了全新一代SD 7.0標準規範的制定工作，計劃在2018年6月26-28日上海舉辦的MWC大會上正式公佈。 [4]
擴充套件和未來方向
一些供應商提供PCIe光纖產品，但這些通常僅在特定情況下才能使用，其中透明PCIe橋接優於使用更主流的標準（如InfiniBand或乙太網），可能需要額外的軟體支援它當前的實現集中於距離而不是原始頻寬，並且通常不實現全×16鏈路。
Thunderbolt由英特爾和蘋果公司共同開發，作為將DisplayPort埠組合在一起的通用高速介面，最初旨在成為全光纖介面，但由於建立消費者友好的光纖互連大多數早期實現是混合銅纖維系統。一個顯著的例外，Sony VAIO Z VPC-Z2使用帶有光學元件的非標準USB埠連線到外接PCIe顯示介面卡。蘋果一直是2011年Thunderbolt採用的主要動力，儘管其他幾家供應商已經宣佈推出具有Thunderbolt的新產品和系統。
移動PCIe規範（縮寫為M-PCIe）允許PCI Express架構在MIPI Alliance的M-PHY物理層技術上執行。基於已經廣泛採用的M-PHY及其低功耗設計，移動PCIe允許PCI Express在平板電腦和智慧手機中使用。
OCuLink（代表“光銅鏈路”）是“電纜版PCI Express”的擴充套件，作為Thunderbolt介面版本3的競爭對手。將於2015年秋季釋出的OCuLink版本1.0支援通過銅纜佈線的PCIe 3.0 x4通道（8 GT / s，3.9 GB / s）光纖版可能會在將來出現。 [2]
硬體協議摘要
PCIe鏈路是圍繞稱為通道的序列（1位）點對點連線的專用單向耦合的。 這與早期的PCI連線形成鮮明對比，PCI連線是基於匯流排的系統，其中所有裝置共享相同的雙向32位或64位並行匯流排。
PCI Express是一種分層協議，由事務層，資料鏈路層和物理層組成。 資料鏈路層被細分為包括媒體訪問控制（MAC）子層。 物理層被細分為邏輯和電子子層。 物理邏輯子層包含物理編碼子層（PCS）。 這些術語借鑑了IEEE 802網路協議模型。
物理層
PCIe物理層（PHY，PCIEPHY，PCI Express PHY或PCIe PHY）規範分為兩個子層，對應於電氣和邏輯規範。邏輯子層有時被進一步劃分為MAC子層和PCS，儘管該劃分不是PCIe規範的正式部分。英特爾公佈的PCI Express（PIPE）PHY介面（58）定義了MAC / PCS功能分割槽以及這兩個子層之間的介面。 PIPE規範還標識了物理介質連線（PMA）層，其中包括序列器/解串器（SerDes）和其他類比電路;然而，由於SerDes實現在ASIC供應商之間差異很大，PIPE沒有指定PCS和PMA之間的介面。
在電平上，每個通道由兩個以2.5,5,8或16 Gbit / s為單位的單向LVDS對組成，具體取決於協商的能力。傳送和接收是單獨的差分對，每個通道總共有四條資料線。
任何兩個PCIe裝置之間的連線稱為鏈路，並且由一個或多個通道的集合構建。所有裝置必須最低限度地支援單通道（×1）鏈路。裝置可以可選地支援由2,4,8,12,16或32個通道組成的更寬的鏈路。這樣可以通過兩種方式實現非常好的相容性：
PCIe卡在任何至少與其一樣大的插槽中物理適配（並且正常工作）（例如，x尺寸的卡將在任何大小的插槽中工作）;
只要提供較大物理槽所需的地面連線，則物理尺寸較大（例如×16）的槽可以更少的通道連線（例如，×1，×4，×8或×12）尺寸。
在這兩種情況下，PCIe協商最高相互支援的通道數。驗證了許多顯示卡，主機板和BIOS版本，以支援同一連線上的×1，×4，×8和×16連線。
儘管這兩者將是訊號相容的，但通常不可能將一