什么是 PCIe？

外设 组件 互连express（PCIe）是当今计算机中用于组件和外设的标准化互连标准。它允许固态硬盘（SSD）、显卡和扩展卡等组件插入任何现代主板并正常工作，而无需依赖专有接口或非标准协议——这些接口或协议往往会导致系统故障或使安装过程变得复杂。

PCI Express 旨在作为组件和外设的行业标准互连接口，以取代早期个人电脑主板上的独立接口，即 AGP 和 PCI。 当时，我们使用 AGP 接口连接显卡，而 PCI 接口则用于声卡、网卡、RAID控制器等设备。2003 年 PCI Express 问世后，取代了所有这些接口。其设计预留了充足的扩展空间，以适应未来带宽和性能的提升，因此预计将拥有非常长的使用寿命。即使在今天，它仍然处于技术前沿，但关于这一点，稍后会详细说明。

PCI Express 是一种设备间的点对点串行接口，PCIe 设备与 CPU 及芯片组通过连接两端内置的物理“通道”进行通信。每个 PCIe 通道使用两对铜缆，可同时双向传输数据；该设计精妙之处在于，通过增加（或使用）更多通道，便能相对轻松地提升带宽。 此外，它还具备向后兼容性，因此 PCIe 3.0 设备在 PCIe 4.0 系统上也能正常工作，这使其成为一种设计极为灵活的独特接口。

PCI Express 技术目前是 AMD 和英特尔 CPU 及 CPU 芯片组的共同特性，因此当您查看规格表时，会发现这两家厂商的产品对 PCI Express 的支持均以“PCIe 通道数”的形式列出。可用通道数因 CPU 和 CPU 芯片组而异，旗舰产品提供的通道数更多，而主流产品则较少。

请注意，CPU 和芯片组都有各自的 PCIe 通道，但尽管所有通道最终都连接到 CPU，它们却并不完全相同。 来自芯片组的通道必须通过 DMI 链接（Direct Media Interface）连接到 CPU，而直接连接到 CPU 的通道则绕过了这个中间连接器。这意味着，您应注意将显卡和至少一块主 SSD 插在那些不使用该中间连接的插槽中。

所有 PCIe 设备都会使用特定数量的通道，用小写字母“x”和一个数字来表示其使用的通道数。 例如，像RTX 5090这样的现代 GPU 属于 PCIe 5.0 x16 设备，这意味着它采用的是 PCI Express 标准的第 5 代（PCIe 5.0 或 Gen 5），并使用 16 条通道进行数据传输，这是当前允许的最大数量。 此外，还有使用8条通道（x8）、4条通道（x4）、2条通道（x2）和1条通道（x1）的设备。

当然，使用更多通道也会带来一些代价，例如额外的发热和功耗，毕竟在计算领域从来没有“免费的午餐”，但能够根据需要使用不同数量的通道进行数据传输，这为硬件制造商在产品设计时提供了更多选择。

反之亦然，即设备可以从x16降至x8以节省功耗并降低发热量，前提是性能不受太大影响，或者性能下降是一个值得接受的权衡。

自问世以来，PCI Express 每一代都能将接口提供的带宽翻一番，这确实是一项惊人的成就。预计在可预见的未来，这种带宽翻倍的趋势还将持续，这让我们这些 PC 用户不禁心驰神往——想象着 PCIe 7.0 显卡的带宽将是当前显卡的四倍。不过，显卡能否真正利用起如此大的带宽，则是另一回事了。

正如我们上文所述，PCI-SIG中负责PCI Express接口的团队成功地使每一代PCIe Express的带宽翻倍，这一趋势预计将在未来很长一段时间内持续下去。以下是迄今为止的发展历程：

上图中一个非常值得注意的现象是，我们可以发现如今每一代 PCIe 标准的使用周期都相当长。图中显示，PCIe 5.0 虽于 2019 年推出，但到了 2025 年的今天仍未完全占据主导地位，因为大多数设备仍在使用 PCIe 3.0 和 4.0。 事实上，英伟达的新款RTX 50系列是PCIe 5.0显卡，但这对该公司而言尚属首次——其2022年推出的Ada Lovelace 40系列显卡仍采用PCIe 4.0标准。AMD上一代7000系列显卡同样采用PCIe 4.0，但两家公司的最新显卡终于都升级到了PCIe 5.0。

与此同时，图表指出，虽然 PCIe 6.0 已于 2021 年发布，但距离其进入市场还有数年时间，而要普及开来则还需要数年，这可能要到 2030 年左右。这样一来，PCIe 7.0 大概会在 2035 年左右问世，因此这些标准的生命周期非常长，且往往在市场真正需要之前很久就已推出。

在 2025 年，PCIe Express 设备是指任何插入主板上 CPU 下方的插槽中的设备，这意味着 GPU 以及插入 PCIe 插槽的任何扩展卡。这包括 USB 扩展卡、网卡、RAID 控制器、声卡等。 请注意，M.2 SSD 也是 PCI Express 设备，它们在当今的主板上拥有专用的接口，虽然与扩展插槽不同，但功能相同——即连接至 CPU 和芯片组，以便向主机系统传输数据。

虽然PCI Express在每次迭代中都会将带宽翻倍，但这并不意味着性能也会翻倍，当前市面上的M.2固态硬盘就是这一现象的典型例证。 PCIe 4.0 SSD 已面世多年且非常普及，其带宽上限约为 7GB/s。另一方面，PCIe 5.0 硬盘更为新颖，可提供高达约 12-14GB/s 的带宽，这看似是一个不言而喻的升级选择，但在实际应用中，这两类硬盘之间的实际性能差异可能非常大，也可能微乎其微，这完全取决于具体的使用场景。

正如我们在本文中指出的那样，如果你确实需要反复读写大文件，那么这将是一次巨大的升级。不过，如果你主要将固态硬盘用于游戏，那么游戏加载时间的差异可能微乎其微。

目前，PCIe 5.0 固态硬盘面临的另一个问题是，它们比 PCIe 4.0 硬盘更贵，而且配备 PCIe 5.0 固态硬盘 M.2 接口的主板尚未普及，但这种情况在未来 5 年内将会改变。

由于本文撰写于2025年年中，我们都在期待PCIe 5.0成为新标准，但这可能还需要几年时间。 AMD和英特尔的最新CPU芯片组均支持PCIe 5.0，AMD和英伟达的GPU也已支持PCIe 5.0，因此预计目前所有新硬件都将支持这一最新接口，这将有助于PCIe 5.0成为新标准。 当市场上只有支持PCIe 5.0的设备可供选择时，将有更多人从PCIe 4.0升级到PCIe 5.0。例如，到了2027年，如果你想购买一块新的M.2固态硬盘，很可能只能选择PCIe 5.0设备——这就像如今很难买到DDR4内存一样，因为市场已经转向了DDR5。

因此，几年后，我们或许会开始看到 PCIe 6.0 设备陆续面世，但据我们推测，相关的新硬件要到 2028 年左右才会问世。考虑到 PCIe 5.0 在市场上站稳脚跟所花费的时间——超过 6 年——这些设备可能要到本十年末才会流行起来。

话虽如此，PCI-SIG 目前也在紧锣密鼓地制定 PCIe 7.0 标准，因此正如我们上文所述，这是一个极具前瞻性的组织，总是比当前市场领先好几步，这对整个 PC 行业来说是个好消息。