PCI Express（PCIe）規范在3.0代保持了近七年（從2010年到2017年），通道以每秒8千兆傳輸（GT / s）的速度運行。

在此期間，計算和網絡帶寬需求繼續快速增長。在這段時間即將結束時，PCIe 越來越成為提高系統性能的瓶頸。

隨著數據處理需求和帶寬需求的不斷加速，業界采取了更加積極的方法來提升 PCIe 的性能，以確保它與其他技術保持同步。PCI-SIG已承諾在兩年內升級標準。PCIe 4.0 于 2017 年推出，并于 2019 年底隨著 AMD EPYCTM 7002（羅馬）處理器的推出在主流服務器中首次亮相。PCIe 4.0 將車道速度提高一倍，達到 16 GT/s。

然而，由 AI/ML、高性能計算 （HPC） 和其他數據中心工作負載驅動的對更大帶寬的需求是永不滿足的。云中的網絡正在從 100 Ggb 以太網 （GbE） 轉變為 400 GbE。因此，雖然 PCIe 4.0 最近才上市，但它已經不足以支持這些更快的網絡速度。因此，在 2022 年初，我們將看到新服務器架構向下一代 PCIe 標準的過渡。

進入 PCIe 5.0。PCIe 5.0 標準在性能上又提高了一步，以增加帶寬并最大限度地減少數據中心和邊緣的通信延遲。它將數據速率擴展到 32 GT/s，車道速度比上一代又翻了一番。這允許具有高性能工作負載的應用程序（如基因組學、AI/ML 訓練、視頻轉碼和流媒體游戲）的進一步發展，所有這些應用程序的復雜性都在增加，并且要求越來越并行處理。

由于需要高帶寬，企業和云數據中心有望成為PCIe 5.0的早期采用者。然而，鑒于越來越多的低延遲和時間敏感型應用程序，PCIe 5.0 在邊緣的采用將很快隨之而來。典型的超大規模數據中心可以幫助說明接口的部署位置。

超大規模數據中心有三個主要元素：網絡、計算和存儲。這是一種非常典型的云架構，也稱為數據中心的葉脊架構。在此體系結構的基本節點上是服務器機架，這些機架組合在一起形成群集。基本計算，處理，基本上發生在這些服務器中。隨著工作負載變得越來越復雜，并行性也在增加，從而推動了東/西流量（數據中心內流量）的增加。

此外，應用程序現在跨越機架內的多個服務器或多個機架。架頂式 （ToR） 交換機負責機架內服務器之間的數據流量交換。連接這些是葉交換機，可在群集內的機架之間實現數據流量。

再往上一層，有一個骨干交換機，使流量能夠在數據中心內的集群之間流動。ToR 交換機的前面板是以太網 QSFP 節點，將其連接到機架內的服務器。服務器在 ToR 交換機的以太網連接的另一端有一個網絡接口卡 （NIC）。

400 GbE 是一種雙向鏈路，可在兩個方向上提供每秒 400 千兆位 （Gb/s） 的帶寬。這意味著 800 Gb/s 或每秒 100 GB （GB/s） 的總帶寬。PCIe 5.0 也是雙向的，通常實例化為 x16 接口。這意味著 32 GT/s，雙工乘以 2，乘以 16 通道，除以每字節 8 位，（32 x 2 x 16）/8 或 124 GB/s。這足以支持全速運行的 400 GbE NIC，而 PCIe 4.0 實施的 16 GT/s 數據速率則無法支持。

PCIe 5.0 也提高了在 CPU 和 SSD 控制器之間對 NVMe 驅動器進行非常快速的視頻存儲訪問所需的性能。從存儲的角度來看，視頻正在擴展到越來越高的分辨率，這意味著控制器和CPU之間的接口必須變得越來越快，而U.2外形尺寸需要x4接口。以 PCIe 5.0 的速度運行，這意味著 32 GB/s 的總帶寬。

這種對帶寬的貪婪需求永無止境。更多的帶寬可以提高工作負載，使新的應用程序成為可能，這些應用程序在永無止境的良性循環中再次需要更多的帶寬。PCIe 5.0 代表了最新一代的系統接口標準，它正變得無處不在，用于連接計算設備內部的芯片，就像以太網用于設備之間的連接一樣。隨著PCI Express標準現在處于兩年的升級節奏，PCIe 5.0將成為邁向更高水平的計算性能的重要組成部分。

審核編輯：郭婷