简介
PCI Express 5 (PCIe 5) 有哪些新功能？最新的 PCI Express 标准，即 PCIe 5的传输速率是 PCIe 4.0 规范的两倍。
具体来说，即每秒 32 Gigatransfers(GT/s) vs. 16GT/s，其 x16 链路的总带宽，可达到每秒近 128 GB (GBps)。
进行这种速率能支持提升新一代人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 应用，以及基于云的工作负载。
想了解更多关于 AI/ML 应用和基于云的工作负载的信息？
AI/ML显著增加了网络带宽, 也加速了更高速率网络协议的实现。在网络协议更迭的过程中，每两年网速就会翻倍。
您可在下文中找到更多 PCIe 5 的信息。
目录
1. PCI Express：常见问题解答 (FAQ)
2. PCIe 5：开启新时代
3. PCIe 5 与 PCIe 4（+含比较表）
4. PCIe 5：应用和市场
5. Rambus 成套 PCIe 5 接口解决方案
6. 总结
PCI Express：常见问题解答 (FAQ)
让我们解答五个有关 PCI Express 和 PCIe 5 的常见问题。
a. PCI Express 5 是什么？
PCIe 5 是高速串行计算机扩展总线标准，可以在不同组件之间以高带宽传输数据，其于 2017 年发布初步规范。于 2019 年 5 月正式发布 PCIe 5.0 规范。
你可能会好奇，为什么需要一个像 PCIe 5 这样的新的 PCI Express 标准。PCIe 5 可提供比前一代 PCIe 4 多一倍的数据传输速率，即从 16GT/s 提升至 32GT/s。这对于支持新的 AI/ML 应用和以云为中心的运算意义重大。
b. 为什么既有 GT/s 又有 GBps？
GT/s 是一种原始速度度量，即我们在一秒内可以传输的位数。数据速率则同时必须考虑到编码信号的损耗。带宽为数据速率乘以链路宽度，因此编码开销对数据速率的影响就会直接转换为对带宽的影响。
过去在 PCIe 2 的时代，编码方案为 8b/10b，因此在编码上的损耗十分惊人。在如此巨大的损耗之下，传输速率 (x GT/s) 和数据速率 (y Gbps) 这两种度量的区别就特别实用，其中“y”仅为“x”的 80%。
PCI Express 标准从第 3 代一直到现在的第 5 代，已经迈入了非常高效的 128b/130b 编码方案，所以现在的损失不到 2%。这样，链路速度和数据速率基本相同。
PCI Express 标准从第 3 代一直到现在的第 5 代，已经迈入了非常高效的 128b/130b 编码方案，所以现在的损失不到 2%。这样，链路速度和数据速率基本相同。
对于 PCI 5 x8 链路，32GT/s 原始速度会转换为 31.5GBps 带宽（我们选择的是 x8 链路，所以我们可以直接从位转换为字节）。并且因为 PCIe 为双向链路，所以总带宽约为 63GBps（对于双向链路，32GT/s x 8 通道 / 8 位每字节 x 128/130 编码 x 2）。（注意：乘以2因为是双工链路）
c. PCI Express 通道是什么？
那么 PCI Express 通道是什么？实际上一个 PCIe 通道由 4 根信号线组成，以支持 2 对差分信号。一对传输数据（从 A 到 B），另一对接收数据（从 B 到 A）。最重要的部分是什么呢？每个 PCIe 通道都设计为全双向收发器，可以同时在两个方向上传输 128 位数据包。
d. PCIe x16 是什么意思？
我们已经讨论了通道，但是它们与 x16 有什么关系? 实际上术语“PCIe x16”是指在电路板或显卡上实体化的 16 通道链路。实体 PCIe 链路可能包括 1、2、4、8、12、16 或 32 条通道。实际上 32 通道链路十分罕见，所以一般而言 x16 表示 PCI Express 链路的顶配选项。
e. PCI Express 的用途是什么？
我们已经讨论了有关 PCIe 5 的很多内容，但是 PCI Express 实际上的用途是什么？
你可以把 PCIe 接口看作是系统的“骨干”，在不同的计算节点之间以高带宽传输数据。那么到底是什么呢？简单来说，PCIe 5通过各种已配置通道宽度的链路，在各个 CPU、GPU、FPGA 和 ASIC 加速器之间快速传输数据，以满足互联设备的带宽需求。
PCIe 5：开启新时代
既然我们已经了解了一些 PCI Express 基本知识，接下来就可以仔细地了解一下 2019 年 5 月正式发布的 PCIe 5。
PCIe 5 在构建新的基于云和 AI/ML 的应用上，提供系统设计者期待已久的功能。
你可能正在思考这是如何做到的。
首先，PCIe 5 可提供比其前身 PCIe 4 多一倍的比特传输率，即从 16GT/s 提升至 32GT/s。对于 x16 通道的链路，总带宽可扩展至 128GBps。
此外，还有一个重点：PCIe 5 具有更高的传输速率，使系统设计人员能够轻易地平衡带宽需求，对于 40GigE 和 SSD 等特定应用，只需使用更少的通道，就可平衡带宽需求。而对于 AI 和 ML 等要求更高的高带宽应用，则可以充分地利用 x16 通道。
想知道 PCIe 5 技术还为系统设计者带来了什么惊喜吗？PCIe 5 有望成为其他互联技术的基石。例如，英特尔最近宣布，其即将推出的 Compute eXpress Link (CXL) 缓存一致性互连协议将使用 PCIe 5 标准的物理层 (PHY) 规范。
因为速度的增加将引起更多的信号完整性 (SI) 问题，所以与 PCIe 4 相比，PCIe 5 在底层增加了更多的功能来解决信号损耗和噪声的问题。
PCIe 5 与 PCIe 4
以下是从数字角度对 PCIe 5 与 PCIe 4 做一个简单比较，实际总带宽针对编码开销进行了调整。
PCIe 5：应用和市场
AI/ML 和云计算
毫无疑问，PCIe 5 是有史以来最快的 PCI Express。速率的提升让如今的应用运行得更快，而关于 PCIe 5，尤其令人兴奋的是，其能够支持市面上新兴的应用，如AI/ML 和云计算。
AI 应用以实时速度生成、移动和处理大量数据。例如，使用 AI 的智能汽车每天可生成的数据多达 4TB！
这还不是全部，AI/ML 训练模型的大小每 3-4 个月就会翻倍。数据洪流，以及训练模型的快速增长给计算架构的各个方面都带来了巨大压力，同时设备和系统之间的互联也显得尤为重要。同样重要的还有对内存的快速访问，因为 AI/ML 工作负载是计算密集型的。
不过，虽然 AI/ML 是主要的大趋势，其他趋势也存在。数据中心正在发生变化，原因之一就是企业工作负载正快速迁移到云端。那些应用的存在意味着要迁移更多数据，通常是以实时速率和延迟来迁移。
这种向云端的转变，以及越来越复杂的 AI/ML 应用，正在加速更高速率网络协议的应用，这些协议的速率大约每两年就要翻一番：100GbE->200GbE->400GbE->800GbE.
在这个节点上，PCI express 5 就有了用武之地。 PCIe 5 可在 x16 配置中提供近 128GBps 的总带宽。简单来说，PCI express 5 通过支持更高速率的网络协议与系统设备互联，有效地解决了 AI/ML 和云计算的需求。
Rambus 成套 PCI Express 5 接口解决方案
了解了 PCI express 5 的主要优势，那么要从哪里获得这款可靠的 PCIe 5 呢？
Rambus 可提供综合的 PCI Express 5 (PCIe 5.0) 接口解决方案 该方案由 PCIe 5.0 PHY 和经共同验证的 PCIe 5.0 数字控制器（来自最近收购的 Northwest Logic）组成。
最重要的是，使用由经共同验证的 PHY 和控制器构成的综合解决方案，能够为芯片设计师大幅减低集成复杂度。
如果您已经有了其他供应商的 PCIe 5 PHY 或控制器，或者已经做过内部开发，也没关系。
如果需要的话，Rambus PCIe 5 PHY 和控制器均可与符合 PIPE 5.2 的第三方解决方案匹配。此外，PHY 和控制器均可回溯兼容 PCIe 4、3 和 2。
这还不是全部。 Rambus PCIe 5 PHY 支持 Compute Express Link (CXL) 连接标准，这是一种新的高速互联标准，用于将 CPU 与工作负载加速器或其他连接设备互联。这有助于为 AI/ML 应用中 CPU 的加速器增益。
总结
在“PCI Express 5 与 PCI Express 4：有哪些新功能？”部分中，我们解释了 PCI Express 是如何作为系统骨干，根据互联设备的带宽需求，通过各种已配置通道宽度的链路，在各个 CPU、GPU、FPGA 和 ASIC 加速器之间快速传输数据。
我们还详细介绍了最新的 PCI Express 标准 PCIe 5。该标准的速率是其前身 PCIe 4 的两倍，其中 PCIe 5 与 PCIe 4 的原始速率分别为 32GT/s 与 16GT/s，转换为 x16 链接宽度后，分别是 ~128GB/s 与 ~64GB/s。
随后，我们又探讨了 PCIe 5 所具备的更高数据速率是如何帮助系统设计师，从而支持新一代云计算和 AI/ML 应用的。
最后，我们重点介绍了 Rambus 综合 PCI Express 5 (PCIe 5.0) 接口解决方案 该方案由 PCIe 5.0 PHY 和经共同验证的数字控制器组成。这款综合解决方案在提供先进性能的同时，为芯片设计师大幅减低了集成复杂度。
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