PCIE 信息

PCIe（外围组件互连快件）是用于连接高速组件的接口标准。每台台式电脑主板有许多 PCIe 插槽，可用于添加通用显卡，各种外设卡，无线网卡或固态硬盘等等。PC 中可用的 PCIe 插槽类型将取决于你购买的主板.

PCIe 插槽有不同的物理配置：x1、x4、x8、x16、x32。x 后面的数字告诉您 PCIe 插槽有多少个通道（数据如何传入和传出 PCIe 卡）。PCIe x1 插槽有一个通道，可以以每个周期一位的速度移动数据。PCIe x2 插槽有两个通道，可以以每周期两位的速度移动数据（依此类推）。

你可以将 PCIe x1 卡插入 PCIe x16 插槽，但该卡将接收较少的带宽。同样，你可以将 PCIe x8 卡插入 PCIe x4 插槽，但与 PCIe x8 插槽中的带宽相比，它只能使用一半的带宽。

PCIe 世代比较

当前几代 PCIe

PCIe标准目前有五个不同的代系：PCIe 1.0，PCIe 2.0，PCIe 3.0，PCIe 4.0和PCIe 5.0。带宽每一代都会翻倍。

你如何知道 PCIe 扩展卡的性能如何？你的 PCIe 卡将以当前最低一代运行。因此，如果你将PCIe 2.0卡放入PCIe 3.0插槽中，你将获得PCIe 2.0性能。

PCIe 4.0

PCIe 4.0 标准于 2017 年首次亮相，可提供 64 GBps 的吞吐量。它可用于企业级服务器，但仅在2019年才可用于SSD。AMD 锐龙 3000 系列 CPU于2019年7月首次亮相，是第一个台式处理器支持 PCIe 4.0 x16的CPU。为了获得全面支持，用户需要购买 X570 芯片组来获得支持。

PCIe 5.0

官方PCIe 5.0标准于2019年5月发布。它将带来128 GBps的吞吐量。该规范与前几代 PCIe 向后兼容，还包括新功能，包括用于提高信号完整性的电气更改和用于附加卡的向后兼容的 CEM 连接器。英特尔是第一个在CPU方面采用PCIe 5.0及其Alder Lake平台的公司。然而，第一批PCIe 5.0设备预计将于2022年面向企业客户首次亮相，消费者产品也将紧随其后。

定义PCIe标准的PCI-SIG期望PCIe 4.0和PCIe 5.0共存一段时间，PCIe 5.0用于高性能需求，渴望最大的吞吐量，例如用于AI工作负载和网络应用程序的GPU。因此，PCIe 5.0将主要用于数据中心，网络和高性能计算（HPC）企业环境，而不太密集的应用程序，如台式PC使用的应用程序，将适用于PCIe 4.0。

未来的 PCIe 世代：PCIe 6.0

PCIe 6.0

2019年6月，PCI-SIG表示将发布PCIe 6.0的标准,在2021年（该规范目前在修订版 0.7 .我们预计至少要到2022年底才能看到产品，如果不是2023年的话。

PCIe 6.0 将使 PCIe 5.0 的带宽翻倍，达到 256 GB/s，在相同的最大通道数 16 中。数据传输速率将达到每引脚64 GT / s，高于PCIe 5.0的32 GT / s.PCIe 6.0也有望向后兼容以前的PCIe世代。

PCIe4.0固态硬盘这一概念的提出早在2017年，在2019年市面上就已经出现PCIe4.0固态硬盘，但当时由于支持PCIe4.0固态的主板比-较少，加上PCIe4.0固态价格比较高，导致PCIe4.0固态并没有快速普及，只有少数发烧玩家才能尝到PCIe4.0固态的甜头。2021年，Xbox Serirs X/S、PlayStation5都看中了PCIe4.0固态超高的I/O性能，均配备PCIe4.0固态，极大提高了地图加载、关卡加载、场景切换的速度。

今年是PCIe4.0固态开始普及的第四个年头，主流的B660 Intel芯片组主板以及B550 AMD芯片组主板已经标配PCIe4.0 M.2接口，少数H610芯片组主板甚至也配备了PCIe4.0 M.2接口，可以说PCIe4.0成为主流固态已经具备了一些条件。

现在是普通玩家入手PCIe 4.0固态的合适时机吗，PCIe4.0固态相较PCIe3.0有哪些提升，相比之下的体验又如何？学弟手里也是搞到了一条宏碁掠夺者GM7000 1TB固态，到手价999元，相比同容量的980 PRO便宜400元，算是一个不错的价格。

本篇文章会以此硬盘为例，从固态硬盘科普的角度，由浅入深的跟大家聊聊PCIe4.0固态体验到底如何，是否值得买！

M.2固态硬盘由哪些部分组成

以我手上的宏碁掠夺者GM7000 1TB为例，它由主控芯片、缓存颗粒、闪存颗粒三个部分组成。其中缓存颗粒并不是每一块固态硬盘上都有的，缓存颗粒只存在于部分中高端硬盘上，大多数中低端硬盘没有缓存颗粒。

主控芯片的作用

我们可以简单地把主控理解为“大脑”，SSD主控本质上就是一个微处理器，具备运算能力，也是整块SSD组成中最具有技术含量的元件。主控主要负责SSD中数据的写入擦除，均衡内存颗粒的使用，延长SSD的寿命。

由于主控芯片的技术门槛比较高，目前主控品牌比较少，多集中于美国、中国台湾、中国大陆地区，常见的有慧荣、群联、Marvell、三星等。得益于国家最近今年对芯片国产化的扶持，出现了很多国产主控厂商，如国科微、得一微、联芸科技、华澜微、英韧、忆芯、得瑞等。

本次参与PCIe4.0与PCIe3.0对比评测的两款固态，其主控均来自中国大陆厂商。参与本次评测PCIe4.0固态宏碁掠夺者GM7000的主控来自英韧科技的旗舰级主控，代号IG5236CAA。

Rainier IG5236 采用先进的12nm FinFET CMOS 制造工艺，是一款业界领先的PCIe Gen4 x4、NVMe 1.4 固态硬盘主控芯片，在硬件实力上还是很不错的，目前市面上顶级PCIe4.0固态基本上都是用的这个主控。

（下图是来自英韧科技官网的数据）

缓存颗粒的作用

固态硬盘的缓存分为DRAM缓存和SLC缓存两种。

DRAM缓存使用的是缓存颗粒（DRAM芯片）作为缓存，固态硬盘上的缓存颗粒一般不会用来直接缓存数据，其主要用来存储FTL缓存映射表，这个映射表表达了闪存单元物理地址同文件系统逻辑地址之间的关系。固态硬盘不管有没有闪存颗粒，都有FTL映射表，不同之处在于无闪存颗粒的的固态硬盘通常把表的主体放在闪存中，随用随取，效率较低。

中高端固态硬盘会把FTL映射表完整地放入DRAM缓存中，通常按照1GB：1MB的比例配置DRAM缓存。市面上带有DRAM缓存的固态硬盘还会随硬盘容量大小不同，缓存大小也不同，主要原因是某些固态品牌为了节省成本。

如果你所购买的固态硬盘容量为1TB，但只配备512MB DRAM缓存，这种情况下DRAM缓存只能管理512GB的闪存空间。这类硬盘虽然配备了DRAM缓存，但依旧存在一些不足。

建议大家在选购中高端带有DRAM缓存的固态硬盘时，应按照“缓存容量=闪存容量/1000“公式进行换算。也就是512GB固态应配备512MB缓存，1TB固态应配备1GB缓存，以此类推。就比如本次测试的宏碁掠夺者GM7000就是按照以上公式配备的缓存，这也是我选择它的原因之一。

没有配备DRAM缓存的固态硬盘，基本都是使用SLC模拟缓存来提升连续读写速度的。

何为模拟SLC？

要解释模拟SLC需先从闪存颗粒类型说起，目前常见的闪存颗粒类型有SLC、MLC、TLC、QLC四种。1个SLC单元只可以存储1bit数据，1个MLC单元只可以存储2bit数据，1个TLC单元只可以存储3bit数据，1个QLC单元只可以存储4bit数据。

这样说大家可能不好理解，给大家举个例子。我们可以简单地理解为每种颗粒的空间都是一个标准大小的停车位，将1bit数据比做成1辆小汽车。QLC这个车位里停了4辆车，TLC车位里停了3辆车，MLC车位里停了2辆车，SLC颗粒里只停了一辆车。

如果这些车位中的车全部要出去，那种车位里的车出去得最快呢？

答案很明显是"SLC颗粒"。

了解以上四种闪存颗粒后，就很容易理解何为模拟SLC了。比如TLC模拟SLC，就是将三个TLC颗粒合并到一块使用，也就是说我用三个TLC颗粒停车场去停三辆车，这样就能达到类似于SLC颗粒的速度。

模拟SLC缓存的固态硬盘在使用时，主控会先将数据写入SLC缓存中，当缓存写满后，才会向TLC闪存中写入，这样就会造成写入速度的断崖式下跌（也有全盘模拟SLC的，这种情况另说），此时的速度也被称为缓外速度，缓外速度的高低也是判断SSD性能的一个指标。

闪存颗粒的作用

闪存颗粒一直担任着数据存储的重任，闪存颗粒的好坏决定了硬盘的使用寿命和性能。目前能够提供闪存颗粒的厂商并不是很多，基本都是国外的几家厂商。不过近几年来国内自主研发的颗粒也已经上市，并且目前已经有很多硬盘搭载国产颗粒了。

本次测试的宏碁掠夺者GM7000使用的则是自封片，其本体是镁光176层TLC颗粒。

问题又来了，所谓的“自封”是什么？

想要了解什么是“自封”，需先了解闪存颗粒的等级划分！除了颗粒类型，闪存颗粒的生产厂商还会将不同品质闪存颗粒划分等级，依次为正片、白片、黑片。

正片是经过行业生产要求检验以及原厂生产要求检验合格的颗粒。其分为两种，一种是由闪存颗粒生产商封装的优质颗粒，俗称原厂；另一种是由品牌方向闪存颗粒生产商直接采购晶元，之后再由品牌方进行封装而成，品质与原厂封装相同，均为正片。

白片是符合行业生产要求检验合格的晶元封装而成的，其未通过原厂生产要求检验，但仍可以进行销售，这也导致白片在质量方面无法完全保证，有可能好，有可能一般。

黑片是在原料筛选的初级阶段便被定为有问题的部分，实际上是应该被弃用的原材料，但还可能通过某些渠道流入市场。

总线、协议、接口分别指什么？

什么是总线？

要知道，计算机内部有很多的电子元器件，就比如CPU插槽、内存插槽、PCIe插槽、M.2插槽、SATA接口等。在计算机使用的过程中，它们之间会有数据沟通和传输的需求。就比如CPU需要向内存传输数据，就需要有一根线在CPU和内存中间将两者连接起来。

在电脑主板上，不同设备之间交互数据的通路就被称为总线。

这里先给大家一个带宽的概念，方便后面讲PCIe3.0与PCIe4.0.

无论什么线路，都是有最大负载的，这就像家中的电线一样，4平方铜线比2平方铜线能承载更大的瓦数。主板上也是一样，总线也有一定的承载能力，总线在单位时间内传输的数据量称为总线带宽。

目前常见的总线有SATA、PCIe、SAS，目前消费级电脑里SATA和PCIe总线使用的比较多，SAS总线主要在服务器上使用。

什么是协议？

谈起固态硬盘的接口一定避不开“协议”这两个字，简单地讲“协议”其实就是主板内部的一种规矩。

举个例子，你不会英语，有个使用英语的人询问你附近的公共厕所在哪，你完全听不懂对方在说什么，所以也就无法回答他的问题。

在主板中，协议规定了两个设备如何识别对方、如何建立连接、使用的讯号类型、数据编码解码方式、数据传输类型......两个设备只有协议完全一样或者相容，才能正常通讯。

拿前面的例子讲就是，你是一名中国人，会中文和英文两种语言，有一个只会英文的人询问你附近的公共厕所在哪，你能听懂他问的问题，也能回答他问的问题。

目前常见的协议有AHCI、NVMe、SCSI三种，其中AHCI协议对应SATA总线和PCIe总线，NVMe协议只对应PCIe总线，SCSI协议对应PCIe总线和SAS总线。

SSD接口有哪些？

目前你能接触到的硬盘接口有SATA、M.2、PCIe、SAS，其中M.2接口分为B-key和M-key两种，其中SAS接口常用在服务器上。

SATA接口的固态硬盘只能是SATA协议，M.2接口的固态硬盘可能是SATA总线也可能是PCIe总线，PCIe接口的固态硬盘只能是PCIe总线，SAS接口的硬盘可能是SATA总线也可能是SAS总线。

何为PCIe 4.0

PCIe接口

前面讲了总线和总线带宽，这个地方理解起来应该就容易多了。PCIe总线是继PCI总线革新后的数据传输标准，PCIe除了以总线的形式存在之外，还以接口的形式存在，这个接口我们可以用来插显卡、网卡、声卡等设备。

PCIe通道

PCIe除了以接口和总线的形式存在外，还以通道的形式存在。就比如主板上的M.2固态硬盘接口，它的外形虽然是M.2，但数据传输依赖于PCIe通道，这也就是为什么M.2接口的固态硬盘也分PCIe3.0和PCIe4.0了。

PCIe的带宽是按照长度去计算的，最短的是PCIe X1，然后是PCIe X2、PCIe X4、PCIe X8、PCIe X16。最长的PCIe X16其速度是PCIe X8的2倍，是PCIe X4的4倍，以此类推。许多玩家口里满血的M.2接口指的就是PCIe X4，残血M.2接口指的就是PCIe X2。