一、市場現(xiàn)狀
P0CI Express（PCIe）作為計(jì)算機(jī)總線的一個(gè)重要分支，具有高速串行點(diǎn)對點(diǎn)雙通道高帶寬傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。目前，全球PCIe芯片市場的核心廠商包括博通、微芯科技和祥碩科技等，其中前三大廠商占據(jù)全球約58%的市場份額。中國作為全球最大的市場，占有大約50%的市場份額，隨后是北美和歐洲，分別占比約13%和9%。
從產(chǎn)品類型來看，PCIe交換芯片占據(jù)最大份額，約為97%。從應(yīng)用方面來看，SSD（固態(tài)硬盤）是PCIe最大的應(yīng)用領(lǐng)域，其市場份額約為66%。
二、市場趨勢
增長趨勢：根據(jù)最新的市場研究報(bào)告，PCI Express接口卡行業(yè)預(yù)計(jì)將持續(xù)增長。預(yù)計(jì)到2028年，全球PCI Express接口卡市場規(guī)模將達(dá)到一定規(guī)模，并預(yù)計(jì)期間內(nèi)將保持較高的年均復(fù)合增長率。
技術(shù)趨勢：PCIe 3.0技術(shù)的加入為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性，并提升了數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)保護(hù)性能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，PCIe的規(guī)格也在不斷擴(kuò)展，從PCI Express x1到PCI Express x32，滿足了從低速到高速設(shè)備的多樣化需求。
應(yīng)用領(lǐng)域拓展：除了傳統(tǒng)的服務(wù)器和SSD領(lǐng)域，PCIe的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)展。例如，PCI Express串行通信卡市場也在持續(xù)增長，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將保持較高的復(fù)合增長率。
三、應(yīng)用
服務(wù)器：PCIe在服務(wù)器領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，其高速串行點(diǎn)對點(diǎn)雙通道高帶寬傳輸?shù)奶匦允沟梅?wù)器能夠處理更多的數(shù)據(jù)和任務(wù)。
SSD：SSD是PCIe最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。PCIe SSD利用PCIe總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高速通信，大幅提升了數(shù)據(jù)存儲和訪問的速度。
其他應(yīng)用：除了服務(wù)器和SSD外，PCIe還廣泛應(yīng)用于顯卡、RAID陣列卡、PCI-E SSD固態(tài)硬盤等設(shè)備中，為各種高速設(shè)備提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸支持。
綜上所述，PCI Express（PCIe）在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和巨大的市場潛力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，PCIe的市場地位將得到進(jìn)一步的鞏固和提升。
在科技的浩渺宇宙中，PCI Express（Peripheral Component Interconnect Express）如同一條璀璨銀河，將硬件設(shè)備緊密連接在一起，為信息傳輸構(gòu)建起高速通道。作為現(xiàn)代計(jì)算平臺不可或缺的一環(huán)，PCIe標(biāo)準(zhǔn)以其卓越的數(shù)據(jù)吞吐能力和靈活性，在市場上占據(jù)著舉足輕重的地位。
四、PCI Express市場的繁榮
隨著數(shù)據(jù)量爆炸式增長以及對高性能計(jì)算需求的提升，全球范圍內(nèi)對于PCI Express技術(shù)的需求持續(xù)高漲。從個(gè)人電腦到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，從嵌入式系統(tǒng)到高端工作站，幾乎每一個(gè)角落都能看到PCIe接口的身影。其市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，各大芯片制造商紛紛推出支持最新PCIe規(guī)范的產(chǎn)品，以滿足日益嚴(yán)苛的應(yīng)用場景。
五、PCI Express的趨勢展望
著眼于未來，PCI Express正朝著更高速率的方向發(fā)展。新一代PCIe 5.0及即將到來的PCIe 6.0標(biāo)準(zhǔn)將繼續(xù)推進(jìn)行業(yè)向前邁進(jìn)，提供比以往任何時(shí)候都更加密集的數(shù)據(jù)傳輸能力。同時(shí)，針對特定領(lǐng)域的擴(kuò)展總線如CCIX (Cache-Coherent Interconnect for Accelerators) 和CXL (Compute Express Link)，也正在與傳統(tǒng)的PCIe互操作性基礎(chǔ)上增添新的活力。
六、PCI Express的廣泛應(yīng)用
無論是存儲解決方案中的固態(tài)硬盤(SSD)，還是圖形處理器(GPU)和網(wǎng)絡(luò)適配器等外設(shè)，均依賴于PCI Express提供的低延遲和高帶寬通訊。而新興領(lǐng)域例如人工智能(AI)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)、無人駕駛汽車技術(shù)和邊緣計(jì)算等領(lǐng)域也在積極采納PCIe技術(shù)，進(jìn)一步拓寬了它的應(yīng)用場景邊界。
最終用戶需要更多具備多媒體功能的終端；從iPod視頻或YouTube這樣的博客站點(diǎn)就能看出這一趨勢。當(dāng)用戶接收這類數(shù)據(jù)時(shí)，對于有效存儲和更高的互聯(lián)速度的要求變得十分關(guān)鍵。

Gbps是今天應(yīng)用對帶寬的要求，并且注意力也從處理速度轉(zhuǎn)移到了高速互聯(lián)上。多種的串行標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺。支配這些標(biāo)準(zhǔn)的主要市場需求是：
·可升級的性能
·可擴(kuò)展的功能集，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品型號（芯片到芯片、底板、電纜）
·適用于不同細(xì)分市場和應(yīng)用的互聯(lián)
·在主流的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低成本的串行解決方案

PCI Express（PCIe） 是一種主流的串行標(biāo)準(zhǔn)，它是2002年問世的第三代 I/O 互聯(lián)技術(shù)，為從 PCI 到 PCIX（參見表1）提供了一條升級路徑。PCIe 已成為PC 產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)技術(shù)，并且在其它應(yīng)用中也有巨大的發(fā)展動力（圖1）。它具有可升級能力、可擴(kuò)展的功能集、很強(qiáng)的市場適應(yīng)能力和低成本特性。

PCIe的核心優(yōu)勢包括：

·高速串行標(biāo)準(zhǔn)能以每條通道2.5Gbps的線速進(jìn)行雙向通信
·基于分層數(shù)據(jù)包的架構(gòu)，為模塊化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件
·通過更簡單的升級就能實(shí)現(xiàn)帶寬增強(qiáng)（高達(dá)80GB）——1、2、4、8、16和32條通道
·先進(jìn)功能，比如可靠性、電源管理和熱插拔
·借助虛擬通道、業(yè)務(wù)等級和服務(wù)質(zhì)量（QoS）等特性支持下一代三維/多媒體業(yè)務(wù)
·全新外形和革新的設(shè)計(jì)方便使用，為設(shè)計(jì)滿足不同細(xì)分市場需求的產(chǎn)品創(chuàng)造了條件
·軟件投資保護(hù)，支持現(xiàn)有的PCI架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施

表1：PCI/PCI-X/PCIe 規(guī)格和帶寬

圖1：PCI Express 的發(fā)展態(tài)勢

圖2：Virtex-5 LXT FPGA中的 PCIe 端點(diǎn)模塊

用戶的歡迎、設(shè)計(jì)訂單和用戶的積極反饋，使我們更好地理解 PCI Express 在客戶產(chǎn)品中固有的優(yōu)勢。為了能在今天創(chuàng)建解決明日問題的解決方案，并跟上時(shí)代迅速發(fā)展的步伐，Xilinx 公司在其 Virtex-5 LXT 器件中融入了硬 PCI Express 端點(diǎn)模塊（圖2）。

Xilinx 的PCIe 端點(diǎn)模塊的顯著優(yōu)勢包括：
*完整的功能，完全符合 PCIe 基本規(guī)格 v1.1 版要求

—可配置的 PCIe 端點(diǎn)解決方案
*通過PCI plug-fest的兼容性/通用性測試

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*支持1-、2-、4-或8-通道的實(shí)現(xiàn)
*符合所有關(guān)鍵要求
—接面信號標(biāo)準(zhǔn)
—協(xié)議（CRC、自動重試）
—QoS
—熱插拔
*采用 Xilinx? RocketIOTM GTP 收發(fā)器模塊

—PCI Express 終端規(guī)格
—100MHz 直接參考時(shí)鐘
*節(jié)約資源

—內(nèi)嵌于所有 Virtex-5 LXT 器件
—與 GTP 收發(fā)機(jī)相鄰
*簡易設(shè)計(jì)

—縮短設(shè)計(jì)周期
—簡化、直接的設(shè)計(jì)流程
*低成本和低功耗
*使用可配置的 block RAM 來進(jìn)行數(shù)據(jù)包緩沖處理
—接收緩沖器
—發(fā)送緩沖器
—重試緩沖器
*簡單的事務(wù)處理層接口，便于集成
*提供統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)
—信用狀況、最大有效載荷、錯誤信號
*兩條虛擬通道用于QoS

—循環(huán)調(diào)度 (round robin)、加權(quán)循環(huán)調(diào)度 (weighted round robin)或嚴(yán)格優(yōu)先級調(diào)度

圖3：高性能 Virtex-5 LXT PCIe 解決方案節(jié)省了功耗和板卡空間

使用Virtex-5 LXT PCIe模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)

PCI Express 的發(fā)展勢頭很旺，并被PC業(yè)界廣泛接受。工程師在使用基于 Virtex-5 LXT FPGA 的 PCIe 端點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也能夠通過利用以下這些優(yōu)勢，來引導(dǎo) PCI Express 在新市場上的增值能力：

l更快的上市時(shí)間。現(xiàn)有的 ASSP 大多不能支持今天的 PCIe；FPGA 可把并行的專有協(xié)議接口和 PCIe 之間搭建一座橋梁。此外，PCI Express 標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)改變，在形成廣泛市場基礎(chǔ)前，阻止了 ASIC/ASSP 的發(fā)展。一個(gè)典型的案例是最近于2006年9月召開的英特爾開發(fā)者論壇上由英特爾和IBM共同發(fā)布的 “Geneseo” 架構(gòu)以推動新應(yīng)用的發(fā)展。Xilinx 公司也積極支持?jǐn)U展 PCIe 構(gòu)架的倡議。

l更低的功耗和更小的占位面積。使用 Virtex-5 LXT 解決方案（圖3）能達(dá)到更高性能同時(shí)縮小產(chǎn)品設(shè)計(jì)的體積。PCIe 端點(diǎn)模塊能夠讓設(shè)計(jì)人員在選擇更小器件的同時(shí)，仍能節(jié)省大量的功耗和成本。

l專用協(xié)議和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)與 PCIe 之間的橋梁。傳統(tǒng)產(chǎn)品的小型化（針對 PCI Express 而優(yōu)化），需要在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和 PCI Express 之間搭建一座橋梁。新型 Virtex-5 LXT 平臺提供了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換所需的定制和邏輯資源，還提供了通往其它串行標(biāo)準(zhǔn)的橋梁。

l·可升級的解決方案。PCI Express 協(xié)議已經(jīng)成為主流，但協(xié)議本身和用戶終端還處于迅速發(fā)展階段。使用 Virtex-5 LXT PCIe 端點(diǎn)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，使你能夠?qū)⑼?Virtex-5 系列產(chǎn)品，從1條通道升級到4條通道，甚至8條通道。這就使你能夠驗(yàn)證未來的系統(tǒng)和終端。此外，由于 PCIe 本身兼容 PCI和PCIX 構(gòu)架，升級和設(shè)計(jì)基于 Virtex-5 LXT FPGA 的解決方案，不僅能夠保護(hù)現(xiàn)有的軟件投資，而且能夠延長基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命。

Xilinx PCI 的歷史

Xilinx 公司一直走在 PCI/PCI-X/PCIe 技術(shù)的最前沿。
主要成就包括：
1996：業(yè)界第一款面向 FPGA 的 PCI 核心
1999：業(yè)界第一套64位 66MHz 的 PCI 解決方案
2000：業(yè)界第一套64位、133MHz 的 PCI-X 解決方案
2003：業(yè)界第一套 PCIe 解決方案
2005：業(yè)界第一套 PCIe PIPE 解決方案——Xilinx+NXP半導(dǎo)體
2006：業(yè)界第一套 FPGA Express 卡解決方案——Xilinx+NXP半導(dǎo)體

*支持多種外觀形狀。Virtex-5 LXT RocketIO GTP 收發(fā)機(jī)與競爭性 FPGA/ASSP 解決方案相比，具有巨大的功耗優(yōu)勢。這使得設(shè)計(jì)人員考慮在面向新市場的產(chǎn)品中使用 Virtex-5 FPGA。借助面向不同解決方案的可擴(kuò)充邏輯密度，設(shè)計(jì)人員可以充分發(fā)揮65納米 FPGA 內(nèi)在的優(yōu)勢，以支持不同的外觀形狀。例如，一張獨(dú)立顯卡的臺式機(jī)解決方案，可把Virtex-5 LXT外形小型化來達(dá)到Express卡的要求。相反，設(shè)計(jì)人員也可把獨(dú)立顯卡的PCle解決方案中的Virtex-5外形改變以支持諸如ATCA、uTCA 和服務(wù)器I/O模塊之類的高性能解決方案。
*
表2：Virtex-5 LXT PCIe 端點(diǎn)的應(yīng)用

PCI ExpressFabric 拓?fù)?/span>

PCI ExpressFabricTM 拓?fù)?，指這樣一種體系，其中包含了ROOT COMPLEX（RC）、多個(gè)終端（I/O器件）、開關(guān)和PCI Express/PCI 橋路，它們通過 PCI Express 進(jìn)行互聯(lián)。

RC是I/O層次的根部，將CPU/存儲器子系統(tǒng)與I/O相連。RC可以支持一個(gè)或多個(gè)PCI Express 端口，例如英特爾芯片組。

開關(guān)定義為多個(gè)虛擬 PCI 之間的橋路器件的邏輯組，它們使用一種基于地址路由的 PCI 橋路機(jī)制來傳遞執(zhí)行信息，例如 IDT PCI Express 開關(guān)。

端點(diǎn)是指能作為 PCI Express 執(zhí)行的請求者或完成者的那一類器件，可以是 PCI Express自身，也可以是一個(gè)非 PCI Express 器件，例如連接在 PCI Express 上的圖形控制器。

圖4：PCI Express 總線拓?fù)?/span>

圖5：通信系統(tǒng)中的PCIe

圖6：高端桌面/服務(wù)器系統(tǒng)中的PCIe

帶有內(nèi)置PCIe 端點(diǎn)模塊的 Virtex-5 LXT FPGA，能夠被用于任何一種外形的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如表2所示。

圖5和圖6顯示了采用 Virtex-5 LXT PCIe 端點(diǎn)模塊集中多源業(yè)務(wù)以及實(shí)現(xiàn)其他協(xié)議和 PCI Express 協(xié)議互通的各種應(yīng)用的框圖。

結(jié)論

內(nèi)置 PCIe 端點(diǎn)模塊和 RocketIO GTP 收發(fā)機(jī)的 Virtex-5 LXT 平臺，是一種功能全備并且完全符合 PCI Express 總線協(xié)議的 PCIe 解決方案，具有極大的價(jià)值?，F(xiàn)在，產(chǎn)品制造商不再需要購買知識產(chǎn)權(quán)許可證，同時(shí)可以得到更低的功耗和很少使用的邏輯資源。通過使用功耗只有軟IP替代品50%的更小的 FPGA 器件，能夠大幅度地降低成本。內(nèi)置的硬模塊可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，保障產(chǎn)品功能和易用性。

Virtex-5 LXT 平臺在一塊高速、低功耗的65納米 FPGA 上提供了獨(dú)特的內(nèi)置 PCIe 能力，開創(chuàng)了高效 PCIe 系統(tǒng)開發(fā)的新時(shí)代。

綜上所述， PCI Express不僅是今日電子世界的命脈，更是推動科技創(chuàng)新的重要力量。面對數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代浪潮，它將持續(xù)扮演關(guān)鍵角色，連結(jié)過去與未來，開啟無限可能的新篇章。我們有理由相信，在不久的將來，伴隨著新技術(shù)的發(fā)展和市場需求的變化，PCI Express將會迎來更多突破性的變革，并繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新航路。