PCIe 4.0 设备的应用正变得越来越普遍。第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 和主板增加了对 PCIe 4.0 的支持，而现在，第 12 代平台提供 PCIe 5.0 并对 4.0 和 3.0 设备完全向后兼容。
但是 PCIe 5.0、4.0 和 3.0 之间有何区别？PCIe 是如何向后兼容的？与芯片组 PCIe 通道相比，第 12 代和第 11 代 CPU 中的 CPU PCIe 通道有哪些优势？
我们来深入探讨一下 PCIe 4.0 的工作原理，以及为什么说它是第 11 代平台不可或缺的一部分。
什么是 PCIe 4.0？
如果您曾有过装机经历，就能够在主板上认出水平放置的 PCIe 插槽。PCIe（外围组件快速互连）是一种高带宽扩展总线，通常用于连接显卡、固态硬盘以及采集卡和无线网卡等外设。
主板上的 PCIe 通道分为 x1、x2、x4、x8 和 x16 几种配置。通道数量越多意味着带宽越高，插槽也就更长。GPU 通常安装在顶部的 x16 插槽中，因为它拥有最大的带宽，并且与 CPU 的连接历来都是最直接的。现代 PCIe M.2 固态硬盘使用 x4 通道。
每一代 PCIe 的速度都是上代的两倍。PCIe 3.0 的数据传输速率为每秒 8 GB，而 PCIe 4.0 为 16 GT/秒，PCIe 5.0 为 32 GT/秒。（比特率的度量单位为千兆传输速率，表示的是编码前的理论最大速度——现实中的速度可能会更慢。）
从外观来看，较新代次的 PCIe 插槽与 3.0 相同。它们还能够向后兼容和向前兼容：不仅可以将 PCIe 3.0 固态硬盘连接到 PCIe 4.0 插槽，还可以将 PCIe 4.0 固态硬盘连接到 3.0 插槽。
什么是 PCIe 通道？
第 12 代和第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 的一个关键优势是增加了遵循新标准的 CPU PCIe 通道。第 12 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 提供多达 16 条 CPU PCIe 5.0 通道和多达 4 条 CPU PCIe 4.0 通道，而第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU（如英特尔® 酷睿™ i9-11900K）提供多达 20 条 CPU PCIe 4.0 通道。
并非所有 PCIe 通道都以相同的方式工作——CPU PCIe 通道直接与 CPU 连接，而芯片组通道（也就是“PCH 通道”）通过主板的芯片组，经由 DMI (Direct Media Interface) 链路连接到 CPU。
PCH 通常管理着主板上的功能，例如 USB 器件、Wi-Fi 和以太网网卡，以及板载声卡。由于 CPU 和芯片组之间的链路总带宽被限制在 x8 3.0 以下，如果您插入多个存储器件并使用其他资源，就有可能使链路达到饱和状态。直接连接到 CPU 则可绕过这一瓶颈。
借助第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 提供的 20 条 CPU PCIe 通道，电脑厂商可以灵活地同时为 GPU 和 NVMe 固态硬盘提供通向 CPU 的最佳路径。第 12 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 提供相同的选项，而带宽甚至更高，因为它们的 16 条 CPU PCIe 5.0 通道速度是 4.0 通道的两倍。
在过去，拥有 16 条 PCIe 3.0 通道的用户只能通过将 GPU 带宽减半来利用这条通往 CPU 的最佳路径，从而造成了另一个潜在的瓶颈。
与通过 SATA 数据线连接的驱动器相比，使用 Riser 卡的 PCIe M.2 固态硬盘和 NVMe 固态硬盘在速度方面已经具备了优势。PCIe 更高的吞吐量让 NVMe 存储能够快速处理由更多数据组成的队列，而直接连接到主板的方式还可减少延迟。通过连接到 CPU 的 PCIe 通道，数据无需再绕远经由芯片组传输，从而有助于进一步降低延迟。
为什么要升级至 PCIe 4.0？
如上所述，每一代 PCIe 的吞吐量都翻了一番。但是 PCIe 5.0 的真正优点在于能够完全向后兼容，并且无惧未来挑战：您无须担心新硬件会在系统上遇到瓶颈。
目前，PCIe 4.0 固态硬盘设计的最大读/写速度高于 PCIe 3.0 固态硬盘，但它们目前在加载时间和大文件传输等方面的实际优势并不大。然而，随着时间推移，相关厂商会发布新的内存控制器，游戏和应用程序都会更多地利用现代固态硬盘。
实现这一点的一种方式是通过 DirectStorage 等即将推出的技术，这些技术旨在提高固态硬盘在繁重 I/O 工作负载中的性能。随着固态硬盘成为下一代游戏开发的标准，这可能会在加载时间、资产流式传输和关卡设计等方面带来进步。
PCIe 4.0 和 5.0 更高的带宽还可能有利于显卡，因为吞吐量越高，将数据传输到 VRAM 的速度就越快。但是，尽管 PCIe 4.0 设置在综合基准测试中表现优于 3.0，其目前在游戏中的实际优势却微乎其微。
一些测试表明，即使用当前的显卡运行 4K 游戏，也不会让 PCIe 3.0 x16 插槽的带宽达到饱和。以 PCIe 4.0 配置运行的 GPU 相较于以 3.0 配置运行的同款 GPU，在帧速率方面或许存在微弱优势，但是这种差异小到让人无法察觉。
简而言之，第 12 代和第 11 代台式机处理器可赋予您升级的自由。它们有助于确保您能够充分发挥未来设备的潜力，从而进一步释放电脑的潜能。
我需要什么才能使用 PCIe 4.0 或 5.0？
CPU。对于 PCIe 5.0，您需要第 12 代智能英特尔® 酷睿™ CPU，它生来就十分有助于提升游戏体验，具备多达 16 条 CPU PCIe 5.0 通道和多达 4 条 CPU PCIe 4.0 通道。对于 4.0，您需要第 11 代智能英特尔® 酷睿™ 台式机 CPU，它生来就十分有助于提升游戏体验，具备 PCIe 4.0 和多达 20 条 CPU PCIe 通道等功能。
主板。对于第 12 代 CPU，您需要带有 LGA 1700 插槽的 600 系列芯片组。对于第 11 代，您需要来自 Z590 或 B560 产品线的 500 系列主板。
PCIe 4.0 和 5.0 设备。虽然您一开始装机或选购电脑时可能不会购买 PCIe 4.0 固态硬盘或 GPU，但是我们很容易看出为什么从长远来看，相关支持迟早会有用武之地。也许新主机游戏端口会开始更多地依赖于资产流式传输，而 PCIe 4.0 固态硬盘可提供明显更为流畅的体验。或者，下一代 GPU 将受益于 PCIe 4.0 和 5.0 插槽的双倍吞吐量。（请注意，得益于向后兼容性，正常情况下，PCIe 3.0 设备也可在 PCIe 4.0 或 5.0 平台上正常工作。）
为什么 PCIe 4.0 和 5.0 很重要？
PCIe 5.0 和 4.0 平台更多灵活性。当您购买新的外设时，将会拥有更多选择，当您对它们进行配置时，也将拥有更多选择。有了 PCIe 5.0，在未来的产品令可用带宽达到饱和之前，您将享受更长的设备使用寿命。
许多用户会在系统生命周期中的某个时刻更换存储驱动器或显卡。如果您也打算这样做，PCIe 5.0 支持可确保您在采用未来几年中推出的先进固态硬盘和 GPU 后，能够充分发挥出它们的实力。
此外，20 条 CPU PCIe 通道使系统最重要的两种外设——GPU 和固态硬盘能够更直接地连接到 CPU，从而有望减少延迟。
我们很难预测任何人在未来一两年中可能想要什么样的新外设，但是第 12 代系统旨在让这些外设的性能淋漓尽致地发挥出来。