PCIe 4.0 设备的应用正变得越来越普遍。
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，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，以及为什么说它是您 PC 体验中不可或缺的一部分。
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？
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。
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。
我需要什么才能使用 PCIe 4.0 或 5.0？
CPU。PCIe 5.0 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。4.0 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。您需要带有 LGA 1700 插槽的 600 系列芯片组，或者一个来自 Z590 或 B560 产品线的 500 系列主板，具体取决于您的 CPU。
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。