PCIe

📌 Кратко

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) — высокоскоростная последовательная шина для подключения периферийных устройств к CPU и RAM, пришедшая на смену PCI и AGP.

🧠 Как работает

PCIe использует точка-точка (point-to-point) соединения вместо общей шины. Каждый PCIe Device подключается к Root Complex через логические линии (lanes), каждая из которых — это двунаправленный канал (1 бит на провод).

Основные особенности:

• Полная дуплексная передача по каждой линии
• Пакетно-ориентированный протокол (TLP + DLLP)
• Логическая структура: Root Complex ↔ Switch ↔ Endpoints
• Поддержка DMA, прерываний, hot-plug, peer-to-peer

⚙️ Где применяется

Устройство	Назначение
GPU	Высокоскоростной интерфейс передачи данных
NVMe SSD	Низкие задержки, высокая пропускная способность
NIC	10G/40G/100G сетевые карты
FPGA	Высокоскоростной обмен с хостом
Capture Cards	Видео-ввод в реальном времени

💻 Пример (на уровне Linux)

lspci | grep -i nvme
# Показать все PCIe-устройства NVMe

🧩 Архитектура и уровни PCIe

Уровень	Назначение
Physical Layer	Электрическая передача данных (линии)
Data Link Layer	Надёжность: подтверждение, контроль ошибок
Transaction Layer	Формат пакетов, адресация, команды

Конфигурация по количеству линий:

• x1, x2, x4, x8, x16, x32 — число lane’ов (до 32 в PCIe 6.0)

• Пропускная способность = (скорость × количество линий × 2)

Примеры скоростей:

Версия	Пропускная способность (на одну линию)
PCIe 3.0	1 GB/s (двунаправленно)
PCIe 4.0	2 GB/s
PCIe 5.0	4 GB/s
PCIe 6.0	8 GB/s

📐 Схема взаимодействия

[CPU] ←→ [Root Complex] ←→ [Switch] ←→ [Device #1]
                                ↓
                            [Device #2]

✅ Преимущества

• Высокая пропускная способность и масштабируемость

• Асинхронный, пакетный протокол — эффективен при высокой нагрузке

• Поддержка DMA, горячей замены, peer-to-peer

❌ Недостатки

• Зависимость от версии (3.0, 4.0, 5.0…) на плате и устройстве

• Повышенные требования к трассировке и электропитанию

• Задержки на инициализацию и конфигурацию при старте системы