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PCLe接口传输速率发展给FFC排线的启迪
- 作者: 阿勇
- 来源: 鑫美特FFC/FPC
- 日期 : 2023-07-20
PCle接口是一种高速串行扩展的总线接口，用于连接计算机的各种硬件组件和扩展卡，具有特殊用途与优点。
（1）扩展槽连接：PCLe接口主要用于连接各种扩展卡，比如图形卡（显卡）、声卡、网卡、硬盘控制器卡等，提供了高带宽及高速传输能力，使得这些扩展卡与计算机系统快速通信和数据传输。
（2）高速传输：PCLe接口采用串行数据传输，可以提供比传统的PCL接口跟高的数据吞吐量，使得连接的硬件组件可以更快的传输数据。
（3）并行数据通道：PCLe接口支持多个独立的通道，每个通道都具有独立的数据传输带宽。也就是说多个设备可以同时进行数据传输，而不会相互干扰。
（4）热插拔功能：支持热插拔功能，允许用户在计算机运行时插拔PCLe设备，而无需重新启动计算机。这就更方便更换或升级硬件组件。
（5）多功能适应性：PCLe接口支持不同的插槽大小和配置，以适应不同类型和尺寸的扩展卡。它提供了x1、x4、x8、x16等不同的通道宽度选项，以满足不同设备的需求。
知晓了PCLe接口的特殊用途及优点，PCLe是串行总线，接下来我们重点谈谈它传输速率如何在近些年高速传输发展的以及带宽的扩展进程是如何发展的：
PCLe1.0线缆
PCLe1.0传输速率为2.5Gb/s，物理层使用8/10编码，即8比特的数据，实际在物理线路上是需要传输10比特的。由此可知：PCLe1.0*1的带宽=（2.5Gb/s）/10bit=250MB/s。这是单条Lane的带宽，有几条Lane，那么整个带宽就是250MB乘以Lane的数目。
PCLe2.0线缆
PCLe2.0线缆比特传输速率在PCLe1.0的基础上翻了一倍，为5Gb/s，物理层同样使用8/10编码，因此：PCLe2.0*1的带宽=（5Gb/s）/10bit=500MB/s，同样，有多少条Lane，带宽就是500MB/s乘以Lane的数目。
PCLe3.0*线缆
PCLe3.0*线缆上比特传输速率没有在PCLe2.0的基础上翻倍，不是10Gb/s，而是5Gb/s，但是物理层使用的是128/130编码进行数据传输，所以：
PCLe3.0*1的带宽=（8Gb/s）/8bit=1GB/s，同样，有多少条Lane，带宽就是1GB/s乘以Lane的数目。由于采用了128/130编码，128比特的数据，只是额外增加2bit的开销，有效数据传输比率增大，虽然线上比特传输没有翻倍，但有效数据带宽还是在PCLe2.0的基础上做到翻倍。这里强调一下，上面算出的数据带宽已经考虑到8/10或者128/130编码，我们在算带宽的时候，没有必要在考虑线上编码的问题。
与SATA单通道不同， PCLe连接可以通过增加通道数扩展带宽，弹性十足。通道数越多，速度越快。但是，通道数越多，成本就越高，占用更多空间，更耗电。因此，使用多少通道，应该在性能和其他因素之间进行一个综合考虑。
其实，PCLe就是从 PCL发展过来的， PCLe的“e”是express的简称，就是快的意思。PCLe为什么比PCL快呢，因为在PCLe在物理传输上，跟PCL有着截然的区别。PCL使用是并口传输数据，PCLe使用是串口传输。PCL并行总线，单个时钟周期可以传输32bit或者64bit，怎么就比单个时钟周期传输1个bit数据的串行总线反而慢呢？原理是这样的，在实际时钟频率比较低的情况下，并口因为可以同时传输若干比特，速率确实比串口快。但是随着技术的发展，数据传输速率要求越来越快，要求时钟频率也越来越快，可是，并行总线的时钟频率不是你想快就能快的额，以图示说明。
在发送端，数据在某个时钟沿传出去（左边始终第一个上升沿），在接收端，数据在下个时钟沿（右边第二个上升沿）接受。因此，想要接收端能正确采集到数据，要求时钟的周期必须大于数据的传输时间（从发送端要接受端）。受限于数据传输时间（该时间随着传输线长度的增加而增加），因此时钟频率不能做的太高。此外，时钟信号在线上传输的时候，也会存在相位位移（clock skew），影响接收端的数据采集。
而在PCLe中采用的是串行总线进行数据传输，不存在上述这些问题。串行传输没有外部时钟信号，它的时钟信息通过8/10编码或128/130编码嵌入数据流，接受端可以从数据流里面恢复时钟信息，因此，它不受数据在线上的传输时间的限制，导线的长度及传输频率都影响不到传输速度，因为没有外部的时钟信号，自然就没有所谓的clock skew问题存在。
随着PCLe接口传输高速发展，我们FFC排线生产厂家在进行ffc/fpc线缆生产时，要跟随趋势，提高ffc排线过高频信号的能力，做到低衰减，低损耗传输能力。可以这么说，每一种接口传输的迭代更新，对包括ffc排线厂家在内的所有线缆厂家都提出了更高的考验，我们必须考虑能否才有更优质的材料，更好的工艺来适应传输速率高速发展的传输趋势。
（1）扩展槽连接：PCLe接口主要用于连接各种扩展卡，比如图形卡（显卡）、声卡、网卡、硬盘控制器卡等，提供了高带宽及高速传输能力，使得这些扩展卡与计算机系统快速通信和数据传输。
（2）高速传输：PCLe接口采用串行数据传输，可以提供比传统的PCL接口跟高的数据吞吐量，使得连接的硬件组件可以更快的传输数据。
（3）并行数据通道：PCLe接口支持多个独立的通道，每个通道都具有独立的数据传输带宽。也就是说多个设备可以同时进行数据传输，而不会相互干扰。
（4）热插拔功能：支持热插拔功能，允许用户在计算机运行时插拔PCLe设备，而无需重新启动计算机。这就更方便更换或升级硬件组件。
（5）多功能适应性：PCLe接口支持不同的插槽大小和配置，以适应不同类型和尺寸的扩展卡。它提供了x1、x4、x8、x16等不同的通道宽度选项，以满足不同设备的需求。
知晓了PCLe接口的特殊用途及优点，PCLe是串行总线，接下来我们重点谈谈它传输速率如何在近些年高速传输发展的以及带宽的扩展进程是如何发展的：
PCLe1.0线缆
PCLe1.0传输速率为2.5Gb/s，物理层使用8/10编码，即8比特的数据，实际在物理线路上是需要传输10比特的。由此可知：PCLe1.0*1的带宽=（2.5Gb/s）/10bit=250MB/s。这是单条Lane的带宽，有几条Lane，那么整个带宽就是250MB乘以Lane的数目。
PCLe2.0线缆
PCLe2.0线缆比特传输速率在PCLe1.0的基础上翻了一倍，为5Gb/s，物理层同样使用8/10编码，因此：PCLe2.0*1的带宽=（5Gb/s）/10bit=500MB/s，同样，有多少条Lane，带宽就是500MB/s乘以Lane的数目。
PCLe3.0*线缆
PCLe3.0*线缆上比特传输速率没有在PCLe2.0的基础上翻倍，不是10Gb/s，而是5Gb/s，但是物理层使用的是128/130编码进行数据传输，所以：
PCLe3.0*1的带宽=（8Gb/s）/8bit=1GB/s，同样，有多少条Lane，带宽就是1GB/s乘以Lane的数目。由于采用了128/130编码，128比特的数据，只是额外增加2bit的开销，有效数据传输比率增大，虽然线上比特传输没有翻倍，但有效数据带宽还是在PCLe2.0的基础上做到翻倍。这里强调一下，上面算出的数据带宽已经考虑到8/10或者128/130编码，我们在算带宽的时候，没有必要在考虑线上编码的问题。
与SATA单通道不同， PCLe连接可以通过增加通道数扩展带宽，弹性十足。通道数越多，速度越快。但是，通道数越多，成本就越高，占用更多空间，更耗电。因此，使用多少通道，应该在性能和其他因素之间进行一个综合考虑。
其实，PCLe就是从 PCL发展过来的， PCLe的“e”是express的简称，就是快的意思。PCLe为什么比PCL快呢，因为在PCLe在物理传输上，跟PCL有着截然的区别。PCL使用是并口传输数据，PCLe使用是串口传输。PCL并行总线，单个时钟周期可以传输32bit或者64bit，怎么就比单个时钟周期传输1个bit数据的串行总线反而慢呢？原理是这样的，在实际时钟频率比较低的情况下，并口因为可以同时传输若干比特，速率确实比串口快。但是随着技术的发展，数据传输速率要求越来越快，要求时钟频率也越来越快，可是，并行总线的时钟频率不是你想快就能快的额，以图示说明。
在发送端，数据在某个时钟沿传出去（左边始终第一个上升沿），在接收端，数据在下个时钟沿（右边第二个上升沿）接受。因此，想要接收端能正确采集到数据，要求时钟的周期必须大于数据的传输时间（从发送端要接受端）。受限于数据传输时间（该时间随着传输线长度的增加而增加），因此时钟频率不能做的太高。此外，时钟信号在线上传输的时候，也会存在相位位移（clock skew），影响接收端的数据采集。
而在PCLe中采用的是串行总线进行数据传输，不存在上述这些问题。串行传输没有外部时钟信号，它的时钟信息通过8/10编码或128/130编码嵌入数据流，接受端可以从数据流里面恢复时钟信息，因此，它不受数据在线上的传输时间的限制，导线的长度及传输频率都影响不到传输速度，因为没有外部的时钟信号，自然就没有所谓的clock skew问题存在。
随着PCLe接口传输高速发展，我们FFC排线生产厂家在进行ffc/fpc线缆生产时，要跟随趋势，提高ffc排线过高频信号的能力，做到低衰减，低损耗传输能力。可以这么说，每一种接口传输的迭代更新，对包括ffc排线厂家在内的所有线缆厂家都提出了更高的考验，我们必须考虑能否才有更优质的材料，更好的工艺来适应传输速率高速发展的传输趋势。
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