PCIe & NVLink 带宽速查表
涵盖 PCIe 各代、NVLink 各代、主流 GPU 互连规格及 NVMe SSD 速度的快速参考。数据来源标注于各表下方。
1. PCIe 各代带宽
单向带宽 = GT/s × 编码效率 × Lane 数 ÷ 8。Gen3–5 使用 128b/130b 编码 (效率 ≈ 98.5%)；Gen6 使用 PAM-4 + FLIT 编码 (效率 ≈ 94.5%) [1,2]。
| 版本 | 年份 | GT/s | 编码 | x1 单向 | x4 单向 | x8 单向 | x16 单向 | x16 双向 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gen1 | 2003 | 2.5 | 8b/10b | 0.25 GB/s | 1.0 GB/s | 2.0 GB/s | 4.0 GB/s | 8.0 GB/s |
| Gen2 | 2007 | 5.0 | 8b/10b | 0.5 GB/s | 2.0 GB/s | 4.0 GB/s | 8.0 GB/s | 16 GB/s |
| Gen3 | 2010 | 8.0 | 128b/130b | ~1.0 GB/s | ~3.9 GB/s | ~7.9 GB/s | ~15.8 GB/s | ~31.5 GB/s |
| Gen4 | 2017 | 16.0 | 128b/130b | ~2.0 GB/s | ~7.9 GB/s | ~15.8 GB/s | ~31.5 GB/s | ~63 GB/s |
| Gen5 | 2019 | 32.0 | 128b/130b | ~3.9 GB/s | ~15.8 GB/s | ~31.5 GB/s | ~63 GB/s | ~126 GB/s |
| Gen6 | 2022 | 64.0 | PAM-4/FLIT | ~7.6 GB/s | ~30.3 GB/s | ~60.5 GB/s | ~121 GB/s | ~242 GB/s |
来源: [1] PCI-SIG 官方规范各代速率定义；[2] 本仓库
pcie/01_pcie_comprehensive_guide.md第 31–47 行。
2. NVLink 各代带宽
NVLink 总双向带宽 = 单 link 速率 × 双向 × link 数量 [3]。
| 代 | 年份 | 架构 | 代表 GPU | 单 Link 速率 | Link 数 | 双向总带宽 | 关键技术 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 2016 | Pascal | P100 | 20 GB/s | 4 | 160 GB/s | 首次引入 GPU 直连 |
| 2.0 | 2017 | Volta | V100 | 25 GB/s | 6 | 300 GB/s | NVSwitch 1.0 |
| 3.0 | 2020 | Ampere | A100 | 25 GB/s | 12 | 600 GB/s | 信号对减半，链路翻倍 |
| 4.0 | 2022 | Hopper | H100/H200 | 25 GB/s | 18 | 900 GB/s | SHARP 网内计算 |
| 5.0 | 2024 | Blackwell | B200/B300 | 50 GB/s | 18 | 1.8 TB/s | NVL72 机架级扩展 |
| 6.0 | 2026 | Rubin | Vera | — | — | 3.6 TB/s | NVSwitch 6, RAS 增强 |
来源: [3] 本仓库
nvlink/nvlink_intro.md第 57–61 行；[4] NVIDIA GB200 NVL4 Architecture Whitepaper。
3. 主流 GPU 互连与显存规格
所有带宽均为双向总带宽。HBM 带宽为近存带宽 (near-memory BW)，PCIe/NVLink 为片间带宽 [3,4,5,6,7]。
| GPU | 架构 | 显存 | 显存带宽 | PCIe 上行 | NVLink | NVLink 总带宽 | NVSwitch |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P100 | Pascal | 16 GB HBM2 | 732 GB/s | Gen3 x16 | 1.0 | 160 GB/s | — |
| V100 | Volta | 32 GB HBM2 | 900 GB/s | Gen3 x16 | 2.0 | 300 GB/s | 1.0 |
| A100 | Ampere | 80 GB HBM2e | 2.0 TB/s | Gen4 x16 | 3.0 | 600 GB/s | 2.0 |
| H100 | Hopper | 80 GB HBM3 | 3.35 TB/s | Gen5 x16 | 4.0 | 900 GB/s | 3.0 |
| H200 | Hopper | 141 GB HBM3e | 4.8 TB/s | Gen5 x16 | 4.0 | 900 GB/s | 3.0 |
| B200 | Blackwell | 192 GB HBM3e | 8.0 TB/s | Gen5 x16 | 5.0 | 1.8 TB/s | 4.0 |
| B300 | Blackwell Ultra | 270 GB HBM3e | 7.7 TB/s | Gen6 x16 | 5.0 | 1.8 TB/s | 4.0 |
| RTX 5090 | Blackwell | 32 GB GDDR7 | 1.79 TB/s | Gen5 x16 | — | — | — |
| L40S | Ada Lovelace | 48 GB GDDR6 | 864 GB/s | Gen4 x16 | — | — | — |
[!NOTE] 消费级 GPU (GeForce RTX) 不支持 NVLink。自 RTX 30 系列起，NVIDIA 移除了消费级 GPU 的 NVLink 接口。仅数据中心 GPU (Tesla/Quadro/HGX) 支持 NVLink [3]。
B300 数据为 HGX B300 规格。NVL72 SXM 变体为 279 GB HBM3e / 8.0 TB/s [10]。
来源: [5] NVIDIA H100 Data Sheet; [6] NVIDIA H200 Product Page; [7] 本仓库superchips/nvidia_gb300.md; [3] 本仓库nvlink/nvlink_intro.md; [10] NVIDIA Blackwell Ultra Datasheet。
4. NVMe SSD 典型速度 (M.2/U.2, x4)
NVMe SSD 使用 PCIe x4 接口。理论值 = PCIe x4 单向带宽；典型读取 ≈ 理论值的 85–90% (扣除协议开销) [1]。
| 代 | 接口 | x4 理论单向 | 典型顺序读 | 典型顺序写 | 代表型号 |
|---|---|---|---|---|---|
| Gen3 | M.2 / U.2 | ~3.9 GB/s | ~3,500 MB/s | ~3,200 MB/s | Samsung 970 Pro, WD Black SN750 |
| Gen4 | M.2 / U.2 | ~7.9 GB/s | ~7,000 MB/s | ~6,900 MB/s | Samsung 990 Pro, WD Black SN850X |
| Gen5 | M.2 / U.2 | ~15.8 GB/s | ~14,000 MB/s | ~12,000 MB/s | Crucial T705, Samsung 9100 Pro |
来源: [1] PCI-SIG 各代速率; Samsung/Crucial/Western Digital 官方产品规格页。
5. 典型场景带宽瓶颈速查
| 场景 | 瓶颈链路 | 理论单向带宽 | 备注 |
|---|---|---|---|
| GPU→GPU (PCIe P2P, 同 Switch) | PCIe Gen5 x16 | ~63 GB/s | PIX 拓扑，GPUDirect P2P 全速 [8] |
| GPU→GPU (PCIe P2P, 经 RC) | PCIe Gen5 x16 ÷ 2 | ~32 GB/s | PHB 拓扑，带宽减半 (数据经 RC 往返) [8] |
| GPU→GPU (NVLink 4.0) | NVLink 4.0 | 900 GB/s | H100/H200，18 links [3] |
| GPU→GPU (NVLink 5.0) | NVLink 5.0 | 1.8 TB/s | B200/B300，18 links [3] |
| H2D / D2H (GPU↔CPU) | PCIe Gen5 x16 | ~63 GB/s | 单方向上限 [1] |
| NVMe→GPU (传统, Buffered) | PCIe Gen4 x4 → DRAM → GPU | ~3.5 GB/s | 2 次 PCIe 穿越 + CPU memcpy [9] |
| NVMe→GPU (传统, O_DIRECT) | PCIe Gen4 x4 → DRAM → GPU | ~7 GB/s | 2 次 PCIe 穿越，无 CPU memcpy [9] |
| NVMe→GPU (GDS) | PCIe P2P 直通 | ~7 GB/s (同 PCIe Gen4 x4) | 1 次 PCIe 穿越，同 Switch 最优 [9] |
| NVMe→GPU (GDS, Gen5) | PCIe P2P 直通 | ~14 GB/s | 1 次 PCIe 穿越，基于 Gen5 x4 NVMe [9] |
| CPU↔GPU (NVLink-C2C) | NVLink-C2C | ~225 GB/s | Grace Hopper/Grace Blackwell，单向 [7] |
| CPU↔CPU (NVLink-C2C) | NVLink-C2C | ~450 GB/s | Grace CPU 之间，单向 [7] |
来源: [8] 本仓库
gpudirect/02_gpudirect_p2p.md第 5.1 节；[9] 本仓库gpudirect/01_gpudirect_technology.md第 3.1–3.4 节；[3]nvlink/nvlink_intro.md；[7]superchips/nvidia_gb300.md。
6. 速算公式
PCIe 单向带宽 (GB/s) = GT/s × 编码效率 × Lane 数 ÷ 8
Gen1/2 (8b/10b): 效率 = 8/10 = 0.80
Gen3/4/5 (128b/130b): 效率 = 128/130 ≈ 0.985
Gen6 (PAM-4 + FLIT): 效率 = 242/256 ≈ 0.945
NVLink 双向总带宽 = 单 Link 速率 × 2 (双向) × Link 数
NVMe 典型读取 = PCIe x4 理论单向 × ~0.85–0.90 (NVMe 协议开销)
示例: Gen5 x16 单向 = 32 × 0.985 × 16 ÷ 8 = 63.0 GB/s
7. NVLink vs PCIe 带宽对比 (x16)
| NVLink 代 | 总双向带宽 | 对比 PCIe Gen5 (×16) | 倍数 |
|---|---|---|---|
| 1.0 (P100) | 160 GB/s | vs ~31.5 GB/s (Gen3) | 5.1× |
| 2.0 (V100) | 300 GB/s | vs ~63 GB/s (Gen3) | 4.8× |
| 3.0 (A100) | 600 GB/s | vs ~63 GB/s (Gen4) | 9.5× |
| 4.0 (H100) | 900 GB/s | vs ~126 GB/s (Gen5) | 7.1× |
| 5.0 (B200) | 1.8 TB/s | vs ~126 GB/s (Gen5) | 14× |
| 6.0 (Rubin) | 3.6 TB/s | vs ~242 GB/s (Gen6) | 14× |
注：NVLink 1.0/2.0/3.0 对应的是各自年代的 PCIe 版本 (Gen3/Gen4)，NVLink 4.0+ 对比最新 PCIe Gen5。
参考资料
- PCI-SIG Official Specifications — 各代速率定义 (https://pcisig.com)
- 本仓库
pcie/01_pcie_comprehensive_guide.md— PCIe 带宽表与编码说明 - 本仓库
nvlink/nvlink_intro.md— NVLink 各代带宽表与技术演进 - NVIDIA GB200 NVL4 Architecture Whitepaper (https://resources.nvidia.com)
- NVIDIA H100 Tensor Core GPU Data Sheet (https://www.nvidia.com/en-us/data-center/h100/)
- NVIDIA H200 Tensor Core GPU Product Page (https://www.nvidia.com/en-us/data-center/h200/)
- 本仓库
superchips/nvidia_gb300.md— GB200/GB300 规格对比 - 本仓库
gpudirect/02_gpudirect_p2p.md— GPU 拓扑与 P2P 性能 - 本仓库
gpudirect/01_gpudirect_technology.md— GDS 数据路径与性能对比 - NVIDIA Blackwell Ultra Datasheet — B300 GPU 规格 (https://resources.nvidia.com/en-us-blackwell-architecture/blackwell-ultra-datasheet)