PCIe 7.0有什么值得你期待！

也許64 GT/s已經(jīng)很快了，但對那些每天面對超級巨量數(shù)據(jù)的應(yīng)用來說，這可能只是暫時的權(quán)宜之計而已，尤其是全球數(shù)據(jù)量正日日夜夜地急速膨脹，下一代的高速傳輸標準必須要盡早就位，所以PCIe 7.0來了。

說PCIe 7.0來了其實不正確，因為它仍在制定中，PCI-SIG約是在2023年啟動PCIe 7.0的制定作業(yè)，并預(yù)計2025年才會完成并頒布，而要落實到實際應(yīng)用，最快也要等到2028年，目前最新的進度是4月初才剛剛完成了「0.5版」。

為什么需要PCIe 7.0？

對PCI-SIG來說，每3年倍增一次I/O帶寬是他們的使命，所以在這個前提之下，PCIe 7.0的提出就是既定發(fā)展藍圖的實踐。而且更重要的，是不能讓標準的帶寬落后實際的傳輸帶寬，持續(xù)拉開這段差距，也是維持應(yīng)用創(chuàng)新動能的重要手段。

但這幾年，我們可以明顯感受到PCI-SIG的推動力道持續(xù)維持高檔，很大的原因就是產(chǎn)業(yè)需求一直催促著PCIe 前進，特別是在高性能運算（HPC）、人工智能（AI）和次世代汽車應(yīng)用的帶動下，I/O總線勢必得要跟上，甚至是領(lǐng)先一個世代以上。

也因此，PCIe 7.0作為PCI Express（PCIe）標準的第七代版本，將提供比PCIe 6.0更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，以滿足不斷成長的數(shù)據(jù)中心、HPC、AI，以及ADAS與自動駕駛應(yīng)用的需求。

另一方面，隨著全球節(jié)能規(guī)范的不斷升級，加以任務(wù)導(dǎo)向（mission critical）應(yīng)用的范疇不斷擴大，提升能源效率與延遲性能，也是PCIe 7.0的發(fā)展目標所在，以確保次世代的高性能應(yīng)用有更佳的功耗表現(xiàn)與可靠度。

當然，PCIe可以不斷的進化和突破，背后的大功臣當然是得益于半導(dǎo)體技術(shù)的與日俱進。在先進芯片制程與IC設(shè)計的加持下，PCIe 7.0的目標效能也就早早被訂下了標線。

PCIe 7與PCIe 6的比較

從6.0再進化到7.0，PCIe 7.0肯定要有些不凡之處。但PCI-SIG副總裁Richard Solomon卻說：「PCIe 7.0最大的變更，就是沒有任何變更！」

這句話說的也許夸張，但卻充分表達出了PCIe 7.0的首要任務(wù)，那就是維持6.0的技術(shù)規(guī)范，并穩(wěn)定發(fā)展。

Richard Solomon進一步解釋，PCIe 6.0是一次重大的升級，為了維持帶寬速度倍增的目標，采用了全新的訊號傳送模式，由過去的「不歸零編碼（NRZ）」，轉(zhuǎn)換到PAM4。而這個改動是一個影響深遠的轉(zhuǎn)換，不僅訊號發(fā)射與控制端的芯片設(shè)計都需要重頭來過，測試與驗證的儀器設(shè)備也需要有新的規(guī)格，因此對整個產(chǎn)業(yè)鏈都是一個巨大的沖擊。

也因此，為了更好的延續(xù)上個版本的改動，同時也讓產(chǎn)業(yè)鏈能夠更成熟的導(dǎo)入新的技術(shù)規(guī)格，PCIe 7.0除了傳輸速度與功耗性能的提升之外，幾乎沒有添加太多的新東西。

依據(jù)PCI-SIG最新的發(fā)布，PCIe 7.0預(yù)計仍將在2025年發(fā)布，主要的規(guī)格如下：

? 透過 x16 配置．提供 128 GT/s 原始比特率與512 GB/s 的雙向比特率

? 采用 PAM4（4 階脈沖幅度調(diào)變）訊號

? 關(guān)注渠道參數(shù)和覆蓋面

? 持續(xù)實現(xiàn)低延遲和高可靠性

? 提高電源效率

? 向下容性所有前代 PCIe 技術(shù)

表一：PCIe 7.0與PCIe 6.0比較表

從上表可以看出，PCIe 7.0在數(shù)據(jù)傳輸速率、信道帶寬方面都較 PCIe 6.0有所提升，但除此之外，其實大致上都維持與PCIe 6.0相當?shù)募夹g(shù)。

具體而言，PCIe 7.0最大的優(yōu)勢就是體現(xiàn)在更高的傳輸性能，以及更佳的能源效率。 對于HPC、AI和ML等應(yīng)用來說，PCIe 7.0的數(shù)據(jù)傳輸速率和信道帶寬是PCIe 6.0的兩倍，意味著它可以提供更高的性能，而這是十分重要的特色；另一方面，PCIe 7.0也更重視節(jié)能功能，除了降低功耗，同時也提升能源效率，這對于數(shù)據(jù)中心運營商來說，這一點至關(guān)重要。

以數(shù)據(jù)密集型市場為目標應(yīng)用

很直接的，PCI-SIG一開始就為PCIe 7.0設(shè)定了主要的目標領(lǐng)域，也就是所謂的「數(shù)據(jù)密集型市場」。而落實到具體的應(yīng)用上，則有如 800G 以太網(wǎng)絡(luò)、人工智能/機器學(xué)習、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、HPC、量子運算、以及云端運算等。

以下是PCIe 7.0針對各個具體應(yīng)用所能帶來的優(yōu)勢：

?800G 以太網(wǎng)絡(luò)：傳輸帶寬倍增，不僅大幅縮短傳輸時間，同時也有助于降低能源的消耗。

?AI /ML：由于數(shù)據(jù)傳輸頻頸的突破，PCIe 7.0將使AI系統(tǒng)能夠更快地訓(xùn)練和執(zhí)行AI模型。

?HPC： PCIe 7.0將使HPC系統(tǒng)能夠處理更大的數(shù)據(jù)集，也能運行更復(fù)雜的模擬。

?超大型數(shù)據(jù)中心： PCIe 7.0能讓數(shù)據(jù)中心部署更高性能的HPC、AI和ML工作負載，為次世代應(yīng)用打造超大型的數(shù)據(jù)中心。

?量子運算：運子指令周期要比傳統(tǒng)計算機更快，能夠比傳統(tǒng)計算機更快地解決復(fù)雜且龐大的運算任務(wù)，但同時它也仰賴更大的帶寬速度來運行。

而有鑒于高階的PCIe規(guī)范在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用重要性日益提升，改進線纜連接的性能也成為帶寬速度突破的要點所在。因此，PCI-SIG也在今年第一季發(fā)表了新一代的布線規(guī)格「CopprLink 5.0/6.0」。

PCI-SIG指出，新布線規(guī)格主要目標應(yīng)用是數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、儲存、網(wǎng)絡(luò)和加速器等，而主要的發(fā)展動機主要如下：

? 高帶寬應(yīng)用需要更長的通道涵蓋范圍和拓撲彈性

? 在32和64 GT/s 時，PCB 損耗會縮短通道涵蓋范圍，并限制平臺彈性

? 纜線是為系統(tǒng)設(shè)計人員提供彈性及帶動創(chuàng)新的另一種選擇

圖二 : PCI-SIG新一代的布線規(guī)格「CopprLink 5.0/6.0」，要目標應(yīng)用是數(shù)據(jù)中心。（source：PCI-SIG）

將朝「光連接友善」前進

由于生成式AI應(yīng)用席卷全球，為了響應(yīng)產(chǎn)業(yè)對于超高速傳輸技術(shù)的期待，PCI-SIG已在2023年成立了光學(xué)工作小組，以研究光傳輸技術(shù)，特別是硅光子技術(shù)與PCIe互連的可能性。然而，PCI-SIG也明確表示，光連接技術(shù)短期內(nèi)仍不會有明確的進度，至少要到PCIe 10.0版本之后才會有比較具體的發(fā)展，但PCIe朝「光連結(jié)友善（Optical-friendly）」前進是肯定的方向。

Richard Solomon表示，目前PCI-SIG光學(xué)工作小組的成員包含多家大家耳熟能詳?shù)目萍即髲S，當中也有具備光學(xué)連接技術(shù)的單位，但目前一切都仍在討論之中。盡管大家對此技術(shù)有很大的期待，但光連接技術(shù)不會是「現(xiàn)在」就出現(xiàn)，仍需要一段時間去發(fā)展。

Richard Solomon指出，從現(xiàn)行的技術(shù)演進來看，他認為PCIe技術(shù)在「銅」在線仍可以有很多的改進，例如于2024年第一季發(fā)布的「CopprLink 5.0/6.0 布線規(guī)格」，仍將持續(xù)推進傳輸?shù)乃俣群蛶?，至少可以在延續(xù)兩個世代。因此他認為，光連接技術(shù)要能在PCIe規(guī)范上實現(xiàn)，應(yīng)該要到PCIe 10.0之后。

不過，持續(xù)關(guān)注硅光子等光傳輸技術(shù)絕對是PCIe重要的發(fā)展方針，也許不見得會納入規(guī)范之中，但提供更佳的整合與搭配性能，將會是PCIe光學(xué)工作小組主要任務(wù)所在。

目前PCI-SIG 光學(xué)工作小組主要在支持廣泛的光學(xué)技術(shù)，同時可能開發(fā)適用于特定技術(shù)的外型尺寸，而不受光學(xué)技術(shù)限制。潛在的外型尺寸包括：可插拔光學(xué)收發(fā)器、板載光學(xué)組件、共同封裝光學(xué)組件和光學(xué)I/O。

而關(guān)于光學(xué)技術(shù)預(yù)計的 PCIe 規(guī)范更新，PCI-SIG指出，將朝向使用相同的組件，確保最少的變更（例如，預(yù)計使用相同的Flit 模式、相同的鏈路調(diào)訓(xùn)等）。潛在的規(guī)格增強包括：根據(jù)光側(cè)協(xié)調(diào)速度轉(zhuǎn)換、使邊帶訊號處于帶內(nèi)、使規(guī)格更加節(jié)能，以及擴大覆蓋范圍等。

結(jié)語

盡管PCIe 7.0 技術(shù)主要是針對數(shù)據(jù)密集型市場所設(shè)計的互連方案，但除了更快的傳輸速度、更強力的通道參數(shù)與覆蓋范圍之外，PCIe 7.0 架構(gòu)將專注提升能源效率，以滿足次世代高性能運算同時對于效能與節(jié)電的要求。因此，我們也可以期待，未來的高速互連技術(shù)將不會再是一個吃電怪獸。

值得注意的是，PCIe技術(shù)不僅受到數(shù)據(jù)中心的青睞，其實汽車產(chǎn)業(yè)和工業(yè)應(yīng)用也十分看重這個技術(shù)。PCI-SIG在2023年委托了市場研究公司ABI Research 進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)汽車和邊緣運算的垂直產(chǎn)業(yè)擁有龐大的成長潛能，整體潛在市場 （TAM）復(fù)合年增長率（CAGR）高達53%，再者，PCIe 技術(shù)在行動裝置的垂直領(lǐng)域也表現(xiàn)良好。而這些領(lǐng)域也將成為PCI-SIG耕耘的重點。