電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）日前，PCI-SIG 宣布正式推出 PCIe 7.0 規(guī)范。PCIe 7.0 繼續(xù)沿用自 PCIe 6.0 引入的 PAM4（四電平脈沖幅度調(diào)制）信號技術(shù)，在帶寬方面相較于 PCIe 6.0 實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升。

PCI-SIG 組織透露，已啟動 PCIe 8.0 的預(yù)研工作。同時，PCI-SIG 發(fā)布的光纖規(guī)范同樣值得關(guān)注，這是 PCIe 技術(shù)演進(jìn)中的重要里程碑，其核心目標(biāo)是通過光纖傳輸解決銅纜在高速率下的物理限制，同時保持與現(xiàn)有 PCIe 生態(tài)的兼容性。

PCIe 7.0 帶寬翻倍

2022 年 6 月，PCI-SIG 在美國開發(fā)者大會（US DevCon）上宣布 PCIe 7.0 規(guī)范。隨后，該組織緊鑼密鼓地展開 PCIe 7.0 的研發(fā)和測試工作。2025 年 3 月，PCIe 7.0 規(guī)范正式定稿。

根據(jù)最新發(fā)布的正式版本 SPEC 規(guī)范，PCIe 7.0 將每個引腳的數(shù)據(jù)傳輸速度提升至 128GT/s，達(dá)到 PCIe 6.0 的兩倍。在 x16 配置下，其雙向傳輸速度高達(dá) 512GB/s。從速率來看，PCIe 7.0×4 的帶寬與 PCIe 5.0×16 相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)吞吐量的巨大飛躍。

圖源：PCI-SIG


圖源：PCI-SIG

雖然同樣采用 PAM4 信號技術(shù)，但 PCIe 7.0 對其進(jìn)行了優(yōu)化。PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 規(guī)范不僅能提供更出色的能效表現(xiàn)，還兼容前幾代 PCIe 技術(shù)，并優(yōu)化了數(shù)據(jù)可達(dá)性和傳輸可靠性。在物理層，PCIe 7.0 注重通道性能，確保信號在更長距離上的完整性，這對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的互聯(lián)至關(guān)重要；在性能提升的同時，PCIe 7.0 致力于保持或提高能源效率，契合數(shù)據(jù)中心和大型計(jì)算設(shè)施的需求；此外，PCIe 7.0 引入通道裕度功能、增強(qiáng)的錯誤檢測和報(bào)告機(jī)制等創(chuàng)新功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了在嚴(yán)苛環(huán)境中的實(shí)用性，還優(yōu)化了對 CXL 等新興技術(shù)的支持。

PCI-SIG 總裁兼主席 Al Yanes 表示：“二十多年來，PCIe 技術(shù)一直是高帶寬、低延遲 IO 互連的首選，我們很高興宣布 PCIe 7.0 規(guī)范的發(fā)布，該規(guī)范延續(xù)了我們每三年將 IO 帶寬翻一番的長期傳統(tǒng)。”

PCIe 7.0 支持新興技術(shù)發(fā)展

隨著性能和可靠性的提升，PCIe 7.0 將成為創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展的核心推動力。在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，PCIe 7.0 的高帶寬和低延遲特性，為 GPU、FPGA 等加速芯片之間的數(shù)據(jù)交互提供高速通道，有助于提升 AI 模型的訓(xùn)練和推理速度，推動 AI 繪畫、AI 寫作等應(yīng)用的處理效率。

在云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心方面，PCIe 7.0 能夠滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器之間、存儲設(shè)備與計(jì)算設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸需求，支持遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問（RDMA），有助于構(gòu)建更高效、靈活和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，提高數(shù)據(jù)中心的整體性能和資源利用率。

在量子計(jì)算等前沿技術(shù)領(lǐng)域，PCIe 7.0 的高速率和高可靠性可為其發(fā)展提供必要的硬件接口支持，促進(jìn)新興前沿技術(shù)的成熟和商業(yè)化應(yīng)用。

PCIe 7.0 不僅推動技術(shù)創(chuàng)新，還能提升創(chuàng)新應(yīng)用的能源效率。隨著設(shè)備性能增強(qiáng)，能效問題日益突出，PCIe 7.0 通過優(yōu)化信號傳輸和電源管理等技術(shù)，使數(shù)據(jù)中心和其他高性能計(jì)算環(huán)境在處理大量數(shù)據(jù)時更加節(jié)能，降低運(yùn)營成本，符合綠色計(jì)算的發(fā)展趨勢。

此外，PCIe 7.0 仍然支持所有先前版本的 PCIe 技術(shù)，保護(hù)用戶現(xiàn)有的硬件投資，使用戶能夠在不淘汰現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，逐步升級到新一代標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)平滑過渡。這也促使硬件制造商圍繞 PCIe 7.0 進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新，推動整個行業(yè)的技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

PCIe 7.0 在光纖技術(shù)方面的關(guān)鍵突破

Al Yanes 表示：“我們看到了基于 PCIe 技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)光互連的需求，而 Optical Aware Retimer ECN 是添加模塊化光解決方案的第一步。我們預(yù)計(jì)該技術(shù)將首先應(yīng)用于人工智能 / 機(jī)器學(xué)習(xí)和云等數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。”

在發(fā)布 PCIe 7.0 標(biāo)準(zhǔn)的同時，PCI-SIG 也推出了光纖規(guī)范。2023 年 8 月，PCI-SIG 宣布成立新的工作組，旨在通過光學(xué)連接提供 PCIe 技術(shù)。分析人士指出，PCI-SIG 此舉與其行事風(fēng)格相符，致力于將一些具有挑戰(zhàn)性的問題最小化。此前引入 PAM-4 信號技術(shù)的 PCIe 6.0 便是例證，通過采用不需要更高頻率的替代信號方式，搭配中途重定時器以及材料改進(jìn)，幫助跟上標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際使用的更高頻率。

此前，測試測量儀器公司曾解讀 PCIe 7.0 標(biāo)準(zhǔn)引入光學(xué)技術(shù)的原因。其一，銅纜難以匹配當(dāng)前不斷擴(kuò)大的計(jì)算集群，而光傳輸方案可實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源分散化，使處理單元能夠訪問更多分布在不同服務(wù)器單元或機(jī)架中的內(nèi)存單元；其二，從 PCIe 1.0 開始，銅纜的傳輸距離逐漸縮短，到 PCIe 7.0 時，銅纜傳輸距離可能僅有幾十厘米，幾乎無法滿足機(jī)架間數(shù)十米的傳輸要求；其三，重定時器技術(shù)復(fù)雜、昂貴且耗電。

實(shí)際上，PCI-SIG 此前一直在優(yōu)化銅纜，曾推出支持 PCIe 5.0（32 GT/s）和 6.0（64 GT/s）的銅纜標(biāo)準(zhǔn)，允許 1 米內(nèi)高速連接，外部延長線可達(dá) 2 米。但隨著數(shù)據(jù)速率提升和電氣損耗加劇，傳統(tǒng)銅纜 PCIe 接口用于 DAC 和 PCB 互連的優(yōu)勢逐漸減弱，無法滿足 PCIe 7.0 的更高需求。相比之下，光組件設(shè)計(jì)制造工藝成熟，成本可控，且光纖所占空間小于銅纜，有助于提升數(shù)據(jù)中心整體密度，降低系統(tǒng)成本。

為提升 PCIe 的電氣性能，PCI-SIG 在新的光纖互連規(guī)范修訂中加入光感知重定時器 (Retimer) 方案 ，并修訂 PCIe 6.4 規(guī)范和新的 PCIe 7.0 規(guī)范，納入基于 PCIe 重定時器的解決方案，為通過光纖實(shí)現(xiàn) PCIe 技術(shù)提供了首個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化方法。

光感知重定時器支持在電氣和光學(xué)域之間進(jìn)行多路復(fù)用，通過均衡、時鐘恢復(fù)和信號再生技術(shù)，解決光信號在長距離傳輸中的衰減問題，確保信號完整性。此外，該光感知重定時器無縫支持各種光學(xué)技術(shù)，用于現(xiàn)有符合 PCIe 6.4 和 7.0 規(guī)范的交換機(jī)、根復(fù)合體（root complex）和端點(diǎn)硅片設(shè)計(jì)之間的光學(xué)互連，允許跨電域和光域進(jìn)行多路復(fù)用和數(shù)據(jù)映射。

結(jié)語

PCIe 7.0 規(guī)范的正式推出與光纖技術(shù)的突破，不僅標(biāo)志著高速互連技術(shù)在帶寬與能效上的又一次飛躍，更掀開了數(shù)據(jù)中心架構(gòu)革新的新篇章。從銅纜到光纖的技術(shù)跨越，既解決了高速率下物理傳輸?shù)钠款i，也通過標(biāo)準(zhǔn)化光感知重定時器方案，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有 PCIe 生態(tài)的無縫兼容。這一演進(jìn)為 AI 訓(xùn)練、量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域提供了更強(qiáng)勁的硬件底座，以 “每三年帶寬翻倍” 的迭代節(jié)奏，持續(xù)滿足算力需求。隨著 PCI-SIG 開啟 PCIe 8.0 預(yù)研，光纖技術(shù)向更廣泛數(shù)據(jù)中心場景滲透，PCIe 技術(shù)正以標(biāo)準(zhǔn)化力量推動計(jì)算架構(gòu)從 “單機(jī)高速” 向 “集群互聯(lián)” 深度變革，為未來智能時代的算力網(wǎng)絡(luò)鋪就高速通道。