電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（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（四電平脈沖幅度調制）信號技術，在帶寬方面相較于 PCIe 6.0 實現(xiàn)進一步提升。

PCI-SIG 組織透露，已啟動 PCIe 8.0 的預研工作。同時，PCI-SIG 發(fā)布的光纖規(guī)范同樣值得關注，這是 PCIe 技術演進中的重要里程碑，其核心目標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，達到 PCIe 6.0 的兩倍。在 x16 配置下，其雙向傳輸速度高達 512GB/s。從速率來看，PCIe 7.0×4 的帶寬與 PCIe 5.0×16 相當，實現(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，但 PCIe 7.0 對其進行了優(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，并優(yōu)化了數(shù)據(jù)可達性和傳輸可靠性。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)中心內部的互聯(lián)至關重要；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)中心和大型計算設施的需求；此外，PCIe 7.0 引入通道裕度功能、增強的錯誤檢測和報告機制等創(chuàng)新功能，進一步增強了在嚴苛環(huán)境中的實用性，還優(yōu)化了對 CXL 等新興技術的支持。

PCI-SIG 總裁兼主席 Al Yanes 表示：“二十多年來，PCIe 技術一直是高帶寬、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)新技術發(fā)展的核心推動力。在人工智能和機器學習領域，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 模型的訓練和推理速度，推動 AI 繪畫、AI 寫作等應用的處理效率。

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

在量子計算等前沿技術領域，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，促進新興前沿技術的成熟和商業(yè)化應用。

PCIe 7.0 不僅推動技術創(chuàng)新，還能提升創(chuàng)新應用的能源效率。隨著設備性能增強，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，使數(shù)據(jù)中心和其他高性能計算環(huán)境在處理大量數(shù)據(jù)時更加節(jié)能，降低運營成本，符合綠色計算的發(fā)展趨勢。

此外，PCIe 7.0 仍然支持所有先前版本的 PCIe 技術，保護用戶現(xiàn)有的硬件投資，使用戶能夠在不淘汰現(xiàn)有設備的基礎上，逐步升級到新一代標準，實現(xiàn)平滑過渡。這也促使硬件制造商圍繞 PCIe 7.0 進行產品研發(fā)和創(chuàng)新，推動整個行業(yè)的技術升級和產業(yè)發(fā)展。

PCIe 7.0 在光纖技術方面的關鍵突破

Al Yanes 表示：“我們看到了基于 PCIe 技術的行業(yè)標準光互連的需求，而 Optical Aware Retimer ECN 是添加模塊化光解決方案的第一步。我們預計該技術將首先應用于人工智能 / 機器學習和云等數(shù)據(jù)中心應用?！?br />
在發(fā)布 PCIe 7.0 標準的同時，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，旨在通過光學連接提供 PCIe 技術。分析人士指出，PCI-SIG 此舉與其行事風格相符，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，幫助跟上標準實際使用的更高頻率。

此前，測試測量儀器公司曾解讀 PCIe 7.0 標準引入光學技術的原因。其一，銅纜難以匹配當前不斷擴大的計算集群，而光傳輸方案可實現(xiàn)計算資源分散化，使處理單元能夠訪問更多分布在不同服務器單元或機架中的內存單元；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，幾乎無法滿足機架間數(shù)十米的傳輸要求；其三，重定時器技術復雜、昂貴且耗電。

實際上，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）的銅纜標準，允許 1 米內高速連接，外部延長線可達 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，光組件設計制造工藝成熟，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，為通過光纖實現(xiàn) PCIe 技術提供了首個行業(yè)標準化方法。

光感知重定時器支持在電氣和光學域之間進行多路復用，通過均衡、時鐘恢復和信號再生技術，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技術，用于現(xiàn)有符合 PCIe 6.4 和 7.0 規(guī)范的交換機、根復合體（root complex）和端點硅片設計之間的光學互連，允許跨電域和光域進行多路復用和數(shù)據(jù)映射。

結語

PCIe 7.0 規(guī)范的正式推出與光纖技術的突破，不僅標志著高速互連技術在帶寬與能效上的又一次飛躍，更掀開了數(shù)據(jù)中心架構革新的新篇章。從銅纜到光纖的技術跨越，既解決了高速率下物理傳輸?shù)钠款i，也通過標準化光感知重定時器方案，實現(xiàn)了與現(xiàn)有 PCIe 生態(tài)的無縫兼容。這一演進為 AI 訓練、量子計算等前沿領域提供了更強勁的硬件底座，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 預研，光纖技術向更廣泛數(shù)據(jù)中心場景滲透，PCIe 技術正以標準化力量推動計算架構從 “單機高速” 向 “集群互聯(lián)” 深度變革，為未來智能時代的算力網(wǎng)絡鋪就高速通道。