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)的應用來說,這可能只是暫時的權宜之計而已,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),并預計2025年才會完成并頒布,而要落實到實際應用,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)和次世代汽車應用的帶動下,I/O總線勢必得要跟上,甚至是領先一個世代以上。
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,加以任務導向(mission critical)應用的范疇不斷擴大,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體技術的與日俱進。在先進芯片制程與IC設計的加持下,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,那就是維持6.0的技術規(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)」,轉換到PAM4。而這個改動是一個影響深遠的轉換,不僅訊號發(fā)射與控制端的芯片設計都需要重頭來過,測試與驗證的儀器設備也需要有新的規(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)鏈能夠更成熟的導入新的技術規(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 階脈沖幅度調變)訊號
? 關注渠道參數(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
表一:PCIe 7.0與PCIe 6.0比較表
特性 | PCIe 6.0 | PCIe 7.0 |
數(shù)據(jù)傳輸速率 | 8 GT/s | 16 GT/s |
通道帶寬(x4) | 64 GB/s | 128 GB/s |
低延遲 | FLIT, FEC | FLIT, FEC |
節(jié)能 | 是 | 是 |
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。
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,這一點至關重要。
以數(shù)據(jù)密集型市場為目標應用
很直接的,PCI-SIG一開始就為PCIe 7.0設定了主要的目標領域,也就是所謂的「數(shù)據(jù)密集型市場」。而落實到具體的應用上,則有如 800G 以太網(wǎng)絡、人工智能/機器學習、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針對各個具體應用所能帶來的優(yōu)勢:
?800G 以太網(wǎng)絡: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雜且龐大的運算任務,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)格主要目標應用是數(shù)據(jù)中心、服務器、儲存、網(wǎng)絡和加速器等,而主要的發(fā)展動機主要如下:
? 高帶寬應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應用席卷全球,為了響應產(chǎn)業(yè)對于超高速傳輸技術的期待,PCI-SIG已在2023年成立了光學工作小組,以研究光傳輸技術,特別是硅光子技術與PCIe互連的可能性。然而,PCI-SIG也明確表示,光連接技術短期內(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「光連結友善(Optical-friendly)」前進是肯定的方向。
Richard Solomon表示,目前PCI-SIG光學工作小組的成員包含多家大家耳熟能詳?shù)目萍即髲S,當中也有具備光學連接技術的單位,但目前一切都仍在討論之中。盡管大家對此技術有很大的期待,但光連接技術不會是「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)行的技術演進來看,他認為PCIe技術在「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,光連接技術要能在PCIe規(guī)范上實現(xiàn),應該要到PCIe 10.0之后。
不過,持續(xù)關注硅光子等光傳輸技術絕對是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光學工作小組主要任務所在。
目前PCI-SIG 光學工作小組主要在支持廣泛的光學技術,同時可能開發(fā)適用于特定技術的外型尺寸,而不受光學技術限制。潛在的外型尺寸包括:可插拔光學收發(fā)器、板載光學組件、共同封裝光學組件和光學I/O。
而關于光學技術預計的 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,預計使用相同的Flit 模式、相同的鏈路調訓等)。潛在的規(guī)格增強包括:根據(jù)光側協(xié)調速度轉換、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。
結語
盡管PCIe 7.0 技術主要是針對數(shù)據(jù)密集型市場所設計的互連方案,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將不會再是一個吃電怪獸。
值得注意的是,PCIe技術不僅受到數(shù)據(jù)中心的青睞,其實汽車產(chǎn)業(yè)和工業(yè)應用也十分看重這個技術。PCI-SIG在2023年委托了市場研究公司ABI Research 進行調查,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)復合年增長率(CAGR)高達53%,再者,PCIe 技術在行動裝置的垂直領域也表現(xiàn)良好。而這些領域也將成為PCI-SIG耕耘的重點。
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