編輯更新：本文回顧 2024 年 4 月 2 日公布的 PCIe 7.0 v0.5 草案。PCI-SIG 已於 2025 年 6 月 11 日向會員發布 1.0 最終版。下文保留的預測反映草案發布時的展望。 PCI-SIG: PCIe 7.0 v1.0
PCI-SIG 於 2024 年 4 月 2 日開放會員審閱 0.5 版，並將其稱為彙整 0.3 版回饋後的首份正式草案。當時，最終版預定於 2025 年發布。 PCI-SIG: PCIe 7.0 v0.5
PCIe 7.0 是下一代電腦互連技術，旨在將每個接腳的資料傳輸速度提升至 128 GT/s，是 PCIe 6.0 64 GT/s 的兩倍，也是 PCIe 5.0 32 GT/s 的四倍。這讓 16 通道（x16）連接能同時在每個方向上支援 256 GB/s 的頻寬（不含編碼負擔）。這樣的速度對未來資料中心，以及需要更高速資料傳輸（包含網路資料傳輸）的人工智慧與高效能運算應用來說，將相當有利。
為了達到這些資料傳輸速率，PCIe 7.0 將實體層的匯流排頻率相較於 PCIe 5.0 與 6.0 提升一倍。它保留了 PCIe 6.0 所使用的四階層脈衝振幅調變（PAM4）訊號、1b/1b FLIT 模式編碼，以及前向錯誤修正（FEC）。PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 規格也著重於強化通道參數與覆蓋範圍，並提升功耗效率。
整體而言，PCIe 7.0 的工程師們面臨艱鉅挑戰，因為這項標準需要將實體層的匯流排頻率加倍——這是 PCIe 6.0 透過 PAM4 訊號技術所迴避的重大進展。改善資料訊號沒有不勞而獲的事，而 PCIe 7.0 讓 PCI-SIG 可說是重回高難度開發模式，因為實體層必須再次升級——這次要能在大約 30GHz 下運作。目前尚不清楚有多少繁重工作將透過智慧訊號技術（以及重定時器）完成，又有多少必須仰賴純粹的材料改良，例如更厚的印刷電路板（PCB）與低損耗材料。
PCIe 7.0 的下一個重要里程碑是完成規格的 0.7 版，這被視為一份完整草案，所有面向都必須完整定義，且電氣規格須以測試晶片驗證。在此版本之後將無法新增功能。PCIe 6.0 最終歷經四份主要草案——0.3、0.5、0.7 與 0.9——因此 PCIe 7.0 很可能遵循相同路徑。由於從規格定稿到實際產品上市還有很長一段路要走，2025 年最終版本發布後，首批 PCIe 7.0 硬體可能還需要數年才會上市。
PCIe 7.0 的功能目標
PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 規格仍按計畫於 2025 年完整發布，並包含以下功能目標：
- 在 x16 配置下提供 128 GT/s 的原始位元傳輸率，以及最高 512 GB/s 的雙向頻寬。
- 採用 PAM4（四階層脈衝振幅調變）訊號技術。
- 注重通道參數與傳輸距離。
- 持續達成低延遲與高可靠度目標。
- 提升功耗效率。
- 維持與所有前代 PCIe 技術的向下相容性。
PCIe 7.0 旨在成為資料密集型市場的可擴展互連解決方案，例如 800G Ethernet、AI/ML、超大規模資料中心、HPC、量子運算與雲端。隨著 PCIe 技術持續演進以滿足高頻寬需求，PCIe 7.0 架構著重於通道參數與傳輸距離，同時提升功耗效率。
背景：早期草案
前一年 6 月，PCI-SIG 發布了 PCIe 7.0 的 0.3 版。早期工作始於 2022 年，當時該組織在 PCI-SIG Developer Conference 上發表了 PCI Express 7.0 規格。
頻寬說明：PCIe 7.0 的傳輸速率為 128 GT/s。最高 512 GB/s 指十六通道（x16）連線兩個方向的合計頻寬，並非單一通道頻寬。 PCI-SIG: 128 GT/s / 512 GB/s (x16)
PCI-SIG 總裁兼董事長 Al Yanes 表示：“隨著即將推出的 PCIe 7.0 規範，PCI-SIG 延續了我們 30 年來致力於提供行業領先規範、突破創新界限的承諾。” “隨著 PCIe 技術不斷發展以滿足高頻寬需求，我們工作組的重點將放在通道參數和範圍以及提高電源效率。”
到 2023 年會議時，PCI-SIG 已完成初稿，即 0.3 版，準備分發給會員。早期的草案往往不太關注公共技術細節，v0.3 也不例外。儘管如此，完成初稿仍然很重要，因為它表明該小組已經成功開發了更快的 PCIe 通訊所需的核心技術基礎——考慮到所需的實體層匯流排頻率加倍，這並不是一件容易的事。在電氣方面，PCIe 7.0 與其前身一樣堅持 PAM4 + FLIT 編碼，因此下一個標準透過專注於邏輯層開發來節省物理層開發的大量精力。
PCI-SIG 的標準節奏是基於三年的開發週期，因此草案公告按計劃進行，預計還需要大約兩年的開發時間。假設剩餘的草案工作進展順利，PCI-SIG 預計在 2025 年最終確定 PCIe 7.0。該規範的合規性計劃應在 2027 年啟動並運行。在使用新規範的任何大型商業硬體交付之前，必須進行合規性測試和認證，除了極少數例外，這些往往需要 2 到 2.5 年才能完成。因此，首批商用 PCIe 7.0 產品預計至少要到 2027 年才會推出。
佈線規格
雖然 PCIe 7.0 正在開發中，但 PCIe 6.0 的硬體仍在開發中，甚至 PCIe 5.0 設備也只面世了很短的時間。除了核心規格之外，PCI-SIG 還在完善輔助領域，尤其是佈線。儘管 PCIe 傳統上被認為是透過印刷電路板路由的總線，但該標準始終允許佈線。根據新標準，PCI-SIG 預計伺服器和其他高階裝置中佈線的使用將會成長，因為 PCB 的通道範圍有限，並且隨著訊號頻率的增加而變得更糟。
為此，PCI-SIG正在製定兩項佈線規範，預計將於當年第四季發布，涵蓋PCIe 5.0和PCIe 6.0（因為訊號頻率不變），以及內部和外部電纜。內部佈線將設備連接到系統內的其他部件（設備和主機板/背板），而外部佈線則用於系統到系統的連接。 PCI Express 在信令技術和絕對訊號速率方面落後於以太網，因此乙太網路工作小組已經解決了高速銅纜訊號的大部分初始開發問題，從而在一定程度上簡化了 PCIe 標準和佈線開發。電纜開發顯然更多是一種伺服器用例，而不是消費性用例，但隨著公司將更強大的系統和叢集整合在一起，它仍然很重要。
PCIe 的未來：光學技術
當今的電腦嚴重依賴 PCI Express 總線，它可以很好地滿足元件之間高頻寬連接的需求。隨著需求不斷增加，PCI-SIG 放眼未來。在致力於 PCIe 6.0 和 7.0 的同時，它也正在探索向光學互連而非傳統使用的電氣互連的根本轉變。 2023 年 8 月，PCI-SIG 宣布成立一個新的光學工作小組，透過光學連接提供 PCIe 技術，其設計與光學技術無關，支援廣泛的光學技術，同時有可能開發特定於技術的外形尺寸。
Insight 64 研究員 Nathan Brookwood 表示：「光連接將成為 PCIe 架構的重要進步，因為它們將實現更高的性能、更低的功耗、更長的範圍和更低的延遲。雲端和量子運算、超大規模資料中心和高效能運算等許多資料密集型市場和應用都將受益於利用光連接的 PCIe 架構。」
PCI-SIG 總裁兼主席 Al Yanes 表示：「我們看到業界對透過實現應用程式之間的光纖連接來擴大已建立的多代節能 PCIe 技術標準的覆蓋範圍抱有濃厚的興趣。」 「PCI-SIG 歡迎業界提出意見，並邀請所有 PCI-SIG 成員加入光學工作小組，分享他們的專業工作小組並幫助所有 PCI-SIG 成員加入光學工作小組，分享他們的專業工作目標並幫助所有 PCI-SIG 成員加入光學工作小組，分享他們的專業工作目標並幫助所有 PCI-SIG 成員加入光學工作小組，分享他們的專業知識小組，分享他們的專業知識小組，
雖然現有工作小組繼續致力於 PCIe 7.0 中 128 GT/s 的資料速率，但新的光學工作小組專注於使 PCIe 架構在光學上更加友善。 PCI Express 於 2000 年首次發布，最初是圍繞著至今仍在使用的高密度邊緣連接器開發的。 PCIe 卡機電規範 (CEM) 定義了過去二十年使用的附加卡片外形尺寸，範圍從 x1 到 x16。雖然 CEM 多年來幾乎保持不變（主要是為了確保向後和向前相容性），但訊號標準本身經歷了多次速度升級——自 2000 年以來，單一 PCIe 通道的速度已提高了 32 倍，而 PCI-SIG 將在 2025 年透過 PCIe 7.0 將其再次翻倍。由於每個引腳傳輸的資料量大幅增加，實際使用的頻率頻寬也同樣增加，PCIe 7.0 設定為以近 32GHz 運作。
在開發新標準時，PCI-SIG 致力於最大限度地減少這些問題，即隨著材料的改進，使用不需要更高頻率的替代訊號方法（例如 PCIe 6 的 PAM4）和中程重定時器。但 PCB 內銅走線的頻率限制從未完全消除，這就是 PCI-SIG 創建基於銅佈線的 PCIe 官方標準的原因。 PCIe 5.0/6.0佈線標準提供了使用銅纜在系統內部（內部）和系統之間（外部）傳輸PCIe的選項；相對較粗的銅電纜比 PCB 走線的信號損失更少，克服了高頻通信的短通道覆蓋問題。雖然其目的是作為 PCIe CEM 連接器的替代品而不是批量替代品，但它的存在凸顯了銅纜上高頻信號傳輸所面臨的問題，一旦 PCIe 7.0 到來，這些問題只會變得更具挑戰性。
這正是促成 PCI-SIG Optical Working Group 成立的原因。正如經常站在高頻訊號創新前端的乙太網路社群，PCI-SIG 也將以光為基礎的光通訊視為 PCIe 未來的一部分——相較於耗電量日益增加的銅纜，它能提供更長的傳輸距離、更高的資料傳輸速率與更低的功耗。嚴格來說，透過光學連線傳輸 PCIe 訊號並不需要全新的光學標準，已有若干廠商提供專注於外部連接的專屬解決方案。但光學標準的制定，是為了規範 PCIe over fiber 的運作方式與行為表現。PCI-SIG 明確表示，不會為任何單一光學技術開發標準，而是希望讓標準具備技術中立性，以支援廣泛多元的光學技術。
PCI-SIG 的聲明並不僅止於以光纜取代銅纜；該組織也在考量「針對特定技術開發專屬外型規格的可能性」。雖然經典的 CEM 連接器短期內不太可能消失（向下與向上相容性至關重要），但它卻是現今實現 PCIe 最薄弱、也最困難的途徑。若 PCI-SIG 考慮新的外型規格，光學工作小組至少會評估某種以光學為基礎的 CEM 繼任規格——一旦成真，這將輕易成為 PCIe 規格 23 多年歷史上最大的變革。但任何這類變革即便發生，也還需要數年時間；該小組廣泛的職權範圍要產生實質影響也還需要數年，預計不會早於 PCIe 7.0 的纜線標準制定，甚至可能更直接體現在 PCIe 8.0 規格中。任何光學 PCIe 的認真應用，似乎都得仰賴低成本的光收發器（亦即矽光子技術）。隨著 PCIe 逐漸逼近銅纜的實際極限，這項業界標準的周邊互連技術未來很可能朝向光學發展。
