本週，PCI-SIG 向其成員發布了 PCI-Express 7.0 規範的 0.5 版——這是該規範的第二份草案，也是 PCI-SIG 成員向標準提交新特性的最後機會。PCI-SIG 藉這次更新重申，新標準的開發仍依計畫於 2025 年推出最終版。
PCIe 7.0 是下一代電腦互連技術，旨在將每接腳資料傳輸速度提升至 128 GT/s——是 PCIe 6.0（64 GT/s）的兩倍、PCIe 5.0（32 GT/s）的四倍。這使 16 通道（x16）連接可同時於每個方向支援 256 GB/s 的頻寬（不含編碼負擔）。對於未來的資料中心，以及需要更高資料傳輸速率（包括網路資料傳輸速率）的人工智慧與高效能運算應用而言，這樣的速度將十分便利。
為達成這些資料傳輸速率，PCIe 7.0 相較 PCIe 5.0 與 6.0 將實體層的匯流排頻率翻倍。它保留了 PCIe 6.0 所用的四階脈衝振幅調變（PAM4）、1b/1b FLIT 模式編碼以及前向錯誤更正（FEC）技術。PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 規範還著重於強化通道參數與涵蓋範圍，以及改善能源效率。
整體而言，PCIe 7.0 背後的工程師面臨艱鉅任務，因為它需要將實體層匯流排頻率翻倍——而這正是 PCIe 6.0 透過 PAM4 訊號迴避掉的重大開發難題。在改善資料訊號方面沒有白吃的午餐，對 PCIe 7.0 而言，PCI-SIG 可說重回「困難模式」開發，實體層需要再次改進——這次要讓它在約 30GHz 下運行。至於多少難題將透過智慧訊號（與重定時器）解決、多少將透過純材料改進（如更厚的印刷電路板與低損耗材料）解決，仍有待觀察。
PCIe 7.0 的下一個重要步驟是敲定規範的 0.7 版，這被視為完整草案，其中所有面向都必須完整定義，電氣規範也必須透過測試晶片驗證。在此版本之後將無法再新增特性。PCIe 6.0 最終歷經 0.3、0.5、0.7 與 0.9 四個主要草案，因此 PCIe 7.0 很可能遵循同樣的軌跡。一旦於 2025 年定稿，首批 PCIe 7.0 硬體上市仍需數年，因為整個流程遠不止於最終規範的發布。
PCIe 7.0 的功能目標
PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 規範仍依計畫於 2025 年全面發布，並包含以下功能目標：
- 於 x16 配置下提供 128 GT/s 的原始位元率與最高 512 GB/s 的雙向頻寬。
- 採用 PAM4（四階脈衝振幅調變）訊號。
- 關注通道參數與涵蓋範圍。
- 持續達成低延遲與高可靠性目標。
- 改善能源效率。
- 維持與此前各代 PCIe 技術的向後相容。
PCIe 7.0 旨在為 800G 乙太網路、AI/ML、超大規模資料中心、HPC、量子運算與雲端等資料密集型市場提供可擴充的互連方案。隨著 PCIe 技術不斷演進以滿足高頻寬需求，PCIe 7.0 架構將著重於通道參數與涵蓋範圍，同時改善能源效率。
背景：早期草案
在前一年的 6 月，PCI-SIG 發布了 PCIe 7.0 的 0.3 版。早期工作始於 2022 年，當年於 PCI-SIG 開發者大會上，該組織公布了 PCI Express 7.0 規範。
「30 年來，PCI-SIG 的指導原則一直是『只要我們建好，他們就會來』，」Insight 64 研究員 Nathan Brookwood 說。「早期的平行版 PCI 技術可承載每秒數百 MB，非常適合 1990 年代的圖形、儲存與網路需求。2003 年，PCI-SIG 演進為支援每秒 GB 速度的序列設計，以因應更快的固態硬碟與 100MbE 乙太網路。幾乎像時鐘一樣準時，PCI-SIG 每三年就將 PCIe 規範的頻寬翻倍，以因應新興應用與市場的挑戰。如今 PCI-SIG 宣布計畫將通道速度翻倍至 512 GB/s（雙向），這將使其在又一個三年週期內將 PCIe 規範效能翻倍。」
「憑藉即將推出的 PCIe 7.0 規範，PCI-SIG 延續了我們 30 年來的承諾，即交付引領業界、推動創新邊界的規範，」PCI-SIG 主席兼董事長 Al Yanes 說。「隨著 PCIe 技術不斷演進以滿足高頻寬需求，我們工作小組的重點將放在通道參數與範圍，以及改善能源效率上。」
到 2023 年的會議時，PCI-SIG 已完成首份草案 0.3 版，準備分發給成員。早期草案往往較少公開技術細節，0.3 版也不例外。儘管如此，完成首份草案意義重大，因為它顯示該組織已成功打造出更快 PCIe 通訊所需的核心技術基礎——考量到需將實體層匯流排頻率翻倍，這絕非易事。在電氣方面，PCIe 7.0 與其前代一樣沿用 PAM4 + FLIT 編碼，因此下一標準透過專注於邏輯層開發，在實體層開發上省下大量心力。
PCI-SIG 的標準節奏以三年開發週期為基礎，因此該草案的發布按部就班，預計還有約兩年的開發時間。若剩餘草案工作順利，PCI-SIG 預計於 2025 年敲定 PCIe 7.0。該規範的合規計畫應於 2027 年啟動。在任何使用新規範的大型商用硬體出貨前，合規測試與認證都是必要的，除極少數例外，這通常需要 2 至 2.5 年完成。因此，首批商用 PCIe 7.0 產品預計至少要到 2027 年才會問世。
線材規範
在 PCIe 7.0 開發的同時，PCIe 6.0 硬體仍在開發中，甚至 PCIe 5.0 裝置也才上市不久。除核心規範外，PCI-SIG 還在完善一些輔助領域，尤其是線材。儘管人們傳統上將 PCIe 視為經印刷電路板布線的匯流排，但該標準一直允許使用線材。隨著新標準推出，PCI-SIG 預計伺服器及其他高階設備中線材的使用將成長，因為 PCB 的通道距離有限，且隨訊號頻率升高而惡化。
為此，PCI-SIG 正在制定兩項線材規範，預計於當年第四季發布，涵蓋 PCIe 5.0 與 PCIe 6.0（因訊號頻率不變），以及內部與外部線材。內部線材連接系統內的裝置與其他元件（裝置與主機板／背板），而外部線材用於系統間連接。在訊號技術與絕對訊號速率方面，PCI Express 大約落後乙太網路一代，因此高速銅訊號的許多早期開發已由乙太網路工作小組完成——這在一定程度上簡化了 PCIe 標準與線材的開發。線材開發顯然更偏向伺服器應用情境，而非消費領域，但隨著企業拼接出更強大的系統與叢集，它仍然重要。
PCIe 的未來：光學技術
如今的電腦高度仰賴 PCI Express 匯流排，它出色地滿足了各元件之間高頻寬連接的需求。隨著需求持續增加，PCI-SIG 著眼於未來。在研發 PCIe 6.0 與 7.0 的同時，它也在探索從傳統電氣互連向光學互連的徹底轉變。2023 年 8 月，PCI-SIG 宣布成立全新的光學工作小組，以透過光學連接交付 PCIe 技術，其設計與具體光學技術無關——可支援多種光學技術，同時可能開發針對特定技術的外型規格。
「光學連接將是 PCIe 架構的一項重要進展，因為它將帶來更高效能、更低功耗、更遠距離與更低延遲，」Insight 64 研究員 Nathan Brookwood 說。「雲端運算與量子運算、超大規模資料中心與高效能運算等眾多資料密集型市場與應用，都將受惠於運用光學連接的 PCIe 架構。」
「我們看到業界對透過實現應用間光學連接，來擴展這項成熟、跨多代、高能效的 PCIe 技術標準涵蓋範圍，有著濃厚興趣，」PCI-SIG 主席兼董事長 Al Yanes 說。「PCI-SIG 歡迎業界建言，並邀請所有 PCI-SIG 成員加入光學工作小組，分享專業知識，協助制定具體的工作小組目標與要求。」
在現有工作小組持續推進 PCIe 7.0 的 128 GT/s 資料速率的同時，這個全新的光學工作小組將專注於讓 PCIe 架構更適合光學。PCI Express 於 2000 年首次發表，最初圍繞高密度邊緣連接器開發，這種連接器至今仍在使用。PCIe 卡機電規範（CEM）定義了過去二十年所用的擴充卡外型，範圍從 x1 到 x16。儘管 CEM 多年來幾乎未變（主要為確保向後與向前相容），但訊號標準本身已多次提速——自 2000 年以來，單條 PCIe 通道的速度提升了 32 倍，而 PCI-SIG 將於 2025 年憑藉 PCIe 7.0 再次將其翻倍。由於每接腳傳輸的資料量大幅增加，該標準所用的實際頻率頻寬也相應增加，PCIe 7.0 將運行於近 32GHz。
在開發較新標準時，PCI-SIG 致力於盡量減少這些問題——採用無須更高頻率的替代訊號方法（如 PCIe 6 的 PAM4），並隨材料改進採用中端重定時器。但 PCB 內銅走線的頻率限制從未被徹底消除，這正是 PCI-SIG 建立以銅纜為基礎之官方 PCIe 標準的原因。PCIe 5.0/6.0 線材標準提供了使用銅纜在系統內（內部）與系統間（外部）傳輸 PCIe 的選項；相對較粗的銅纜比 PCB 走線訊號損耗更小，克服了高頻通訊通道距離短的缺點。雖然其定位是替代 PCIe CEM 連接器而非全面取代，但它的存在凸顯了高頻訊號經銅纜傳輸所面臨的問題——而這些問題在 PCIe 7.0 到來後只會更具挑戰。
這正是促成 PCI-SIG 光學工作小組成立的原因。與常處於高頻訊號創新前沿的乙太網路社群一樣，PCI-SIG 將以光為基礎的光學通訊視為 PCIe 未來的一部分——相較日益耗電的銅纜，它能提供更遠距離、更高資料速率與更低功耗。嚴格來說，透過光學連接驅動 PCIe 並不需要建立新的光學標準，已有多家廠商提供專注於外部連接的專屬方案。但制定光學標準正是為了標準化 PCIe 經光纖傳輸的運作方式與行為。PCI-SIG 明確表示，他們不會為任何單一光學技術制定標準，而是力求使其與技術無關，從而支援多種光學技術。
PCI-SIG 的公告並不止步於用光纜替代目前的銅纜，該組織還在考量「可能開發針對特定技術的外型規格」。儘管經典的 CEM 連接器短期內不太可能完全消失（向後與向前相容非常重要），但它是當今交付 PCIe 最薄弱／最困難的方式。若 PCI-SIG 考慮新的外型規格，光學工作小組至少會考量某種以光學為基礎的 CEM 後繼方案——若真成為現實，這將輕而易舉地成為 PCIe 規範二十三年多歷史中最大的變革。但任何此類變革（若發生）都尚需數年；該工作小組使命寬廣，距產生任何實質影響還有數年——預計不會早於為 PCIe 7.0 制定線材標準，甚至可能更直接地針對 PCIe 8.0 規範。任何對光學 PCIe 的認真應用，似乎都將以廉價的光收發器（即矽光子）為基礎。隨著 PCIe 開始逼近銅纜的實際極限，這項業界標準周邊互連的未來，很可能正朝著光的方向邁進。
