PCIe 7.0发布：16通道双向512GB/s，拥抱光纤未来
电子发烧友网报道（文 / 吴子鹏）日前，PCI-SIG 宣布正式推出 PCIe 7.0 规范。PCIe 7.0 继续沿用自 PCIe 6.0 引入的 PAM4（四电平脉冲幅度调制）信号技术，在带宽方面相较于 PCIe 6.0 实现进一步提升。
PCI-SIG 组织透露，已启动 PCIe 8.0 的预研工作。同时，PCI-SIG 发布的光纤规范同样值得关注，这是 PCIe 技术演进中的重要里程碑，其核心目标是通过光纤传输解决铜缆在高速率下的物理限制，同时保持与现有 PCIe 生态的兼容性。
PCIe 7.0 带宽翻倍
2022 年 6 月，PCI-SIG 在美国开发者大会（US DevCon）上宣布 PCIe 7.0 规范。随后，该组织紧锣密鼓地展开 PCIe 7.0 的研发和测试工作。2025 年 3 月，PCIe 7.0 规范正式定稿。
根据最新发布的正式版本 SPEC 规范，PCIe 7.0 将每个引脚的数据传输速度提升至 128GT/s，达到 PCIe 6.0 的两倍。在 x16 配置下，其双向传输速度高达 512GB/s。从速率来看，PCIe 7.0×4 的带宽与 PCIe 5.0×16 相当，实现了数据吞吐量的巨大飞跃。
图源：PCI-SIG
图源：PCI-SIG
虽然同样采用 PAM4 信号技术，但 PCIe 7.0 对其进行了优化。PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 规范不仅能提供更出色的能效表现，还兼容前几代 PCIe 技术，并优化了数据可达性和传输可靠性。在物理层，PCIe 7.0 注重通道性能，确保信号在更长距离上的完整性，这对数据中心内部的互联至关重要；在性能提升的同时，PCIe 7.0 致力于保持或提高能源效率，契合数据中心和大型计算设施的需求；此外，PCIe 7.0 引入通道裕度功能、增强的错误检测和报告机制等创新功能，进一步增强了在严苛环境中的实用性，还优化了对 CXL 等新兴技术的支持。
PCI-SIG 总裁兼主席 Al Yanes 表示：“二十多年来，PCIe 技术一直是高带宽、低延迟 IO 互连的首选，我们很高兴宣布 PCIe 7.0 规范的发布，该规范延续了我们每三年将 IO 带宽翻一番的长期传统。”
PCIe 7.0 支持新兴技术发展
随着性能和可靠性的提升，PCIe 7.0 将成为创新技术发展的核心推动力。在人工智能和机器学习领域，PCIe 7.0 的高带宽和低延迟特性，为 GPU、FPGA 等加速芯片之间的数据交互提供高速通道，有助于提升 AI 模型的训练和推理速度，推动 AI 绘画、AI 写作等应用的处理效率。
在云计算和数据中心方面，PCIe 7.0 能够满足数据中心内部服务器之间、存储设备与计算设备之间的高速数据传输需求，支持远程直接内存访问（RDMA），有助于构建更高效、灵活和可扩展的数据中心架构，提高数据中心的整体性能和资源利用率。
在量子计算等前沿技术领域，PCIe 7.0 的高速率和高可靠性可为其发展提供必要的硬件接口支持，促进新兴前沿技术的成熟和商业化应用。
PCIe 7.0 不仅推动技术创新，还能提升创新应用的能源效率。随着设备性能增强，能效问题日益突出，PCIe 7.0 通过优化信号传输和电源管理等技术，使数据中心和其他高性能计算环境在处理大量数据时更加节能，降低运营成本，符合绿色计算的发展趋势。
此外，PCIe 7.0 仍然支持所有先前版本的 PCIe 技术，保护用户现有的硬件投资，使用户能够在不淘汰现有设备的基础上，逐步升级到新一代标准，实现平滑过渡。这也促使硬件制造商围绕 PCIe 7.0 进行产品研发和创新，推动整个行业的技术升级和产业发展。
PCIe 7.0 在光纤技术方面的关键突破
Al Yanes 表示：“我们看到了基于 PCIe 技术的行业标准光互连的需求，而 Optical Aware Retimer ECN 是添加模块化光解决方案的第一步。我们预计该技术将首先应用于人工智能 / 机器学习和云等数据中心应用。”
在发布 PCIe 7.0 标准的同时，PCI-SIG 也推出了光纤规范。2023 年 8 月，PCI-SIG 宣布成立新的工作组，旨在通过光学连接提供 PCIe 技术。分析人士指出，PCI-SIG 此举与其行事风格相符，致力于将一些具有挑战性的问题最小化。此前引入 PAM-4 信号技术的 PCIe 6.0 便是例证，通过采用不需要更高频率的替代信号方式，搭配中途重定时器以及材料改进，帮助跟上标准实际使用的更高频率。
此前，测试测量仪器公司曾解读 PCIe 7.0 标准引入光学技术的原因。其一，铜缆难以匹配当前不断扩大的计算集群，而光传输方案可实现计算资源分散化，使处理单元能够访问更多分布在不同服务器单元或机架中的内存单元；其二，从 PCIe 1.0 开始，铜缆的传输距离逐渐缩短，到 PCIe 7.0 时，铜缆传输距离可能仅有几十厘米，几乎无法满足机架间数十米的传输要求；其三，重定时器技术复杂、昂贵且耗电。
实际上，PCI-SIG 此前一直在优化铜缆，曾推出支持 PCIe 5.0（32 GT/s）和 6.0（64 GT/s）的铜缆标准，允许 1 米内高速连接，外部延长线可达 2 米。但随着数据速率提升和电气损耗加剧，传统铜缆 PCIe 接口用于 DAC 和 PCB 互连的优势逐渐减弱，无法满足 PCIe 7.0 的更高需求。相比之下，光组件设计制造工艺成熟，成本可控，且光纤所占空间小于铜缆，有助于提升数据中心整体密度，降低系统成本。
为提升 PCIe 的电气性能，PCI-SIG 在新的光纤互连规范修订中加入光感知重定时器 (Retimer) 方案 ，并修订 PCIe 6.4 规范和新的 PCIe 7.0 规范，纳入基于 PCIe 重定时器的解决方案，为通过光纤实现 PCIe 技术提供了首个行业标准化方法。
光感知重定时器支持在电气和光学域之间进行多路复用，通过均衡、时钟恢复和信号再生技术，解决光信号在长距离传输中的衰减问题，确保信号完整性。此外，该光感知重定时器无缝支持各种光学技术，用于现有符合 PCIe 6.4 和 7.0 规范的交换机、根复合体（root complex）和端点硅片设计之间的光学互连，允许跨电域和光域进行多路复用和数据映射。
结语
PCIe 7.0 规范的正式推出与光纤技术的突破，不仅标志着高速互连技术在带宽与能效上的又一次飞跃，更掀开了数据中心架构革新的新篇章。从铜缆到光纤的技术跨越，既解决了高速率下物理传输的瓶颈，也通过标准化光感知重定时器方案，实现了与现有 PCIe 生态的无缝兼容。这一演进为 AI 训练、量子计算等前沿领域提供了更强劲的硬件底座，以 “每三年带宽翻倍” 的迭代节奏，持续满足算力需求。随着 PCI-SIG 开启 PCIe 8.0 预研，光纤技术向更广泛数据中心场景渗透，PCIe 技术正以标准化力量推动计算架构从 “单机高速” 向 “集群互联” 深度变革，为未来智能时代的算力网络铺就高速通道。
