PCI Express (PCIe)即將于2021年迎來6.0規(guī)范，意味著其數(shù)據(jù)傳輸速率將高達(dá)64GT每秒并采用PAM-4調(diào)制。有消息指出，銅互連線路雖然覆蓋范圍較小，但使用壽命更長。

PCI特別興趣小組（SIG）正在為主流設(shè)計廠商提供PAM-4功能。目前，SerDes開發(fā)人員已經(jīng)開始在56G以及更高速率的高端系統(tǒng)之上使用這項功能。著眼于最前沿，另一些組織已經(jīng)開始研究112G規(guī)范，部分專家甚至表示200G銅鏈路也已經(jīng)擁有了清晰的發(fā)展思路。

但困擾研究人員的永恒難題在于，鏈路速度越快，其傳播距離也就越短。有說法稱，通過采用更為昂貴的電路板印刷材料或者重新定時芯片能夠有效緩解這類難題。而另一大考量因素，則是在采用PAM-4的同時需要配合正向糾錯（FEC）塊，但后者會提升延遲水平。

為了實現(xiàn)升級，系統(tǒng)設(shè)計師已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)向服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部的有線鏈路，希望避免因引入重新定時芯片或者優(yōu)質(zhì)電路板材料而帶來的成本增長。SIG目前仍在爭論其6.0規(guī)范的延遲設(shè)定，一位專家表示其至少需要與延遲僅為數(shù)十納秒的DRAM相匹配。

PAM-4與FEC都是PCIe規(guī)范中的新產(chǎn)物，而在此前的規(guī)范當(dāng)中，一直依賴于更為寬松的非歸零（NRZ）技術(shù)。

SIG主席Al Yanes表示，“這項工作頗具挑戰(zhàn)性。我們將從各個角度進(jìn)行探索——包括材料、連接器等等，但這些都有其對應(yīng)成本……問題的核心在于PHY以及模擬與誤碼率，但我們很幸運，因為我們的組織當(dāng)中有著眾多睿智的工程師人才。”

作為6.0規(guī)范，Gen6方案將需要向下兼容全部早期PCIe規(guī)范，以確保主板與網(wǎng)卡能夠在不同的時間段內(nèi)逐步完成演進(jìn)。但Yanes也指出，提供一項幫助產(chǎn)品在NRZ與PAM-4方案之間轉(zhuǎn)換的規(guī)范本身，同樣會帶來“成本負(fù)擔(dān)”。

大型云計算服務(wù)供應(yīng)商正是此次提速工作當(dāng)中的重要驅(qū)動因素之一。SIG在上個月完成了32 GT每秒 Gen5規(guī)范，并已經(jīng)開始為AI加速器、、數(shù)據(jù)中心處理器以及存儲系統(tǒng)提供芯片產(chǎn)品。此外，在大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)掀起的由400 G到800 G的網(wǎng)絡(luò)升級行動，也推動了市場對于快速互連方案的需求。

Yanes指出，“在我們與電氣工作組就Gen6進(jìn)行面對面討論之前，我們先休息了一個月，因為現(xiàn)在的這一切都與PHY有關(guān)?！彼^PHY，也就是高度模擬化的物理層模塊。

升級PC板材料的成本很高，Meg7可能要到明年或者更晚才能獲得認(rèn)證。

雖然PCIe與其它銅纜互連方案正在保持著高速發(fā)展，但未來的道路正變得愈發(fā)艱難。為了能夠?qū)崿F(xiàn)與前幾代升級相同的提升效果，工程師們必須采用更好的電路板材料或者引入重新定時芯片——這兩種方案通常都成本不菲。

在PCIe 1.0的時代，在主流FR4板上可發(fā)送的信號距離高達(dá)20英寸，甚至能夠直接穿越兩個連接器。而基于現(xiàn)有16 GT每秒PCIe 4.0規(guī)范的高端產(chǎn)品信號，可能在抵達(dá)一個連接器之前就已經(jīng)消失。

從Gen4規(guī)范開始，由于設(shè)計多樣化程度越來越高，SIG決定停止報告規(guī)范中所支持的信號傳輸距離。相反，新的規(guī)范以眼狀圖的形式為良好信號定義出高度與寬度。此外，新規(guī)范還提供關(guān)于信號丟失問題的粗略指導(dǎo)——Gen4為28 dB、Gen5為36 dB。預(yù)計Gen6還將具有類似的損耗，但具體定義尚未公布。

談到對Gen6的預(yù)期，來自Keysight公司的一位SIG董事會成員表示，“我們還不清楚特定設(shè)計的串?dāng)_、連接器反映以及所使用的具體材料——目前還有太多未知因素?！?/p>

為了削減成本，各OEM廠商正越來越多地傾向利用短電纜對安裝在系統(tǒng)之內(nèi)多塊小板上的組件進(jìn)行連接。

HPE公司研究員Michael Krause在與合作伙伴們分享系統(tǒng)設(shè)計思路時表示，“舉例來說，相較于設(shè)計一塊與機(jī)箱等長的主板，我們完全可以在系統(tǒng)當(dāng)中隔離出一個個很小的機(jī)械裝置，其中只能容納插槽與DIMM，并利用線纜跨越任意距離將其連接起來。目前已經(jīng)有很多平臺供應(yīng)商都正在或者即將轉(zhuǎn)向這種模塊化設(shè)計方式?！?/p>

模塊化服務(wù)器能夠利用有線鏈路實現(xiàn)成本削減。

Kraus認(rèn)為，OEM廠商需要對目前的幾種小型電路板及連接器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而在提高產(chǎn)量的同時降低新方案的制造成本。他補(bǔ)充稱，一部分標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)在對其外形進(jìn)行定義。

Yanes指出，“我們在外部PCIe布線方面沒能取得多少進(jìn)展，但我聽說有一些成員已經(jīng)開始使用內(nèi)部布線方案——其實二十年之前，人們普遍認(rèn)為布線是一種差勁的解決方式?！?/p>

在年度SIG大會上，不少IP與測試供應(yīng)商都展示了自己的Gen4與Gen5設(shè)計演示方案。Synopsys公司的工程師表示，該公司擁有160份Gen4 IP許可，匱包括來自初創(chuàng)企業(yè)Habana的AI加速器。

在年度SIG大會上，Marvell公司的一支IP小組展示了x4 Gen5測試模塊的工作演示，未來其有可能成為固態(tài)硬盤控制器的一部分。英特爾方面也表示，其將在2021年支持Gen5處理器。

Synopsys公司的一位工程師指出，目前已經(jīng)有多家客戶在實際芯片與產(chǎn)品當(dāng)中使用Gen5 IP，而且主要集中在16納米及以下的高端產(chǎn)品當(dāng)中。PLDA描述了其面向兩臺橋接交換機(jī)銷售的Gen5 IP，且計劃在今年4月之前投入實際使用。