電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）PCIe標(biāo)準(zhǔn)自從2003年推出以來(lái)，在持續(xù)演進(jìn)。今年， PCI 特別興趣小組（PCI-SIG）宣布正式推出 PCIe 7.0 規(guī)范，并透露已經(jīng)啟動(dòng)PCIe 8.0 的預(yù)研工作。

與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)也在快速布局相關(guān)產(chǎn)品。不過(guò)目前來(lái)看，PCIe 7.0 SSD不會(huì)那么快推出。慧榮科技在接受媒體采訪時(shí)表示，PCIe 6.0的相關(guān)解決方案不會(huì)那么快落地，PCIe 6.0 SSD要到2030年才能面世。

當(dāng)前大多數(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將目光放在PCIe 4.0、PCIe 5.0相關(guān)產(chǎn)品上。電子發(fā)燒友網(wǎng)關(guān)注到，英韌科技、大普微、憶芯科技等企業(yè)已經(jīng)推出支持PCIe 4.0、PCIe 5.0標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)新品。


PCIe 4.0奠定基礎(chǔ)，PCIe 7.0推動(dòng)智能計(jì)算與車(chē)載通信革命

PCIe 技術(shù)面向高帶寬、低延遲 IO 互連場(chǎng)景，PCI-SIG計(jì)劃是每三年將IO 帶寬翻一番。PCIe 7.0 規(guī)范于2025 年 3 月正式定稿。根據(jù)正式版本 SPEC 規(guī)范，PCIe 7.0每個(gè)引腳的數(shù)據(jù)傳輸速度是PCIe 6.0的兩倍，達(dá)到128GT/s。在x16配置下，實(shí)現(xiàn)了雙向傳輸速度高達(dá)512GB/s。




PCIe 7.0采用了優(yōu)化后的PAM4信號(hào)技術(shù)，兼容前幾代 PCIe 技術(shù)，并優(yōu)化了數(shù)據(jù)可達(dá)性和傳輸可靠性。

PCIe 7.0的一大亮點(diǎn)是支持基于光纖的技術(shù)，這是為了應(yīng)對(duì)隨著計(jì)算集群規(guī)模擴(kuò)大而面臨的挑戰(zhàn)。通過(guò)光感知重定時(shí)器方案，提升 PCIe 的電氣性能。進(jìn)一步解決了傳統(tǒng)銅纜傳輸距離短的問(wèn)題，使得處理單元能夠訪問(wèn)更多分布于不同服務(wù)器單元或機(jī)架中的內(nèi)存單元。

目前，已有廠商推出基于PCIe 4.0協(xié)議的車(chē)載光傳輸模塊，例如智馳領(lǐng)馭。智馳領(lǐng)馭的車(chē)載光傳輸模塊結(jié)合了高速接口協(xié)議和光纖傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具備超高速低延遲、空間優(yōu)化部署、抗干擾零妥協(xié)等特點(diǎn)。

僅是PCIe 4.0協(xié)議就讓業(yè)內(nèi)人士看到PCIe 技術(shù)光纖傳輸領(lǐng)域的潛力，如今PCIe 7.0協(xié)議的推出將進(jìn)一步釋放這一技術(shù)路線的性能邊界，推動(dòng)車(chē)載高速通信向更高效、更可靠的方向發(fā)展。

盡管PCIe 7.0協(xié)議已經(jīng)正式推出，但廠商在產(chǎn)品上的跟進(jìn)速度相對(duì)較為緩慢。目前，仍有不少企業(yè)處于推出基于PCIe 4.0、PCIe 5.0協(xié)議的產(chǎn)品階段，并在加快研發(fā)支持新一代PCIe協(xié)議的產(chǎn)品。

那么，PCIe 4.0、PCIe 5.0協(xié)議有哪些技術(shù)特點(diǎn)呢？

2003年推出的PCIe 1.0協(xié)議的單向帶寬為2.5 GTps，每個(gè)通道的最大傳輸速率為250 MB/s；到了2017年，PCIe 4.0協(xié)議發(fā)布， 引入計(jì)時(shí)器機(jī)制，擴(kuò)展通信距離，帶寬為16 GTps，每個(gè)通道帶寬提升至2 GB/s，最大路由數(shù)量增加至64條，提高了聚合帶寬。

PCIe 4.0協(xié)議帶寬的成倍增長(zhǎng)，能夠支撐 AI 訓(xùn)練、大數(shù)據(jù)分析等高負(fù)載任務(wù)的需求，也更適用于服務(wù)器、企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)以及新興的車(chē)載高速通信模塊等領(lǐng)域。PCIe 4.0協(xié)議編碼方式為128b/130b。在軟件層、時(shí)鐘架構(gòu)、機(jī)械接口方面，兼容前代版本。支持兩階段鏈路均衡：先以 8 GT/s 建立連接，成功后再提速至 16 GT/s。

PCIe 5.0協(xié)議編碼方案為128b/130b，傳輸速率提高到32 GT/s，在x16配置下，實(shí)現(xiàn)高達(dá)128 GB/s的吞吐量，在數(shù)據(jù)中心可實(shí)現(xiàn)400GE的速度，這使得PCIe 5.0協(xié)議相較PCIe 4.0協(xié)議，又進(jìn)一步推動(dòng)PCIe 技術(shù)在AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等方向的應(yīng)用。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，PCIe 4.0、PCIe 5.0的推出為后續(xù)幾代標(biāo)準(zhǔn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，是整個(gè) PCIe 演進(jìn)路線中承前啟后的重要一環(huán)。

電子發(fā)燒友網(wǎng)關(guān)注到，在近半年來(lái)，國(guó)內(nèi)SSD主控芯片企業(yè)英韌科技，以及SSD企業(yè)大普微、憶芯科技都推出了支持PCIe 4.0、PCIe 5.0的產(chǎn)品。


英韌PCIe 4.0 芯片IG5222提高10%的服務(wù)器整機(jī)帶寬

今年3月，英韌科技正式推出了新款量產(chǎn)PCIe 4.0 SSD主控芯片IG5222。IG5222采用了DRAMless設(shè)計(jì)，最高支持8TB容量，IG5222最高順序讀取分別可以達(dá)到 7400MB/s 和6800MB/s，4K Random Read/ Write均超過(guò)120萬(wàn)次IOPS。相較以往的產(chǎn)品，動(dòng)態(tài)功耗管理算法IG5222的能效比提升30%。

AI需求帶動(dòng)了 SSD在高性能、高帶寬存儲(chǔ)、存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)、高密度等方面的需求。在AI方面，IG5222支持NVMe?2.0，優(yōu)化了HMB的性能，增加了DOE（數(shù)據(jù)對(duì)象交換）功能，因此在針對(duì)一些數(shù)據(jù)中心及AI的計(jì)算中，在加密數(shù)據(jù)的大塊傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景下有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

據(jù)了解，英韌科技憑借其高性能的PCIe 4.0企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)解決方案，成功將其產(chǎn)品應(yīng)用于浪潮元腦R1推理服務(wù)器。英韌科技的產(chǎn)品展現(xiàn)出卓越的讀寫(xiě)性能和單盤(pán)存儲(chǔ)能力，有效助力服務(wù)器整機(jī)帶寬提升10%以上。

IG5222還采用英韌科技的第三代4K LDPC ECC 技術(shù)，改善了數(shù)據(jù)持久保存的能力。IG5222面向消費(fèi)級(jí)領(lǐng)域，可以適配多款主流TLC/QLC NAND閃存顆粒，還具備更低的功耗和更小的芯片面積。

據(jù)了解，英韌科技已經(jīng)完成對(duì)PCIe 5.0芯片的布局，目前正在向著高端企業(yè)級(jí)SSD方向發(fā)展。


大普微推出122TB超大容量QLC SSD，支持PCIe 5.0 的NVMe SSD

今年1月，大普微支持PCIe 4.0的接口的J5060 QLC SSD首次公開(kāi)，具備122TB超大容量。相較上一代 J5000 61TB 版本，容量實(shí)現(xiàn)翻倍。隨后，在今年2月，大普微還發(fā)布了基于DP800 主控芯片的R6101C 企業(yè)級(jí) NVMe SSD，支持PCIe 5.0 接口。此外，大普微的創(chuàng)新產(chǎn)品還有PCIe5.0 SLC SSD Xlenstor5 系列。

DP800主控芯片是大普微研發(fā)的企業(yè)級(jí)Gen5國(guó)產(chǎn)主控芯片，內(nèi)置的硬件壓縮模塊 DPZip，全面布局大普微自研產(chǎn)品線嶸神系列。其R6101C的在 2:1 和 4:1 壓縮比下，R6101C 的順序?qū)懰俾蔬_(dá)13GB/s，隨機(jī)寫(xiě)（4KB）IOPS 達(dá)1300K，相比無(wú)壓縮時(shí)提升了近 5 倍。

J5060 采用了 16K 粒度映射以及雙層板硬件設(shè)計(jì)，由此進(jìn)一步減少 DRAM 需求，突破容量瓶頸。性能方面，J5060 延續(xù)J5系列固件架構(gòu)，順序讀取速度為7.3GB/s，順序?qū)懭胨俣葹?GB/s，4KB 隨機(jī)讀取速度高達(dá)1700KOPS。16KB 隨機(jī)寫(xiě)入速度為 45KIOPS，4K隨機(jī)讀取時(shí)延低至 100us。

J5060是一款企業(yè)級(jí)SSD。大普微的數(shù)據(jù)指出，對(duì)比用24TB HDD 部署數(shù)據(jù)中心，采用 J5060 122TB 可減少高達(dá)5倍的存儲(chǔ)占用空間。

大普微以AI工作流中常見(jiàn)的隨機(jī)讀及順序?qū)懾?fù)載為例，其公開(kāi)的數(shù)據(jù)指出，J5060 122TB 的隨機(jī)讀性能是 HDD 的上萬(wàn)倍，順序?qū)懶阅苁鞘兑陨?。同時(shí)，在小于 25W的功耗下，J5060 122TB 實(shí)現(xiàn)了 45K IOPS 的讀取效率，能效比為 HDD 的 23倍。

在存儲(chǔ)能效方面，每瓦可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量相比常規(guī)容量更高。J5060 122TB 可以在13W功耗下實(shí)現(xiàn)7300MB/s的讀取效率。其最大功耗可以保持在25W以下。


憶芯科技RISC-V架構(gòu)5.0主控芯片

憶芯科技推出了基于RISC-V架構(gòu)的PCIe 5.0企業(yè)級(jí)SSD主控芯片——STAR1500。官方介紹，STAR1500采用先進(jìn)的8nm工藝，在支持PCIe Gen5和NVMe 2.0協(xié)議，閃存端兼容ONFI 5.1與SCA功能，順序讀寫(xiě)速度分別達(dá)14.4GB/s和13.6GB/s；架構(gòu)上，通過(guò)將主機(jī)與閃存接口協(xié)議處理流程進(jìn)行重構(gòu)，顯著降低延遲、提升穩(wěn)定性，在AI云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心等復(fù)雜場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)高效的大文件與小文件操作能力。

PCIe 5.0企業(yè)級(jí)SSD主控芯片STAR1500（圖源憶芯科技）

RISC-V多核設(shè)計(jì)是STAR1500性能提升的核心，通過(guò)各核心分工協(xié)作實(shí)現(xiàn)任務(wù)并行，顯著提升系統(tǒng)吞吐量；RISC-V架構(gòu)的可定制性進(jìn)一步優(yōu)化性能空間，使芯片在算力密度與能效比上達(dá)到優(yōu)異平衡。

憶芯科技的新一代PCIe Gen5企業(yè)級(jí)/數(shù)據(jù)中心級(jí)SSD STAR1500E，搭載了主控芯片STAR1500，順序讀取速度高達(dá)14GB/s，隨機(jī)讀取高達(dá)3500K IOPS。 除了極速傳輸、高IOPS，STAR1500E還具備、低延遲與出色能效比的特點(diǎn)，特別適用于AI數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)關(guān)鍵應(yīng)用，能夠輕松應(yīng)對(duì)云端AI對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)吞吐的嚴(yán)苛需求。

除了PCIe 5.0 SSD主控芯片——STAR1500，憶芯科技還推出了支持PCIe 4.0的主控芯片STAR2000，已經(jīng)搭載在PCIe Gen4高性能企業(yè)級(jí)SSD STAR2000E上，STAR2000內(nèi)置憶芯第4代LDPC糾錯(cuò)引擎，支持PCIe 4.0 x4與雙端PCIe 4.0 x2接口，同樣適用于數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算平臺(tái)與企業(yè)級(jí)高性能存儲(chǔ)系統(tǒng)。


小結(jié)：

當(dāng)前，隨著PCIe標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)，盡管PCIe 7.0規(guī)范已于今年正式推出，但市場(chǎng)上多數(shù)企業(yè)仍在集中精力開(kāi)發(fā)和推廣基于PCIe 4.0與PCIe 5.0協(xié)議的產(chǎn)品。PCIe 4.0和PCIe 5.0產(chǎn)品的跟進(jìn)，將不斷滿足AI訓(xùn)練、大數(shù)據(jù)分析以及車(chē)載高速通信等高負(fù)載任務(wù)需求方面。