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(jì)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(xiàng)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(shí)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(shí)需要配合正向糾錯(cuò)（FEC）塊，但后者會提升延遲水平。

為了實(shí)現(xiàn)升級，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(xiàng)工作頗具挑戰(zhàn)性。我們將從各個(gè)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(yùn)，因?yàn)槲覀兊慕M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(shí)間段內(nèi)逐步完成演進(jìn)。但Yanes也指出，提供一項(xiàng)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(jì)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(gè)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(gè)月，因?yàn)楝F(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(shí)芯片——這兩種方案通常都成本不菲。

在PCIe 1.0的時(shí)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(gè)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(gè)連接器之前就已經(jīng)消失。

從Gen4規(guī)范開始，由于設(shè)計(jì)多樣化程度越來越高，SIG決定停止報(bào)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(jì)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(jì)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(jì)思路時(shí)表示，“舉例來說，相較于設(shè)計(jì)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(gè)個(gè)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(jì)方式。”

模塊化服務(wù)器能夠利用有線鏈路實(shí)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(shí)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(shí)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(jì)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(shí)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(jì)劃在今年4月之前投入實(shí)際使用。