電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）PCIe標準自從2003年推出以來，在持續(xù)演進。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PCIe 8.0 的預研工作。

與此同時，產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)也在快速布局相關產(chǎn)品。不過目前來看，PCIe 7.0 SSD不會那么快推出?；蹣s科技在接受媒體采訪時表示，PCIe 6.0的相關解決方案不會那么快落地，PCIe 6.0 SSD要到2030年才能面世。

當前大多數(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將目光放在PCIe 4.0、PCIe 5.0相關產(chǎn)品上。電子發(fā)燒友網(wǎng)關注到，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標準的相關新品。


PCIe 4.0奠定基礎，PCIe 7.0推動智能計算與車載通信革命

PCIe 技術面向高帶寬、低延遲 IO 互連場景，PCI-SIG計劃是每三年將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每個引腳的數(shù)據(jù)傳輸速度是PCIe 6.0的兩倍，達到128GT/s。在x16配置下，實現(xiàn)了雙向傳輸速度高達512GB/s。




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

PCIe 7.0的一大亮點是支持基于光纖的技術，這是為了應對隨著計算集群規(guī)模擴大而面臨的挑戰(zhàn)。通過光感知重定時器方案，提升 PCIe 的電氣性能。進一步解決了傳統(tǒng)銅纜傳輸距離短的問題，使得處理單元能夠訪問更多分布于不同服務器單元或機架中的內存單元。

目前，已有廠商推出基于PCIe 4.0協(xié)議的車載光傳輸模塊，例如智馳領馭。智馳領馭的車載光傳輸模塊結合了高速接口協(xié)議和光纖傳輸技術的優(yōu)勢，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。

僅是PCIe 4.0協(xié)議就讓業(yè)內人士看到PCIe 技術光纖傳輸領域的潛力，如今PCIe 7.0協(xié)議的推出將進一步釋放這一技術路線的性能邊界，推動車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)品上的跟進速度相對較為緩慢。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)議有哪些技術特點呢？

2003年推出的PCIe 1.0協(xié)議的單向帶寬為2.5 GTps，每個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， 引入計時器機制，擴展通信距離，帶寬為16 GTps，每個通道帶寬提升至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，能夠支撐 AI 訓練、大數(shù)據(jù)分析等高負載任務的需求，也更適用于服務器、企業(yè)級存儲系統(tǒng)以及新興的車載高速通信模塊等領域。PCIe 4.0協(xié)議編碼方式為128b/130b。在軟件層、時鐘架構、機械接口方面，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，實現(xiàn)高達128 GB/s的吞吐量，在數(shù)據(jù)中心可實現(xiàn)400GE的速度，這使得PCIe 5.0協(xié)議相較PCIe 4.0協(xié)議，又進一步推動PCIe 技術在AI、機器學習、存儲和網(wǎng)絡等方向的應用。

業(yè)內人士認為，PCIe 4.0、PCIe 5.0的推出為后續(xù)幾代標準奠定了技術基礎，是整個 PCIe 演進路線中承前啟后的重要一環(huán)。

電子發(fā)燒友網(wǎng)關注到，在近半年來，國內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%的服務器整機帶寬

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設計，最高支持8TB容量，IG5222最高順序讀取分別可以達到 7400MB/s 和6800MB/s，4K Random Read/ Write均超過120萬次IOPS。相較以往的產(chǎn)品，動態(tài)功耗管理算法IG5222的能效比提升30%。

AI需求帶動了 SSD在高性能、高帶寬存儲、存儲海量數(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)對象交換）功能，因此在針對一些數(shù)據(jù)中心及AI的計算中，在加密數(shù)據(jù)的大塊傳輸?shù)膽脠鼍跋掠兄薮蟮膬?yōu)勢。

據(jù)了解，英韌科技憑借其高性能的PCIe 4.0企業(yè)級存儲解決方案，成功將其產(chǎn)品應用于浪潮元腦R1推理服務器。英韌科技的產(chǎn)品展現(xiàn)出卓越的讀寫性能和單盤存儲能力，有效助力服務器整機帶寬提升10%以上。

IG5222還采用英韌科技的第三代4K LDPC ECC 技術，改善了數(shù)據(jù)持久保存的能力。IG5222面向消費級領域，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PCIe 5.0芯片的布局，目前正在向著高端企業(yè)級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，具備122TB超大容量。相較上一代 J5000 61TB 版本，容量實現(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 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Gen5國產(chǎn)主控芯片，內置的硬件壓縮模塊 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 的順序寫速率達13GB/s，隨機寫（4KB）IOPS 達1300K，相比無壓縮時提升了近 5 倍。

J5060 采用了 16K 粒度映射以及雙層板硬件設計，由此進一步減少 DRAM 需求，突破容量瓶頸。性能方面，J5060 延續(xù)J5系列固件架構，順序讀取速度為7.3GB/s，順序寫入速度為3GB/s，4KB 隨機讀取速度高達1700KOPS。16KB 隨機寫入速度為 45KIOPS，4K隨機讀取時延低至 100us。

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

大普微以AI工作流中常見的隨機讀及順序寫負載為例，其公開的數(shù)據(jù)指出，J5060 122TB 的隨機讀性能是 HDD 的上萬倍，順序寫性能是十倍以上。同時，在小于 25W的功耗下，J5060 122TB 實現(xiàn)了 45K IOPS 的讀取效率，能效比為 HDD 的 23倍。

在存儲能效方面，每瓦可存儲的數(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5.0主控芯片

憶芯科技推出了基于RISC-V架構的PCIe 5.0企業(yè)級SSD主控芯片——STAR1500。官方介紹，STAR1500采用先進的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，順序讀寫速度分別達14.4GB/s和13.6GB/s；架構上，通過將主機與閃存接口協(xié)議處理流程進行重構，顯著降低延遲、提升穩(wěn)定性，在AI云計算和數(shù)據(jù)中心等復雜場景中實現(xiàn)高效的大文件與小文件操作能力。

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

RISC-V多核設計是STAR1500性能提升的核心，通過各核心分工協(xié)作實現(xiàn)任務并行，顯著提升系統(tǒng)吞吐量；RISC-V架構的可定制性進一步優(yōu)化性能空間，使芯片在算力密度與能效比上達到優(yōu)異平衡。

憶芯科技的新一代PCIe Gen5企業(yè)級/數(shù)據(jù)中心級SSD STAR1500E，搭載了主控芯片STAR1500，順序讀取速度高達14GB/s，隨機讀取高達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，特別適用于AI數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級關鍵應用，能夠輕松應對云端AI對實時數(shù)據(jù)吞吐的嚴苛需求。

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SSD STAR2000E上，STAR2000內置憶芯第4代LDPC糾錯引擎，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、云計算平臺與企業(yè)級高性能存儲系統(tǒng)。


小結：

當前，隨著PCIe標準的不斷演進，盡管PCIe 7.0規(guī)范已于今年正式推出，但市場上多數(shù)企業(yè)仍在集中精力開發(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，將不斷滿足AI訓練、大數(shù)據(jù)分析以及車載高速通信等高負載任務需求方面。