本周，PCI-SIG 向其成员发布了 PCI-Express 7.0 规范的 0.5 版——这是该规范的第二份草案，也是 PCI-SIG 成员向标准提交新特性的最后机会。PCI-SIG 借此次更新重申，新标准的开发仍按计划在 2025 年推出最终版。
PCIe 7.0 是下一代计算机互连技术，旨在将每引脚数据传输速度提升至 128 GT/s——是 PCIe 6.0（64 GT/s）的两倍、PCIe 5.0（32 GT/s）的四倍。这使 16 通道（x16）连接可同时在每个方向支持 256 GB/s 的带宽（不含编码开销）。对于未来的数据中心，以及需要更高数据传输速率（包括网络数据传输速率）的人工智能与高性能计算应用而言，这样的速度将十分便利。
为实现这些数据传输速率，PCIe 7.0 相比 PCIe 5.0 与 6.0 将物理层的总线频率翻倍。它保留了 PCIe 6.0 所用的四电平脉冲幅度调制（PAM4）、1b/1b FLIT 模式编码以及前向纠错（FEC）技术。PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 规范还着重于增强通道参数与覆盖范围，以及改善能效。
总体而言，PCIe 7.0 背后的工程师面临艰巨任务，因为它需要将物理层总线频率翻倍——而这正是 PCIe 6.0 通过 PAM4 信号回避掉的重大开发难题。在改进数据信号方面没有免费的午餐，对 PCIe 7.0 而言，PCI-SIG 可以说重回"困难模式"开发，物理层需要再次改进——这次要让其在约 30GHz 下运行。至于多少难题将通过智能信号（与重定时器）解决、多少将通过纯材料改进（如更厚的印制电路板和低损耗材料）解决，仍有待观察。
PCIe 7.0 的下一个重要步骤是敲定规范的 0.7 版，这被视为完整草案，其中所有方面都必须完全定义，电气规范也必须通过测试芯片验证。在此版本之后将不能再添加新特性。PCIe 6.0 最终经历了 0.3、0.5、0.7 与 0.9 四个主要草案，因此 PCIe 7.0 很可能遵循同样的轨迹。一旦在 2025 年定稿，首批 PCIe 7.0 硬件上市仍需数年，因为整个流程远不止于最终规范的发布。
PCIe 7.0 的功能目标
PCI-SIG 表示，PCIe 7.0 规范仍按计划在 2025 年全面发布，并包含以下功能目标：
- 在 x16 配置下提供 128 GT/s 的原始比特率与最高 512 GB/s 的双向带宽。
- 采用 PAM4（四电平脉冲幅度调制）信号。
- 关注通道参数与覆盖范围。
- 继续实现低延迟与高可靠性目标。
- 改善能效。
- 保持与所有此前各代 PCIe 技术的向后兼容。
PCIe 7.0 旨在为 800G 以太网、AI/ML、超大规模数据中心、HPC、量子计算与云等数据密集型市场提供可扩展的互连方案。随着 PCIe 技术不断演进以满足高带宽需求，PCIe 7.0 架构将着重于通道参数与覆盖范围，同时改善能效。
背景：早期草案
在前一年的 6 月，PCI-SIG 发布了 PCIe 7.0 的 0.3 版。早期工作始于 2022 年，当年在 PCI-SIG 开发者大会上，该组织公布了 PCI Express 7.0 规范。
"30 年来，PCI-SIG 的指导原则一直是'只要我们建好，他们就会来'，"Insight 64 研究员 Nathan Brookwood 说。"早期的并行版 PCI 技术可承载每秒数百兆字节，非常适合 1990 年代的图形、存储与网络需求。2003 年，PCI-SIG 演进为支持每秒千兆字节速度的串行设计，以适应更快的固态硬盘与 100MbE 以太网。几乎像时钟一样准时，PCI-SIG 每三年就将 PCIe 规范的带宽翻倍，以应对新兴应用与市场的挑战。如今 PCI-SIG 宣布计划将通道速度翻倍至 512 GB/s（双向），这将使其在又一个三年周期内将 PCIe 规范性能翻倍。"
"凭借即将推出的 PCIe 7.0 规范，PCI-SIG 延续了我们 30 年来的承诺，即交付引领行业、推动创新边界的规范，"PCI-SIG 主席兼董事长 Al Yanes 说。"随着 PCIe 技术不断演进以满足高带宽需求，我们工作组的重点将放在通道参数与覆盖范围，以及改善能效上。"
到 2023 年的会议时，PCI-SIG 已完成首份草案 0.3 版，准备分发给成员。早期草案往往较少公开技术细节，0.3 版也不例外。尽管如此，完成首份草案意义重大，因为它表明该组织已成功打造出更快 PCIe 通信所需的核心技术基础——考虑到需将物理层总线频率翻倍，这绝非易事。在电气方面，PCIe 7.0 与其前代一样沿用 PAM4 + FLIT 编码，因此下一标准通过专注于逻辑层开发，在物理层开发上节省了大量精力。
PCI-SIG 的标准节奏基于三年开发周期，因此该草案的发布按部就班，预计还有约两年的开发时间。若剩余草案工作顺利，PCI-SIG 预计在 2025 年敲定 PCIe 7.0。该规范的合规计划应在 2027 年启动。在任何使用新规范的大型商用硬件出货前，合规测试与认证都是必要的，除极少数例外，这通常需要 2 至 2.5 年完成。因此，首批商用 PCIe 7.0 产品预计至少要到 2027 年才会问世。
线缆规范
在 PCIe 7.0 开发的同时，PCIe 6.0 硬件仍在开发中，甚至 PCIe 5.0 设备也才上市不久。除核心规范外，PCI-SIG 还在完善一些辅助领域，尤其是线缆。尽管人们传统上将 PCIe 视为经印制电路板布线的总线，但该标准一直允许使用线缆。随着新标准推出，PCI-SIG 预计服务器及其他高端设备中线缆的使用将增长，因为 PCB 的通道距离有限，且随信号频率升高而恶化。
为此，PCI-SIG 正在制定两项线缆规范，预计在当年第四季度发布，涵盖 PCIe 5.0 与 PCIe 6.0（因信号频率不变），以及内部与外部线缆。内部线缆连接系统内的设备与其他部件（设备与主板/背板），而外部线缆用于系统间连接。在信号技术与绝对信号速率方面，PCI Express 大约落后以太网一代，因此高速铜信号的许多早期开发已由以太网工作组完成——这在一定程度上简化了 PCIe 标准与线缆的开发。线缆开发显然更偏向服务器应用场景，而非消费领域，但随着企业拼接出更强大的系统与集群，它仍然重要。
PCIe 的未来：光学技术
如今的计算机高度依赖 PCI Express 总线，它出色地满足了各组件之间高带宽连接的需求。随着需求持续增加，PCI-SIG 着眼于未来。在研发 PCIe 6.0 与 7.0 的同时，它也在探索从传统电气互连向光学互连的彻底转变。2023 年 8 月，PCI-SIG 宣布成立新的光学工作组，以通过光学连接交付 PCIe 技术，其设计与具体光学技术无关——可支持多种光学技术，同时可能开发针对特定技术的外形规格。
"光学连接将是 PCIe 架构的一项重要进步，因为它将带来更高性能、更低功耗、更远距离与更低延迟，"Insight 64 研究员 Nathan Brookwood 说。"云计算与量子计算、超大规模数据中心与高性能计算等众多数据密集型市场与应用，都将受益于利用光学连接的 PCIe 架构。"
"我们看到业界对通过实现应用间光学连接来扩展这一成熟、跨多代、高能效的 PCIe 技术标准覆盖范围有着浓厚兴趣，"PCI-SIG 主席兼董事长 Al Yanes 说。"PCI-SIG 欢迎业界建言，并邀请所有 PCI-SIG 成员加入光学工作组，分享专业知识，协助制定具体的工作组目标与要求。"
在现有工作组继续推进 PCIe 7.0 的 128 GT/s 数据速率的同时，这一新的光学工作组将专注于让 PCIe 架构更适合光学。PCI Express 于 2000 年首次发布，最初围绕高密度边缘连接器开发，这种连接器至今仍在使用。PCIe 卡机电规范（CEM）定义了过去二十年所用的扩展卡外形，范围从 x1 到 x16。尽管 CEM 多年来几乎未变（主要为确保向后与向前兼容），但信号标准本身已多次提速——自 2000 年以来，单条 PCIe 通道的速度提升了 32 倍，而 PCI-SIG 将在 2025 年凭借 PCIe 7.0 再次将其翻倍。由于每引脚传输的数据量大幅增加，该标准所用的实际频率带宽也相应增加，PCIe 7.0 将运行在近 32GHz。
在开发较新标准时，PCI-SIG 致力于尽量减少这些问题——采用无需更高频率的替代信号方法（如 PCIe 6 的 PAM4），并随材料改进采用中端重定时器。但 PCB 内铜走线的频率限制从未被彻底消除，这正是 PCI-SIG 创建基于铜缆的官方 PCIe 标准的原因。PCIe 5.0/6.0 线缆标准提供了使用铜缆在系统内（内部）与系统间（外部）传输 PCIe 的选项；相对较粗的铜缆比 PCB 走线信号损耗更小，克服了高频通信信道距离短的缺点。虽然其定位是替代 PCIe CEM 连接器而非全面取代，但它的存在凸显了高频信号经铜缆传输所面临的问题——而这些问题在 PCIe 7.0 到来后只会更具挑战性。
这正是促成 PCI-SIG 光学工作组成立的原因。与常处于高频信号创新前沿的以太网社区一样，PCI-SIG 将基于光的光学通信视为 PCIe 未来的一部分——相比日益耗电的铜缆，它能提供更远距离、更高数据速率与更低功耗。严格来说，通过光学连接驱动 PCIe 并不需要创建新的光学标准，已有多家厂商提供专注于外部连接的专有方案。但制定光学标准正是为了标准化 PCIe 经光纤传输的工作方式与行为。PCI-SIG 明确表示，他们不会为任何单一光学技术制定标准，而是力求使其与技术无关，从而支持多种光学技术。
PCI-SIG 的公告并不止步于用光缆替代当前的铜缆，该组织还在考虑"可能开发针对特定技术的外形规格"。尽管经典的 CEM 连接器短期内不太可能完全消失（向后与向前兼容非常重要），但它是当今交付 PCIe 最薄弱/最困难的方式。若 PCI-SIG 考虑新的外形规格，光学工作组至少会考虑某种基于光学的 CEM 后继方案——若真成为现实，这将轻而易举地成为 PCIe 规范二十三年多历史中最大的变革。但任何此类变革（若发生）都尚需数年；该工作组使命宽泛，距产生任何实质影响还有数年——预计不会早于为 PCIe 7.0 制定线缆标准，甚至可能更直接地针对 PCIe 8.0 规范。任何对光学 PCIe 的严肃应用，似乎都将基于廉价的光收发器（即硅光子学）。随着 PCIe 开始逼近铜缆的实际极限，这一行业标准外设互连的未来很可能正朝着光的方向迈进。
