2022年1月15日,PCI-SIG组织宣布正式发布PCIe 6.0规范标准1.0版本。
PCIe 6.0被誉为21世纪以来PCIe最大的历史性变革。
PCIe 6.0 规范将 PCIe 5.0 规范 (32GT/s) 的带宽和功效提高了一倍,同时提供更低的延迟。
此前,PCIe 5.0/4.0/3.0均采用基于NRZ(不归零)的128b/130b编码。
PCIe 6.0切换为PAM4脉冲幅度调制信令,1b/1b编码,单个信号可以有四种编码(00/01/10/11)状态,比以前增加一倍,允许最高承载频率达到30GHz 。
PCIe6.0具有4级(PAM4)信号的脉冲幅度调制功能,可以实现轻量级前向纠错(FEC)和循环冗余校验(CRC),减轻与PAM4信令相关的误码率,并保持提供相同的后向纠错与前几代 PCIe 技术的兼容性。
PCI-SIG 的路线图指出,I/O 带宽每三年将翻一番。
然而PCIe技术的快速迭代并没有带来PCIe的市场需求。
目前市场的进步已经远远落后于技术的进步。
PCIe 6.0 没有掀起任何波澜。
尽管这是一个技术推出竞争的时代,但领先企业对 PCIe 6.0 的使用却守口如瓶。
上文提到,Intel和AMD刚刚开始发布5.0推出计划,而Nvidia也只是表示将推出BlueField-3 DPU来支持PCIe 5.0。
6.0发布前后,除了IP和设计公司外,仍然很少有产品公司表态。
最快推出PCIe 6.0产品的公司是Rambus。
今年全球率先发布了完全兼容PCIe 6.0的控制器,但并未展示实际产品。
Rambus的PCIe 6.0接口控制器支持64GT/s的传输数据速率。
x1通道满足单路物理带宽8GB/s(相当于PCIe 4.0 x4),x16达到256GB/s,双向512GB/s。
新一代PAM4脉冲调制也上线了,编码状态翻倍为4,最高可承载30GHz频率,并加入FEC(前向纠错)纠正信号错误。
但最新的Rambus产品并不适合民用。
主要针对数据中心、人工智能、机器学习、HPC、汽车、物联网、航空航天等领域。
除了Rambus之外,群联还表示已经开始开发PCIe 6.0 SSD的底层组件,预计在2025年至2026年之间推出。
PCIe 6.0 的 IP 和设计进展较早,在 Cadence 推出首款经过硅验证的 IP 包几周后,PCI SIG 发布了 PCIe 6.0 规范的最终草案,使芯片开发人员能够在其设计中实现 PCIe 6.0 支持和测试将使早期采用者能够在 2022-2023 年为芯片添加对 PCIe 6.0 的支持。
Cadence 的 PCIe 6.0 IP 包括一个控制器和一个基于 DSP 的 PHY(物理接口)。
该控制器采用多数据包处理架构,在 x16 配置中支持高达 1024 位宽的数据路径,并支持 PCIe 6.0 的所有关键功能,例如高达 64 GT/s(双向)的数据传输速率,具有 4 级 (PAM4) ) 信令、脉冲幅度调制、低延迟前向纠错 (FEC)、FLIT 模式和 L0p 功率状态。
早于Cadence,Synopsys于去年3月宣布了针对PCI Express(PCIe)6.0技术的完整IP解决方案,包括控制器、PHY和验证IP,以支持PCIe 6.0片上系统(SoC)设计的早期开发。
第三代绿色和黄色不连接的接口。
事实上,目前大多数公司都发布了与PCIe 5.0协议相关的新接口。
2021年10月,英特尔发布了基于Alder Lake的处理器第12代酷睿,采用了PCIe 5.0标准,其面向数据中心的下一代处理器SapphireRapids也加入了PCIe 5.0。
至于AMD,在2022年开幕大会上,苏姿丰博士表示,AMD将于2022年下半年发布的Zen4架构和AM5平台也将支持PCIe5.0。
AMD和Intel的加入也标志着PCIe 5.0的大规模商用已经全面开花。
PCIe 5.0 也在 SSD 存储领域扎根。
去年7月,三星电子发布了首款PCIe 5.0 SSD,它将支持数据中心的PCIe 5.0 x4(单端口)或PCIe 5.0 2x2(双端口),总带宽为16GB/s。
这款来自三星的SSD预计将于2022年第二季度推出。
除了三星之外,Marvell也在去年5月底发布了旗下首款PCIe 5.0 NVMe SSD控制器Bravera SC5系列。
铠侠去年9月表示,即将推出支持PCIe 5.0和EDSEF E3.S接口的企业级SSD CD7系列,目标是在2021年底上市。
2021年上半年,国内公司澜起科技表示,在PCIe 5.0高速接口物理层关键IP研发方面取得重要进展,为PCIe的研发提供了支撑。
5.0重定时器芯片。
除了原始厂商之外,IP和设计公司也为PCIe 5.0做出了很大贡献。
2021年2月,Synopsys交付业界首款符合PCIe 5.0和CXL2.0规范的完整性和数据加密安全IP核模块; 5月,Cadence宣布推出支持TSMC N5 PCIe 5.0规范的IP产品。
该IP将于今年下半年推出适用于台积电N3工艺技术的IP,基于台积电N3工艺技术的下一个版本将于2022年初流片。
PCIe 5.0标准于2019年5月最终确定,整整两年时间自2017年其上一代PCIe 4.0发布后,按照三年迭代周期来看,这次迭代时间极其短。
同时,PCI 3.0到4.0的发展时间极其漫长。
因此,硬件制造商和客户可能面临三种接口共生的局面:PCIe 3.0、PCIe 4.0和PCIe 5.0。
从上图可以看出,从4.0开始的PCIe比前几代更新时间更短,速度更快。
但即使到了今天,2017年出现的PCL 4.0仍未普及。
在刚刚过去的1月份,英特尔支持PCIe 4.0的Alder Lake产品出货量并不如预期。
市场回应称,PC OEM 正在订购 PCIe 3.0 SSD 进行出货。
但供应端在物料准备方面已逐渐转向PCIe 4.0。
供给与需求之间存在差距。
存储方面也不尽如人意。
去年,PCIe 4.0硬盘的份额仅为10%。
业界预测,PCIe 4.0硬盘要到2023年才能成为主流。
PCIe 3.0是目前最主流的接口,PCIe 4.0的成本风险还是很大的。
多代平行竞争仍将持续。
目前,PCIe 4.0尚未完全普及。
PCIe 5.0已经进入市场,随后PCIe 6.0诞生了。
这也造成了PCIe升级路线的分歧。
总体而言,PCIe 6.0规范刚刚出台,实际产品最快也要两年才能面世。
产品市场仍需观察。
目前主要问题在于PCIe 4.0和5.0之间。
虽然目前PCIe 4.0的产品应用比5.0成熟很多,但2022年下半年和2023年初之后,PCIe 5.0的产品选择将会比现在丰富很多,成本也会下降。
届时,对于现有的PCIe 3.0用户来说,有两种选择:升级到PCIe 4.0或直接跳到5.0。
短期内可能会出现PCIe 4.0和5.0高低规格混合应用的情况。
通用主机和外围设备使用成本较低的PCIe 4.0,而高性能主机和外围设备则使用PCIe 5.0。
但从长远来看,如果 PCIe 5.0 组件和外设的成本下降得足够快,直接跳到 5.0 代可能会更有吸引力。
PCIe 5.0平台可以酌情使用5.0、4.0或3.0外围设备,但PCIe 4.0平台无法利用5.0设备的性能。
因此,直接升级到5.0平台将是一个更加灵活的选择。