要点速览PCIe 发展历程及未来Roadmap （1992-2030）PCIe 市场成熟度和应用场景（Fig-3/4）PCIe 6.0/7.0 版本规范及实现要则PCI-SIG 简介：组织职能定义 PCI Express (PCIe) I/O 总线规范及相关外形标准。历史PCI-SIG 于 1992 年成立，已有 32 年历史。PCIe 规范首次发布于 2003 年。规模全球有 960+ 家会员公司。使命制定规范与机制，以支持 合规性 和 互操作性。右图展示了 2024-2025 年度董事会成员公司，包括 AMD、Intel、NVIDIA 等九大科技公司，体现了该组织在全球技术标准制定中的重要地位。
图片展示了 PCI-SIG 定义的 I/O 带宽发展路线图，明确指出 每 3 年带宽翻倍 的规律。从 1992 年的 PCI 规范到 2025 年即将实现的 PCIe 7.0，I/O 带宽增长了近 4000 倍，显示出技术发展的迅猛速度。这一趋势反映了 PCIe 技术对高性能计算、数据传输需求持续增长的支撑作用。
目前数据中心中最广泛使用的 PCI Express (PCIe) 代次是 PCIe 4.0 和 PCIe 5.0。
PCIe 4.0：已成为数据中心和企业服务器的主流选择。带宽64 GB/s（x16 通道）。应用广泛用于支持高性能存储（如 NVMe SSD）、GPU 加速计算和网络接口卡（NIC）。稳定性技术成熟，软硬件生态完善。PCIe 5.0：新一代数据中心逐步采用 PCIe 5.0，尤其在高性能计算（HPC）和 AI 加速领域。带宽128 GB/s（x16 通道），是 PCIe 4.0 的两倍。优势满足对高吞吐和低延迟的需求，如大规模 AI 模型训练和数据密集型任务。应用用于新一代服务器平台（如 Intel Sapphire Rapids 和 AMD EPYC Genoa），以及新型存储和 GPU。PCIe 市场成熟度PCIe 4.0 和 5.0：2020-2025 年PCIe 4.0 和 PCIe 5.0 的市场份额快速上升，并逐渐成为主流标准。PCIe 6.0 和 7.0：2025-2030 年PCIe 6.0 开始大规模采用，PCIe 7.0 将逐渐普及并接替前代标准。PCIe 8.0：预测出现在 2030 年 以后，可能会进一步提升带宽和传输性能。PCIe 行业场景云计算（Cloud）：云计算占据最大份额（超过 50%），预计将继续主导 PCIe 架构的应用市场，特别是在数据中心和服务器领域。汽车（Automotive）：汽车市场的 PCIe 采用率稳步上升，从 2020 年的较低水平逐渐增加，反映出汽车行业在 AI 和高级驾驶辅助系统（ADAS）中的需求增长。移动设备（Mobile）：移动市场份额维持稳定，占比接近 10%-20% 左右，主要应用于智能设备和高效互联技术。消费类电子（Consumer）：消费电子市场占据稳定份额，逐步扩大，体现了 PCIe 技术在家庭设备和个人电脑中的持续应用。工业（Industrial）：工业市场采用率呈现缓慢增长趋势，随着工业自动化和物联网（IoT）的发展，PCIe 技术的重要性逐渐提升。PCIe 6.0PCIe 6.0 于 2022 年发布，通过 PAM4 调制 和 FEC 纠错 技术，使带宽与效率再次翻倍，达到 256 GB/s。PCIe 6.0 在提高传输速率的同时，确保了向后兼容性，并简化了数据包处理。合规性测试将在 2024 年初进行，标志着新标准在行业内的进一步推广和应用。
主要特点：数据速率与带宽：原始数据速率为 64 GT/s，x16 配置下最高可达 256 GB/s，相比 PCIe 5.0 的 32 GT/s 翻倍。调制技术：使用 4 级脉冲幅度调制 (PAM4) 进行信号传输，充分利用当前行业内已存在的 PAM4 技术。错误修正：采用轻量级 前向纠错 (FEC) 和 循环冗余校验 (CRC)，降低 PAM4 信号中伴随的比特误码率增加问题。编码优化：基于 Flit (流控制单元) 的编码，支持 PAM4 调制，从而使带宽增益翻倍。数据包结构更新：在 Flit 模式 中更新了数据包布局，提供额外功能，简化数据处理。向后兼容性：与 PCIe 架构的所有先前版本保持向后兼容性。---
PCIe 传输速率每代次翻倍，是否具有可持续性？
PCIe 传输速率每代次翻倍的趋势虽然已持续了数十年，但其 可持续性 逐渐面临多方面的挑战。从技术和物理层面来看，这一增长趋势并非无限持续。
要确保传输速率的持续增长，以下技术将发挥重要作用：
先进信号调制如 PCIe 6.0 采用的 PAM4 调制 技术，在未来可能进一步优化或引入更复杂的信号编码。光互连技术替代铜线传输的部分限制，光纤互连可实现更高带宽和更低功耗。封装与材料创新通过改进主板布线、半导体材料和封装技术，减少信号损耗。更高效的错误纠错技术优化 FEC 和 CRC 等技术，降低高速传输的误码率。PCIe 7.0PCIe 7.0 规范，版本 0.5 已对 PCI-SIG 成员开放；完整的 PCIe 7.0 规范计划于 2025 年发布。
主要目标：提供 128 GT/s 数据速率和 512 GB/s（x16 通道下双向传输带宽）。使用 PAM4 信号传输 技术。定义新的通道参数。保持低延迟和高可靠性目标。提高 功率效率。向后兼容与所有前代 PCIe 技术保持兼容性。
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如何理解PCIe规范中的 Encoding 和 Signaling 两个技术？
在 PCIe 规范中，Encoding（编码） 和 Signaling（信号传输） 是数据传输的关键技术，它们决定了 PCIe 通道如何以高效和稳定的方式传输数据。以下是对这两个概念的详细解释：
1. Encoding（编码）定义：
编码是将数据转换为适合传输的格式，以确保数据完整性并减少错误发生。它通常包括添加冗余信息、控制位或转换数据结构，使其更适合传输信道的物理特性。
PCIe 不同代次的编码技术：版本
编码
说明
PCIe 1.0/2.0
8b/10b
- 将每 8 位数据编码成 10 位，确保信号均衡和时钟同步。- 20% 的传输带宽用于冗余编码。
PCIe 3.0-5.0
128b/130b
- 将 128 位数据编码为 130 位，仅 1.5% 的带宽开销。- 减少了编码冗余，提升了效率。
PCIe 6.0/7.0
1b/1b (Flit Mode)
- 数据以 Flit 模式 编码，数据与控制信息以固定单元传输，消除传统编码开销。
Flit 模式（Flow Control Unit）：
PCIe 6.0 引入的编码机制，每个数据流分成固定大小的单元（Flit），适配新的 PAM4 信号传输。Flit 模式简化了数据传输中的控制与调度，进一步提高了带宽利用率。2. Signaling（信号传输）定义：
信号传输是指如何在物理层通过电气信号传输数据，主要涉及信号调制技术，如 NRZ 和 PAM4。
主要信号传输技术：NRZ（Non-Return-to-Zero）每个比特用两个电平表示：高电平表示 "1"，低电平表示 "0"。优点：简单、可靠，适用于较低速率信号传输。应用：PCIe 1.0 到 PCIe 5.0 使用 NRZ。PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4-Level）每个比特周期内使用 4 个电压等级，可表示 2 比特（00、01、10、11）。优势：在相同频率下传输 两倍数据，带宽效率翻倍。挑战：信号的噪声容限较低，容易受到误码影响，需要 前向纠错 (FEC) 技术配合。应用：PCIe 6.0 和 PCIe 7.0 引入 PAM4 信号传输。Encoding 与 Signaling 的关系：Encoding：侧重于数据的格式和结构，主要减少误码、同步信号，并提高传输效率。Signaling：关注数据的物理传输方式，决定了数据传输速率和带宽效率。例如：
在 PCIe 6.0 中，1b/1b 编码 配合 PAM4 信号，实现了高效的数据传输，使带宽在 PCIe 5.0 的基础上翻倍。小结：Encoding（编码） 确保数据传输的可靠性和高效性，从 8b/10b 到 Flit 模式，PCIe 逐渐减少了编码开销。Signaling（信号传输） 通过不同的调制方式（如 NRZ 和 PAM4），提高了数据传输速率和带宽效率。PCIe 技术通过编码和信号传输的持续优化，克服了带宽瓶颈，推动了每代 PCIe 规范的带宽翻倍。图片介绍了 PCIe 技术 如何支持生成式 AI 的发展：
解决生成式 AI 在连接复杂系统时所需的 低功耗 和 低延迟 挑战。PCIe 技术作为核心互联，可以将数据中心资源池化，提升整体性能和效率。PCIe 提供了关键功能，如 PAM4 信号、FEC 和 低功耗模式，使其成为支持大型生成式 AI 模型的基础技术。未来通过光学链路等创新，PCIe 技术将继续突破物理限制，满足生成式 AI 更高的数据传输需求。PCIe 在AI芯片场景的应用前景数据中心生态系统中的 AI 芯片：
所有有意进入数据中心市场的 AI 芯片供应商都提供了 PCIe 卡格式 的产品。PCIe 架构的优势：
PCIe 是一种广泛采用的芯片间互联协议，减少了互操作性挑战，帮助用户实现 异构计算（结合 CPU、GPU 和 AI 加速器）。异构计算环境：
通过 CPU、GPU 和 AI 加速器的组合，基于标准化的 PCIe 互联技术，极大提升了异构计算的效率和性能。图片展示了 PCIe 技术在 AI 市场中的增长趋势，尤其是 数据中心 AI 和 边缘 AI 两个细分领域。
数据中心 AI：市场规模稳步增长。边缘 AI：市场增速更快，预计到 2030 年将成为一个重要增长点。PCIe 技术通过其 高带宽、低延迟 和 兼容性 特性，将成为支持 AI 技术广泛部署和增长的重要基石。
AI 行业采用率将会很高：PCIe 技术凭借前向和后向兼容性，帮助决策者提高灵活性，缩短部署周期，降低部署风险。整体市场规模（TAM）预测：到 2030 年，PCIe 技术在 AI 市场（包括边缘 AI 和数据中心 AI）的总可用市场预计将增长至 27.84 亿美元，年均复合增长率（CAGR）达 22%。边缘 AI 市场的快速增长：边缘 AI 市场预计将以 50% 的年均复合增长率（CAGR） 增长，原因是越来越多企业行业部署边缘服务器，同时 AI 技术的普及持续推进。挑战（CHALLENGES）：
AI 架构 越来越分布式和可组合：需要高数据带宽、低延迟和标准互联协议。链接 CPU、GPU 和专用加速器、网络接口卡（NIC）及存储设备，机架内外 的数据传输。实现（IMPLEMENTATION）：
AI 驱动对更高互联带宽的需求，加速了 PCIe 6.0（速率达 64 GT/s）的采用。PCIe 插槽 支持多种扩展卡，增强了在多个主机和设备间并行传输数据的能力。低功耗模式（如 L0p）帮助芯片供应商和应用提供商降低功耗需求。PCIe 的优势（BENEFITS OF PCIE）：
设备易发现与管理PCIe 设备可以通过标准软件实现快速发现、编程和部署。通用互操作性PCIe 技术的采用实现了主机与设备间的 通用互联。大规模训练模型PCIe 基于互联（如 CopprLink）最大化了 CPU 与 GPU/AI 加速器 之间的通信带宽。安全特性提供 CMA、TDISP 和 IDE 等安全功能。未来（FUTURE）：
PCIe 7.0下一代 PCIe 7.0 将提供更高的带宽，速率达 128 GT/s。CopprLink 内部规范支持在 1 米 范围内的 CPU 和 GPU/AI 互联，支持 大规模训练模型 的传输需求。