AI、資料中心及高效能運算(HPC)等新興應用不斷成長，導致資料量大增，為滿足市場需求，PCIe規格也持續進化，朝著每三年傳輸速度翻倍的目標邁進。
PCIe規格演進速度可說是突飛猛進。自2010年發布3.0版之後，PCISIG終於在2017年推出PCI Express(PCIe)4.0版本；然而，在PCIe 4.0亮相後，PCI-SIG彷彿是要追回失落的時間一般，於四年多的時間中相繼宣布PCIe 5.0、PCIe 6.0兩個版本，如今更開始啟動制定PCIe 7.0。那麼，究竟是遭遇何種產業變動，使得PCIe如此汲汲營營的更新規格標準？
資料量暴漲推升PCIe規格日新又新
新思科技資深產品市場經理張小林表示，PCI-SIG從2017年發表PCIe 4.0後，2019、2022年相繼釋出PCIe 5.0、PCIe6.0，基本上可說是每2~3年就實現一個迭代，原因跟資料中心、AI及通訊等領域爆發式成長息息相關，可說是終端應用數據量大增推動PCIe規格不斷更新(圖1)。
圖1 AI、資料中心應用興起，資料量大增也驅使PCIe不斷改朝換代
根據IDC最新「全球人工智慧支出指南」研究指出，亞太地區(不含日本)在AI系統方面的支出將從2022年的176億美元增加到2025年的約320億美元；預估2020~2025期間的年複合成長率(CAGR)為25.2%。
IDC指出，企業投資於人工智慧，透過提高客戶洞察力、提高員工效率和加快決策速度來獲得競爭優勢。未來五年，銀行業將繼續在人工智慧解決方案上投資最多，透過加強的威脅情報和欺詐分析應用程式，降低風險對於銀行業的人工智慧投資至關重要。
國家/地方政府是人工智慧解決方案的第二大支出者， 專注於公共安全和緊急回應、增強威脅情報和預防系統。未來五年，下一個支出最高的產業是專業服務，以年複合成長率26.6%的速度快速成長。重點領域是加強型客戶服務代理，這有助於解決客戶問題。智慧業務創新和自動化將優化和簡化複雜和重複的業務任務，以支援組織決策。
同時，硬體將是領先的技術，占AI支出的49.8%以上；最大的投資領域將是伺服器，占總支出的84%以上，其餘將用於儲存，軟體是第二大領先技術，占人工智慧支出的31%；軟體領域人工智慧總支出的71%用於人工智慧應用和人工智慧平台。至於服務業的支出成長最快，技術方面的五年期年複合成長率為34.3%。
至於在資料中心方面， 根據市調機構Spherical Insights & Consulting調查，全球資料中心市場規模將從2021年的500億美元成長至2030年的1,200億美元，CAGR為12%。
報告指出，企業持續尋找更有效的IT解決方案，加上雲端運算、大數據及眾多國家推動數位轉型等因素帶動下，越來越多企業開始拓展資料庫並將關鍵任務工作負載轉移至資料中心，也有更多的中小型企業和新創開始建置網路基礎設施方案，使得資料中心需求不斷攀升。
「總之， 隨著數據量出現爆炸性的成長，PCIe即不斷追求更高的數據傳輸，以趕上新興應用需求，這種需求涵蓋許多領域，像是科學研究、軍事/國防、數位雙胞、商業和金融數據處理分析等。」太克東南亞/台灣行銷經理陳川迅說明。
每三年改朝換代 PCIe 7.0蓄勢待發
在終端需求帶動下，PCI-SIG標準自2017年推出PCIe 4.0之後，便以每三年更新一代，且傳輸速度翻倍為目標(圖2)。
圖2 因應市場需求，PCIe預計每三年更新一代
先將時間回溯至2017年，PCIe 3.0從2010年問世之後，歷時7年的時間，PCI-SIG終於推出4.0版本。PCIe 4.0和PCIe 3.0一樣，都是採用128B/130B編碼架構，使資料傳輸頻寬損耗降低至1.6%以內；不過4.0的傳輸速率高達16GT/s，以滿足大量資料傳輸需求。
而在PCIe 4.0問世後，僅歷時18個月，2019年PCI-SIG又發布了PCIe 5.0。5.0版最大的突破在於將傳輸速度從16GT/s提升至32GT/s，而在16通道配置下，最大頻寬為64GB/s。此外，PCIe 5.0也維持一貫的向前相容特性，確保使用者不會有額外的投資負擔。
在推出PCIe 5.0後，PCIe升級速度仍未減緩；2022年1月PCIe 6.0亮相，除了再度將傳輸速度提升一倍，從32GT/s增加至64GT/s外，相較於4.0跟5.0都沿用3.0標準的NRZ(Non- Return-to-Zero)128b/130b編碼，PCIe 6.0則是改用四階脈衝振幅調變(PAM4)128b/130b編碼，以實現更大的頻寬；同時也導入向前糾錯機制(FEC)，以保障訊號完整性。
然而，在PCIe 6.0甫發表後不久，PCISIG即宣布開始制定PCIe 7.0a的計畫，預計於2025年發布，以達成PCIe每三年更新一代的承諾。與PCIe 6.0相比，PCIe 7.0的傳輸速度將增加一倍(圖3)，達到128GT/s，最大頻寬則為雙向512GB/s(在16通道組態條件下)。至於在訊令部分，PCIe 7.0將沿用PAM4調變。
圖3 PCIe 7.0傳輸速度較PCIe 6.0再提升一倍
陳川迅指出，市場一直渴望更高的頻寬以滿足不斷成長的數據傳輸需求。PCIe 7.0旨在支援800G乙太網、AI、雲端運算和量子運算等新興應用，未來PCIe 7.0將像PCIe 6.0一樣繼續使用PAM4訊號，同時重點將放在通道參數和範圍上。另外，對於新標準而言，重要的是能夠為高可靠性至關重要的應用程序提供低延遲，同時還需要相應地管理功率效率，並保有與前幾代的兼容性。
PCI-SIG總裁Al Yanes強調，透過即將到來的PCIe 7.0標準，PCI-SIG將延續其長達30年的承諾，為業界帶來領先的標準；且隨著PCIe技術持續演進，將滿足業界對更高傳輸頻寬的需求，這次PCI-SIG的工作小組將聚焦在通道參數跟訊號傳輸距離等議題上，改進PCIe技術的能源效率。
PCIe5.0生態系雛形顯露 消費性應用再等等
PCIe 4.0目前為市場主流規格，不過，PCIe 5.0自2019年發表後，也正迅速進入市場，在這幾年，SSD、主機板到處理器等，都紛紛導入PCIe 5.0介面，應用環境已初具雛形。
張小林表示，現今市場上仍以PCIe 4.0為主流，不過PCIe 5.0相關產品也已開始慢慢鋪貨。以目前數據來看，PCIe 5.0有兩大應用場景，分別是資料中心和SSD(都是以企業用戶為主)。至於消費性產品部分，在成本考量，以及PCIe 4.0仍能滿足大部分需求之下，PCIe 5.0的轉換速度會稍微慢一些，大約到2024年(或之後)消費性市場才會陸續出現相關產品。
例如英特爾(Intel)發表第13代Intel Core i9-13900KS桌上型處理器，具備24核心(8個效能核心和16個效率核心)、32執行緒、150W處理器基礎功耗、36MB Intel Smart Cache和共計20條PCIe通道(16條PCIe 5.0和4條PCIe 4.0通道)。
而AMD新發表的Ryzen 7000系列處理器具有多達16個核心，32條執行緒，高達5.7GHz的提升時脈和144MB的晶片記憶體，同時也支援高速DDR5內存、PCIe 5.0。
另一方面，鎧俠(Kioxia Corporation)推出第二代固態硬碟(CD8系列)，除採用PCIe 5.0外，第五代BiCS FLASH 3D快閃記憶體技術為基礎，搭配可根據客戶需求而客製化的專有控制器和韌體，以滿足資料中心、企業伺服器、高效能運算、人工智慧、快取層、金融交易和分析等應用。
又或是SSD製造商CFD Gaming也於2022年底發表全新的PCIe 5.0 NVMe SSD系列產品，具備10GB/s讀取速度和9.5GB/s寫入速度，並採用美光3D TLC NAND，具有DDR4 DRAM；該系列產品提供1TB、2TB、4TB三種容量。
「總之，PCIe 5.0相關產品才問世不久，目前應用仍以資料中心、高效能運算等為主，因為這些領域的資料流不斷提升；當然，消費性產品未來也會朝PCIe 5.0邁進，但仍需一段時間。」是德科技行銷處資深專案經理吳哲樂補充。