一般來說，新標準從誕生到投入大規(guī)模使用需要一定的過程。不過PCIe 4.0的情況卻又有些特殊：PCIe 5.0規(guī)范草案最早在2017年年中問世，到2020年P(guān)CIe 5.0相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在逐步準備，這讓PCIe 4.0的地位顯得略為尷尬。Ii1esmc

“每代PCIe規(guī)格產(chǎn)品的迭代大概是5-8年。Gen4的迭代可能會快一些，我們可能會以更快的速度跨入Gen5產(chǎn)品的支持。Gen6則還需要一段時間，要求也會很高。”前不久，英韌科技（上海）有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、SoC設(shè)計副總裁賴的是先生在接受采訪時也提到。Ii1esmc

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圖片來源：PCI-SIGIi1esmc

PCIe 4.0翻篇可能更快

2019年，在AMD推Zen架構(gòu)的銳龍3000系列率先對PCIe 4.0做出支持之際，Intel表示PCIe 4.0技術(shù)上的收益不大。當時Intel提到，即便從PCIe 3.0 x8升級到x16，對游戲性能提升也少之又少，更何況是升級到PCIe 4.0。同時，Intel還認為PCIe 4.0會增大PCH的負擔、提升功耗，還需要更高成本的主板支持。Ii1esmc

事實上，由于AMD Zen架構(gòu)的強勢，尤其是Zen 2、Zen 3徹底終結(jié)了Intel在PC處理器市場上領(lǐng)先的神話。PCIe 4.0從2019年年中開始有了不同程度的市場響應。AMD連續(xù)十多個季度斬獲x86市場份額，其中也包括了服務器市場的份額。Ii1esmc

Intel未能阻斷這一趨勢，最終其十一代酷睿也開始了對PCIe 4.0的全面支持。去年下半年到今年，就是PCIe 4.0開始大面積鋪向市場的時候。為什么“Gen4的迭代可能會快一些”呢？Ii1esmc

最初，在Intel“唾棄”PCIe 4.0之際，市場普遍猜測Intel可能會跳過PCIe 4.0，直接過渡到PCIe 5.0。尤其在Intel的處理器核心及制造工藝落后的當時，Intel期望從更多技術(shù)層面來挽回弱勢。在Intel的規(guī)劃表中，今年推向市場的服務器平臺Sapphire Rapids（至強處理器）會首次引入DDR5和PCIe 5.0支持，而且支持的通道數(shù)上限還將更高。Ii1esmc

去年10月份，Intel和Synopsys聯(lián)合演示了業(yè)界首個PCIe 5.0 IP互操作性。這也就意味著，PCIe 5.0最短在12個月內(nèi)就有機會出現(xiàn)在主板上。Ii1esmc

與此同時，明年推向市場的Intel首個大小核設(shè)計的Alder Lake將實現(xiàn)對PCIe 5.0的支持。PCIe 5.0本身除了帶來更高的帶寬之外，也會引入多項行業(yè)標準特性，讓企業(yè)實現(xiàn)更高的靈活性。2019年，Intel宣布其CXL（Compute eXpress Link）將基于PCIe 5.0。CXL是針對高速CPU到設(shè)備以及CPU到存儲的開放標準互聯(lián)，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心性能的增強。Ii1esmc

這些因素都會顯著縮短PCIe 4.0的壽命。供應鏈消息稱，AMD預計也將開始在Zen 4架構(gòu)加入對PCIe 5.0以及DDR5的支持。在去年的2020財務分析日當天，AMD宣布了CDNA計算加速架構(gòu)，主要面向HPC與數(shù)據(jù)中心。當時AMD還特別提到了，到2021-2022年，AMD還將引入升級版的CDNA2架構(gòu)，該架構(gòu)能實現(xiàn)跨數(shù)千節(jié)點的存儲池，GPU的彈性部署加速計算能力——這就很大程度需要PCIe 5.0的支持。Ii1esmc

正在部署PCIe 5.0的市場參與者

實際上，PCIe 5.0對于PC消費市場用戶，可能并不具備太大的吸引力，但預計HPC、數(shù)據(jù)中心、超級計算機等市場對PCIe 5.0會有比較旺盛的需求。除了Intel和AMD這兩個平臺締造者，一些存儲廠商也已經(jīng)在準備面向數(shù)據(jù)中心市場的PCIe 5.0支持。Ii1esmc

比較具有代表意義的事件包括——2019年11月，Rambus即發(fā)布了PCIe 5.0與CXL接口解決方案，該方案包括了控制器核心以及支持CXL的PHY。當時，SoC設(shè)計廠商就可采用該IP做PCIe 5.0/CXL支持開發(fā)；另外，Microchip去年年底發(fā)布了PCIe 5.0/CXL 2.0 Retimer（重定時器），并面向客戶出貨樣品。2021年2月，Microchip又發(fā)布了PCIe 5.0的Switch（切換開關(guān)）。Ii1esmc

從今年2月份開始，Microchip最新的Switch器件已經(jīng)面向部分客戶出貨樣品，包括基于100-lane Switch的開發(fā)/評估板。當然，其目前的價格要比PCIe 4.0 Switch高昂，功耗也更大。以數(shù)據(jù)中心為代表的企業(yè)市場，此刻對于PCIe 5.0的發(fā)展速度應當已經(jīng)十分關(guān)心了。Ii1esmc

PCIe 5.0有什么價值？

x86處理器市場的兩名主要參與者近兩年的競爭升級，是促使PCIe 5.0提前到來的最重要原因，尤其是Intel正通過各種方式找回昔日的統(tǒng)領(lǐng)地位。PCIe 5.0規(guī)格本身的優(yōu)越性也值得一提，即使當前我們對于實現(xiàn)這種“優(yōu)越性”的代價知之甚少。Ii1esmc

PCIe 5.0是一種高速串行計算機擴展總線標準，即在計算機系統(tǒng)的不同組件之間以高帶寬遷移數(shù)據(jù)。比如，CPU、GPU和各種加速處理器之間數(shù)據(jù)的遷移，都靠PCIe這條“主干道”。Ii1esmc

從最直接的角度來看，PCIe 5.0的速率（Link Speed）是PCIe 4.0的兩倍：前者的速度可達32GT/s（Gigatransfer per second），后者的速度則為16GT/s。且PCIe 5.0能夠聚合x16通道的帶寬，最高可達128GBps（Gigabytes per second）的速度。PCIe 5.0和后續(xù)的6.0幾乎能達到當前DRAM的帶寬水平，但其時延仍遠大于RAM。除此之外，PCIe 5.0還需要加入處理信號損失與噪聲的更多特性。Ii1esmc

PCIe 5.0這一高帶寬屬性帶來的重要優(yōu)勢在于：不同的參與者可根據(jù)需求來平衡帶寬和成本，比如，對于某些應用可采用更少的通道數(shù)，典型的像SSD；而對于一些有高帶寬需求的應用，則可充分利用x16通道，最典型的像AI機器學習。Ii1esmc

其中，AI和云計算當屬PCIe 5.0的重要應用方向。AI應用生成海量數(shù)據(jù)，并有實時搬遷、處理這些數(shù)據(jù)的需求。機器學習訓練模型的大小，每3-4個月就會翻倍。這種數(shù)據(jù)量的飆升，對于計算架構(gòu)各方面都會產(chǎn)生很大的壓力，設(shè)備與系統(tǒng)間的互聯(lián)就會變得非常重要。同時因AI屬于算力密集型工作，對存儲的快速訪問也會很關(guān)鍵。Ii1esmc

故此，PCIe標準未來對于計算的影響可能會越來越大。有趣的是，隨著PCIe帶寬上的提升，英偉達將如何在NVLink這類技術(shù)上做出響應？Ii1esmc

此外，更多的數(shù)據(jù)中心應用也在發(fā)生變化。企業(yè)應用轉(zhuǎn)向云端，對于更為大量的數(shù)據(jù)移動及實時速度、延遲都提出了更高的要求。這些都在加速更高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的采用——這些網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議正以每兩年速度翻倍的趨勢向前發(fā)展。Ii1esmc

“PCIe Gen5的帶寬是PCIe Gen4的兩倍，每個通道從16Gb/s變?yōu)?2Gb/s，X8就是256Gb/s。目前已經(jīng)有了100Gbps、200Gbps的Ethernet Backbone，用PCIe Gen5 X8去連接服務器所能實現(xiàn)的吞吐量就大了很多。”賴的是在此前的采訪中也提到。Ii1esmc

對消費用戶的影響有多大？

PCIe 5.0 真正走進消費用戶或數(shù)據(jù)中心，應該還需要一段時間。目前，PCIe Gen4剛剛進入到數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。服務器更新一般是4-5年為一個周期，產(chǎn)品后續(xù)淘汰20%-25%。最早的PCIe 5.0產(chǎn)品勢必將會集中在企業(yè)級應用上——正如PCIe 4.0最早應用于數(shù)據(jù)中心，隨后才開始落地于消費市場。Ii1esmc

就目前看來，PCIe 5.0或許對于消費用戶市場的意義暫時還不大，如游戲玩家索尼的PlayStation 5首次在家庭游戲主機上應用高速SSD，為游戲行業(yè)帶來的革命還需要開發(fā)生態(tài)的配合。Ii1esmc

微軟的Xbox Series X也捎帶上了NVMe SSD。雖然微軟沒有透露其游戲主機的存儲系統(tǒng)相關(guān)信息，但該公司計劃將DirectStorage API帶到Windows平臺，因此高速SSD可能會給消費用戶帶來更顯著的影響。Ii1esmc

PCIe 5.0可能需要考慮的問題包括：成本、功耗等。新標準的功耗可能會很高，AMD的PCIe 4.0主板的功耗就顯著高于此前的平臺，這一點具體還得看將來問世的產(chǎn)品。前期應用的成本也是橫亙在PCIe 5.0與消費市場之間的阻礙。Ii1esmc

本文為《國際電子商情》2021年4月刊雜志文章，版權(quán)所有，禁止轉(zhuǎn)載。免費雜志訂閱申請點擊 這里Ii1esmc