更快、更远、走向光互联：PCIe 如何加速 AI 革命

本文作者：Marvell ODSP 营销产品管理总监Annie Liao

20 余年来，PCIe（外设组件互连高速串行总线）凭借低延迟、高带宽特性及技术生态系统的持续深耕，成为连接服务器内处理器、网卡、驱动器等组件的主流标准。如今，它正通过性能升级与光互联技术融合，在定义下一代 AI 计算系统中扮演主导角色。

PCIe 迭代加速：迈向太比特时代

PCIe 标准的研发与应用正以更快节奏推进，以匹配系统设计师对芯片间互连速度的需求：

代际演进提速：从 2010 年 PCIe Gen3（8GT/s）到 2017 年 Gen4（16GT/s）相隔 7 年，而商用普及耗时近 10 年；相比之下，PCIe 5.0（32GT/s）到 6.0（64GT/s）仅隔 3 年，且商用进程同步加速。

向 128GT/s 冲刺：今年 PCIe 6.0 首批产品刚问世，PCIe 7.0 规范（128GT/s）已完成定稿，PCI-SIG 亦启动 PCIe 8.0 预研。美满电子已在 OCP24 展示 PCIe 7.0 预标准 128GT/s 电互联技术，并在 OFC25 演示光互联方案。

光模块技术突破：在 OFC25 上，美满 PCIe 7.0 SerDes 以 128GT/s 速率通过 TeraHop 光模块传输信号，展现光互联潜力。

AI 时代对带宽的需求远超云时代，而 PCIe 凭借协议成熟度与迭代速度，成为兼顾高带宽与低延迟的核心载体 —— 相较其他通信协议，其延迟优势尤为显著。

连接距离延伸：从机架到跨系统互联

传统 PCIe 链路局限于 1U-2U 服务器内，但超大规模数据中心正部署填满整个机架甚至跨四机架的系统，推动连接距离突破：

电缆技术升级：

PCIe 6.0 有源电缆（AEC）支持最长 7 米电连接，集成美满 Alaska® P PCIe 重定时器的有源光缆（AOC）则可延伸更远。AEC 为铜缆，末端集成 DSP 优化信号完整性；AOC 为光缆，额外搭载 DSP、放大器与驱动器，虽传输距离更长，但功耗与成本更高。

650 Group 数据显示，随 PCIe 7.0/8.0 到来，无源铜缆甚至难以满足机架内传输需求，增强型电缆将成主流。

光铜协同架构：PCIe 7.0 AEC 电缆以近 6 米传输距离，为单机架乃至双机架规模系统提供 128GT/s 带宽；PCIe 8.0 则可支持跨机架系统互联。这种协同为基础设施设计带来更多选择与灵活性，未来 PCIe 还可能与共封装光学（CPO）、近封装光学、板载光学等新兴光设计融合。

解耦架构的首选协议

模块化服务器设计（CPU、NIC 等组件通过 PCIe 连接在独立板卡上）已在云与企业服务器中普及。下一阶段解耦将催生处理器、内存、网络、存储等专用设备，通过 PCIe/CXL 协议互联。组件解耦可提升设备利用率、降低成本并优化总拥有成本（TCO），而关键在于确保互连不显著影响延迟：

重定时器的平衡作用：PCIe 重定时器主要用于信号调理，在延长电缆距离的同时将延迟控制在合理范围。例如在 FMS25 展会上，美满与美光演示了通过 2 米无源铜缆（DAC）+ 单重定时器连接主机与 PCIe 6.0 SSD 的方案，三天展期内持续以线速性能（128KB 随机读近 27GB/s）稳定运行，验证了低延迟特性。

下一代连接范式：从板级到光互联生态

过去 20 年，PCIe 主要应用于板级连接；而如今，通过生态系统的持续开发与协作，它已成为构建大规模架构及拓展计算领域光互联应用的核心技术之一。从电互联到光互联的演进，不仅满足 AI 对带宽与距离的双重需求，更推动数据中心向高弹性、低延迟的未来架构迈进。