PCIe光传输的优势与挑战

PCIe向光传输接口的转变，预示着低延迟传输将取得新的突破。作为PCI标准组织（PCI-SIG）的关键成员，新思科技不仅深度参与其中，并积极协助制定新的标准。外设组件高速互连（PCIe）标准正在经历变革，这将对芯片设计流程产生深远影响。

PCI-SIG于去年8月宣布组建PCIe光学工作组，意味着PCIe将超越铜缆传输信号的实际限制。工作组认为，基于光的传输接口是PCIe未来不可或缺的一部分。向光传输转变可带来多种潜在优势，包括传输范围扩大、数据速率提升、功率要求降低等。

迈向PCIe光纤传输

我们的目标是对PCIe光纤传输进行标准化，同时确保该领域对广泛的光技术保持开放。也有人提出将PCIe卡（CEM）接口发展为基于光纤的解决方案，作为一种PCIe传输接口。

尽管生态系统的全面转变不是一蹴而就的，但可以肯定的是，这一变化即将到来，所以我们需要做好相应的准备。为此，新思科技一直积极参与PCI-SIG工作组的活动，这也是董事会中唯一的IP公司。此外还与集成硅光电子技术领域的领军企业OpenLight Photonics大力合作，致力于开发能够促进平稳转变的工具。

▲ 图1新思科技PCIe PHY展示了达到PCIe 7.0数据速率的非重定时线性驱动电光电链路

在最近于智利圣地亚哥举办的光纤通讯展览会及研讨会（OFC）上，新思科技和OpenLight推出了两种数据中心高能效解决方案。在第一个演示中，新思科技使用了OpenLight的光电子IC，分别以128GT/s和64GT/s的速率，展示了PCIe 7.0和PCIe 6.0光传输。在第二个演示中，新思科技借助OpenLight的每波长200G光子IC，展示了其224G TX的光传输性能。

PCIe光传输的优势与挑战

值得注意的是，这并不是PCI-SIG首次涉足这一新兴领域。近十年前，低功耗用例需求显著增加，那时就曾有人呼吁起草有关PCIe光传输的提案。不过，尽管提高效率确实可以降低数据中心运营商的总运营成本，但当时的开发意愿还不够强。

到了现在，PCIe和Compute Express Link（CXL）为了实现所承诺的低延迟，迫切地需要实现真正的技术进步。延迟过高会严重影响系统的吞吐量，因此如何降低延迟是困扰业界多年的一大难题。

PCIe光传输不仅代表了一种低功耗方案，更蕴藏着一个潜在优势，那就是能够使用光学链路在处理器和加速器之间，以一致的方式分配计算资源。大语言模型和相关训练系统迅猛增长、对非结构化数据处理的需求急剧上升，同时市场对算力的需求更是呈指数级增加。在这样的背景下，PCIe光传输技术的突破，无疑为业界带来了一场及时雨。

低延迟PCIe光传输解决方案还为赋予数据中心带来了一大优势，那就是促进计算资源实现分散化，比如中央处理单元（CPU）和图形处理单元（GPU）等资源的分散化，从而释放对当前高度本地化且经常未使用的内存的访问。

PCIe光传输对于连接不同机架单元可谓至关重要，可使其能够作为集群运行。PCIe本身可充当控制器，也就是与软件进行对接的数字逻辑。这其中需解决两大挑战，首先便是要确保向PCIe光传输的转变不会颠覆软件堆栈控制过程。

而更大的挑战在于如何管理物理层和电光接口的互操作性。在这方面，新思科技和OpenLight发挥了关键作用，双方携手合作，提供了可与光子IP解决方案协同工作的电气IP解决方案。建立通用标准后，任何光子芯片供应商都能将PCIe融合到自身产品中。

在由超级计算机、超大规模用户和数据中心主导的时代，PCIe光传输无疑代表着信号传输的未来。而其开发和普及过程依赖于配套生态系统的建立，新思科技正为此不懈努力。PCIe光传输落地后，新思科技针对PCIe、CXL和以太网的完整IP解决方案将及时为开发者提供帮助，助其实现芯片一次投片成功。