PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)是現代電腦和設備之間較為關鍵的設備連接技術。從提供高速數據傳輸到支持新代虛擬化應用，PCIe已成為十分重要的基礎技術。在過去幾年中，隨著設備需求的擴大，PCIe也一直是高速數位訊號的指標性技術。

PCIe技術近幾年的發展狀況

圖一 : PCIe能滿足高效能數據傳輸應用。

PCIe 4.0於2017年正式推出，提供16 GT/s的傳輸速度，比PCIe 3.0提升一倍。之後，PCIe 5.0和PCIe 6.0繼續推出，將速度分別提升至16倍和64 GT/s。隨著版本的更新，給設備製造商和數據中心提供了更高的傳輸效率與擴展能力。

PCIe在安全方面推出了傳輸線路安全機制，更主動地保護數據內容。而能源節省也成為重點，新版的PCIe能夠調節能源的使用，非常適合綠色節能設備和大規模數據中心。此外，PCIe在NVMe SSD中的大力推廣，也讓PCIe成為多傳輸應用中的完美選擇。

PCIe對於AI發展的重要性

隨著人工智能（AI）的快速進步，對數據處理速度和傳輸頻寬的需求急劇增加，而PCIe的高速傳輸能力正是AI應用的關鍵之一。AI模型訓練過程需要處理大規模數據，PCIe的高頻寬可以確保處理器、加速器（如GPU和TPU）以及儲存設備之間的數據快速交換。同時，PCIe的低延遲特性為即時推論提供了穩定的效能支援。未來，隨著AI在自動駕駛、醫療診斷、語音識別等領域的深入應用，PCIe技術將進一步推動AI硬體架構的優化和效率提升。

2025年PCIe的整體發展態勢

PCIe 7.0與AI模型訓練

預計在2025年，PCIe 7.0將推出，提供高達128 GT/s的單通道傳輸速率（相當於200 GB/s的全雙工傳輸）。這將充分滿足AI模型訓練、大數據分析、超高速儲存等對高容量和快速傳輸的需求，進一步推動高效能運算和數據密集型應用的發展。

更廣泛的CXL區塊應用

Compute Express Link (CXL)與PCIe的高度整合將成為數據中心架構的關鍵組成部分，實現記憶體池化（Pooling）和資源共享。PCIe與CXL的混合應用將加強伺服器標準化和資源效率，進一步降低運營成本並提高性能。

圖二 : PCIe與CXL將成為數據中心架構的關鍵組成。

深入標準規劃與安全更新

隨著應用規模的擴展，PCIe將進一步加強數據傳輸安全性，包括更高級的加密技術和多層防護機制。同時，針對不同垂直市場的需求，將推動更靈活的設計和標準化解決方案，適應自動駕駛、醫療設備、等領域。

功耗與散熱技術的革新

為應對更高傳輸速率帶來的功耗挑戰，PCIe將加強低功耗模式的設計，同時搭配更高效的散熱技術，確保穩定運行。特別是在伺服器和邊緣運算環境中，這將成為重要的研究方向。

PCIe測試驗證挑戰

信號完整性測試

隨著傳輸速率的提高，信號完整性成為關鍵挑戰。如何確保高頻信號在長距離傳輸中的抖動、反射和衰減能被有效控制，需要更精密的測試設備和技術。

圖三 : 隨著傳輸速率提高，信號完整性成為關鍵挑戰。

電氣規範的一致性驗證

不同製造商設計的PCIe設備需要在相同的電氣規範下運行，一致性測試需要涵蓋所有可能的邊界條件，包括溫度變化、電壓偏移和高負載條件。

協議層測試的複雜性

PCIe協議越來越複雜，測試需要覆蓋各層協議的交互和錯誤處理，包括鏈接層的重新訓練、傳輸層的錯誤恢復以及應用層的數據完整性。

多通道與並行傳輸測試

隨著PCIe通道數的增加，多通道同步測試的難度也隨之提升。需要確保多條通道之間的延遲差異和同步誤差在允許範圍內。

高頻測試設備的需求

測試PCIe 5.0及以上速率的設備需要支援高頻率操作，這對測試儀器的性能和準確性產生了極高的要求。

模擬與真實場景的結合

在實驗室環境下進行測試與實際應用場合可能存在差異。如何模擬真實環境中的電磁干擾、溫度變化和負載波動是測試驗證的重要課題。

結語

PCIe技術正朝著更高速、更靈活、更安全的方向發展。隨著PCIe 7.0的推出及其與CXL等新興技術的深度融合，2025年的PCIe技術將成為高性能計算和智能應用的核心支柱，為未來的數據驅動時代提供強大支持。