【芯视野】三代携手共战江湖 PCIe的未来很精彩

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PCIe4.0的产品还没有完全占领市场，PCIe5.0的产品就出现了，而PCIe 6.0标准也拍马赶来。这个市场的更迭速度似乎让人目不暇接。

实际上，无论是PCIe4.0还是PCIe5.0都只是刚进入起步阶段，PCIe3.0更是还在当打之年。因此，在未来很长一段时间内，多代共存将是这个市场的主旋律。

亡羊补牢 PCIe5.0开始发力

Intel于2021年10月发布了12代酷睿Alder Lake处理器，加入对PCIe 5.0的支持，而其面向数据中心的下一代处理器Sapphire Rapids也增加PCIe 5.0功能。无独有偶，AMD方面在2022年下半年即将发布的Zen 4架构和AM5平台也将支持PCIe 5.0。两大处理器巨头的入局，意味着PCIe 5.0的大规模商用终于进入实质性阶段。

PCIe 5.0是PCIe总线标准的第5代，而PCIe是继ISA和PCI总线之后的第三代I/O总线，由Intel在2001年的IDF上提出，主要优势就是数据传输速率高，抗干扰能力强，传输距离远，功耗低等。PCIe的价值在于其普及性，以及和各种CPU之间的互操作性，其开放的特性也促成了一整个依附其生长的生态系统。

PCIe 5.0是PCI-SIG于2019年5月发布的，仅仅距PCIe 4.0发布过了2年的时间。相较前代的16GT/s，PCIe 5.0 将信号速率翻倍到了32GT/s，x16双工带宽更是接近128GB/s。极高的信号速率，使得PCIe 5.0能够更好的支持对吞吐量要求高的高性能设备，如用于AI的GPU，网络设备等。

但是PCI-SIG副总裁暨开发者会议主席Richard Solomon仍在公开场合表示：“事实上，PCIe 5.0是来迟了。”

按照数据传输技术的发展，处理器I/O频宽的需求每三年就会倍增，因此PCIe 5.0是一个早该推出的规范。实际是，PCIe 3.0在2010年发布之后，7年之后才发布了PCIe 4.0，规范的更新已经严重落后于技术的发展。出于“亡羊补牢”的目的，PCIe 5.0规范就只能紧随PCIe 4.0发布。而两年之后，业界又见到更为先进的PCIe 6.0。

图 PCIe的标准演进（数据来源：PCI-SIG）

当然，PCIe 6.0短期内还只是一个概念，PCIe5.0的技术则实实在在的落地了。特别是当Intel明确表态后，各大厂商就加快了PCIe5.0产品的推出速度。

铠侠于2021年11月发布了支持PCIe5.0规范、采用企业级数据中心标准外形(EDSFF) E3.S的CD7 SSD系列产品，容量高达7.68TB。三星随后也发布了适用于企业服务器PM1743固态硬盘，能效达到每瓦608MB/s。

在主控方面，Marvell布局最早，于2021年5月推出了业界首款支持PCIe 5.0和NVMe 1.4b的全新Bravera SC5控制器系列。该系列随机读写速度最高达2000K IOPS和1000K IOPS，预计将首先在服务器市场应用，然后再过渡到消费类终端市场。与AMD率先推出PCIe4.0产品的群联电子也于2021年9月底推出PCIe 5.0控制芯片客制化方案PS5026-E26，目标是全球的服务器与高端消费类SSD客户。目前该款产品已完成设计Taped-Out，预计将于2022下半年开始量产。

华存电子也于2021年10月发布PCIe 5.0企业级存储主控芯片HC9001，预计今年第三季度使用HC9001芯片生产的PCIe Gen5 SSD模块产品有望在客户开始验证，并推进小批量生产。

这些产品的共同目标都是服务器市场，这也是PCIe5规范的推出目的。华存电子技术总工程师魏智汎就认为，服务器的技术进展比PC技术的进展快的多，因为5G跟AI的应用场景下，云端服务器的数量跟效能都要求大幅提升，而只有PCIe5.0才能满足这种飞跃式的成长。

三世同堂 4代5代各得其所

当SSD取代HDD成为必然时，PCIe自然会迎来高光时刻。据相关机构预测，2021-2025年全球PCIe市场将增长21.7亿美元，预测期内CAGR将超过22%，驱动力来自于PCIe与IEEE 1394（FireWire）的集成以及数据中心建设投资数量的增加。

企业级市场将是PCIe最大的“票仓”，随着PCIe SSD的价格逐渐下降，企业服务器对PCIe SSD支持越来越成熟，其增幅已超过了传统的SATA SSD。根据艾瑞咨询发布的报告，2020年我国企业级固态硬盘市场规模为161亿元，其中PCIe固态硬盘占市场总规模的比例约为59%，已超过SATA及其他类型的企业级固态硬盘。

消费级市场SATA仍占据主流，但优势却在逐渐被蚕食，各家模组厂新产品也将转向PCIe产品。根据TrendForce集邦咨询调查，2020年PCIe产品占零售市场出货接近三成，随着未来PCIe 4.0 SSD产品出货大幅提升，模组厂新产品也以其为主。

对于PCIe本身来说，当前的市场是一个“三代同堂”的局面。“在消费级市场，我认为大概是3、4代，甚至是5代并存的一个状况，具体到市场占比方面，4代的空间会最小。”魏智汎表示。

年龄最大的PCIe3.0依然能战。数据显示，2020年PCIe 3.0以8.63246亿美元主导了PCIe市场，并将在2021-2026期内以20.4%的速度大幅增长。行业人士对此的看法是，疫情期间，流媒体、视频会议、在线游戏、社交网络和其他许多因素激增了互联网流量，提升了对PCIe 3.0接口产品的需求。此外，由于各关键供应商投资率不断上升，PCIe 3.0仍然有很长的生命周期。

对于PCIe4.0的未来，业内则有不同看法。PCIe4.0的产品在2021年下半年开始在数据中心进行切换，受到疫情和全球芯片产能的拖累，其部署速度远没有达到预期。有不少业内人士认为，PCIe5.0将会主导服务器市场，PCIe4.0在服务器市场停留的时间会很短。

魏智汎认为：“在云跟边缘计算领域，从2022年开始一直进到2023年，我相信7成甚至可能到8成以上最终会属于PCIe5.0。”

“不过，在消费电子市场，如果4代的成本最终与3代相同，两者可能会合占到60%的份额，5代就有可能成长到40%左右。”他补充道。

PCI-SIG组织希望两个标准能够共存一段时间，PCIe 5.0主要用于吞吐量要求更高的高性能设备中，而台式机等对带宽需求没那么强烈的设备可以使用PCIe 4.0。

因此，业内普遍的看法是PCIe 5.0将聚焦在企业级、数据中心市场，在消费类领域，PCIe 4.0产品仍大有空间，尤其随着DRAM-less技术普及，PCIe技术将得到极大发展。

2020年全球SSD市场仍有三分之一的储存应用是SATA，而PCIe 4.0只占3%，2021年PCIe 4.0则提高到10%，可预期2022年将达到30%市占，2023年PCIe 4.0可望成为消费类SSD的主流规格。

在服务器领域，属于PCIe 5.0的时代则会到来。魏智汎的判断是，“云加边的市场在2022年就一定会启动， 2023年应该会呈现一个爆发的情况。”

鉴于处理器已经打开了绿灯，主控芯片的上市时间就成为一个重要决定因素。据爱集微了解，国内相关企业都在开发PCIe5.0的主控芯片，2022年下半年或2023年将会相继量产。

“这次大家起步的时间基本接近，将是国内企业追赶国际领先企业的一个很好时机”，一位不愿透露姓名的资深业内人士表示。

“大时代下的一场血战”，他这样形容未来的行业竞争格局。

但不管怎样，国内PCIe SSD市场都将迎来一个美好的时代，无论是闪存、主控，还是模组、成品方案等多领域，都将迎来技术和产品的市占率快速提升。

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