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【芯视野】三代携手共战江湖 PCIe的未来很精彩

来源:爱集微

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11天前

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技术进展快的多因为5GAI的应用场景下,云端服务器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开始一直进到2023年,我相信7成甚至可能到8成以上最终属于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。

责编: 轶群

李延

作者

微信:Glxy523

邮箱:lixy@lunion.com.cn

作者简介

集微网记者,关注半导体投资、晶圆制造、IC设计、AI等领域

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