可折疊 PCI Express 延伸組件可簡化高效能運算的連接

運算應用所需的頻寬與數據傳輸率，已連續超過十年逐年成長。在領先產業中，頻寬的需求約每三年倍增。這 45% 的複合年增長率 (CAGR) 是由電信服務、雲端運算服務以及資訊科技供應商所帶動，尤其是銀行、證券及保險業者。此外，基於大型語言模型 (LLM) 的人工智慧 (AI) 企業也持續拓展業務。工業自動化，包括 AI 輔助檢驗和自駕車，也推動對更大頻寬和更快數據速度的需求。

為這些應用提供高速數據的基礎架構包括有線和無線網路。但在高效能運算 (HPC)、高速測試設備及電玩應用中，中央處理器與周邊裝置之間的連接也要支援不斷攀升的數據傳輸率。

PCIe 的威力

連接至中央處理器的連網裝置或元件，需以簡化的方式快速且準確地傳輸資料，即周邊元件互連 (PCI) 技術。多元的運算市場區隔，包括伺服器與資料中心、汽車及工業，以及工作站和手持裝置，皆使用 PCI Express (PCIe) 的點對點序列架構，以確保快速可靠的資料傳輸。

PCI-SIG，全名為周邊元件互連特別興趣小組，是由大約 900 家成員公司組成的聯盟，負責制定及管理 PCIe 技術的開放式產業標準 (圖 1)。

圖 1：PCI-SIG 針對 PCI 連接元件的規格，自 2003 年以來持續支援數據傳輸率的提升。(圖片來源：PCI-SIG)

該組織於 2003 年發佈支援 2.5 GT/s 的 PCIe 1.0 版本，可滿足當時 3G 無線標準的需求。隨後的更新則為 I/O 吞吐量逐年提升鋪路，同時確保向下相容性。舉例而言，依據 PCIe 5.0 規格打造的裝置每條通道可達 32.0 GT/s，並可相容於串流與邊緣運算所需的 5G 連網。

較高的吞吐量可支援 AI 與邊緣運算、工業自動化、測試設備及電玩所需的低延遲。PCIe 技術的點對點架構亦可支援節能效能，這是進階運算應用的關鍵考量之一。

保持 HPC 元件涼爽

即使最新的 PCIe 技術提供更高的數據傳輸率和電源效率，像是即時金融詐欺偵測、AI LLM 系統，以及計算流體力學 (CFD) 等的 HPC 應用，仍需要多個平行處理器。要在管控發熱與空間限制的情況下，同時滿足這項需求並不容易，尤其是在連接元件和處理器的數據纜線以及空氣流通用的通道彼此爭用空間時。

在此情況下，HPC 設備的設計人員就可轉用平面、可折疊的 PCIe 延伸器組件，例如 3M 的 8KDx 系列 (圖 2)。

圖 2：3M 的 8KDx 系列 PCIe 5.0 延伸器組件是薄型可彎曲的纜線，且本體可進行折疊。(圖片來源：3M)

8KDx 系列依照 PCIe 5.0 標準設計，可向下相容於採用之前 PCIe 標準的系統。提供 x8 和 x16 版本，分別配備 8 和 16 導線的電線。提供跨裝式和表面黏著式 (SMT) 端接。

鍍銀的 30 AWG 導線電線精準放置在連續層壓的屏蔽中，可達到 0.74 mm 整體厚度。傳統電線中，成對的導線會縱向纏繞在螺旋屏蔽中，相較之下，8KDx 系列延伸器則更薄且柔韌度更高。更具彈性的設計能讓多個 PCIe 延伸器綑綁在一起並加以折疊，因此不會阻礙關鍵的氣流 (圖 3)。

圖 3：連續層壓、精密放置的 30 AWG 導線，能讓 8KDx 系列連接元件又不阻礙氣流。(圖片來源：3M)

同步高速測試設備

高效能運算 (HPC) 應用依賴平行處理來處理大量資料集，高速測試設備則必須連接處理器、訊號產生器、顯示卡及其他週邊裝置，如示波器等。這些系統需要同步訊號和低延遲，以確保有效的測試資料。

PCIe 3.0、4.0 和 5.0 標準可支援將訊號與單一時脈同步，或與多個時脈同步。依據這些標準打造的技術，例如 8KDx 系列，皆需透過 128b/130b 編碼。在此編碼協定中，封包含有 128 位元的資訊，並以 2 位元標記出封包的起點與終點。起點與終點位元可達到時脈同步與錯誤偵測，讓封包中其餘的位元得以用於數據傳輸。

8KDx 系列 PCIe 延伸器採用阻抗為 87 ±5 Ω 的導線，可進一步確保數據傳輸速度與完整性。這些導線在連接以 PCIe 3.0、4.0 及 5.0 標準打造的 85 Ω 基準阻抗系統時，可將阻抗不匹配和訊號反射降至最低。

此外，測試工程師可以安心地享受 8KDx 系列組件設計帶來的靈活性與空間節省優勢。測試顯示，將纜線本體折疊後，與未折疊的纜線相比，訊號完整性並無衰退 (圖 4)。

圖 4：訊號完整性測試顯示，8KDx 系列 PCIe 延伸器折疊五次後，損耗也未增加。(圖片來源：3M)

增添電玩魅力

對高效能的電玩配置來說，同步化與低延遲也相當重要。這些配置通常是客製化打造，會將中央處理器連接到圖形處理器 (GPU)、音效卡以及乙太網路卡以達到網際網路連線，確保每個連線都能維持高數據傳輸率與時脈同步。為達成此目標，打造客製化電玩設備的人會選用 8KDx 系列 PCIe 5.0 延伸器 (圖 5)。

圖 5：8KDx 系列 PCIe 延伸器組件可在客製化電玩設備中，讓元件之間達到低延遲且同步的連接。(圖片來源：3M)

8KDx 系列 PCIe 延伸器亦可協助電玩設備設計人員控管高效能處理器與週邊裝置的發熱。除了薄型和靈活性之外，此延伸器還提供多種纜線長度。標準長度為 0.25 m 與 0.5 m，但亦有現成的 0.125 m、0.75 m 及 1 m。此外，亦可與 3M 合作，客製化打造長度、折疊與端接方式。電玩設備設計人員可透過 8KDx 延伸器的可用長度、靈活性及簡約設計，增進客製化電玩設備的美觀性，這在電玩文化中也是重要的一環 (圖 6)。

圖 6：8KDx 系列 PCIe 延伸器組件不僅可提升電玩設備的美觀，亦可促進高速數據傳輸與熱管理。(圖片來源：3M)

結論

高效能運算、高速測試以及客製化電玩應用皆需要高速數據傳輸、低延遲與高訊號完整性。但這些應用通常又空間有限，因此纜線佈線與熱管理會是個難題。8KDx 系列 PCIe 5.0 延伸器不僅靈活可折疊，亦具有節能、高達 64 GT/s 的同步數據傳輸，同時還可達到最高的空間利用與氣流效果。