通信行业专题研究：更快的PCIe6.0、更快的1.6T光模块

Blackwell架构全面采用PCIe 6.0 2024年3月，英伟达在GTC大会上发布了基于“Blackwell”架构的GB200、HGXB200和HGX B100，其中GB200集成2个Blackwell系列GPU和1个Grace CPU，支持内部NVLink v5和PCIe 6.0。PCIe带宽比“Hopper”架构扩大了一倍。英伟达发布的产品Datasheet显示，目前“Blackwell”架构的服务器暂时配置PCIe 5.0网卡，其中：DGX SuperPOD NVL72搭载了72张Blackwell GPUs，网络配置为72张单端口400G的ConnectX-7网卡，需要配置72个基于NDR的400G光模块；DGX B200搭载了8张Blackwell GPUs，配置了8张ConnectX-7网卡，需要配置4个基于NDR的800G光模块（2×400G）。 PCIe 6.0产业链助力1.6T光模块在2024年交付 PCIe6.0是PCIe问世以来变化最大的一次，改用PAM4脉冲调幅信令，1b/1b编码，并配套FEC前向纠错机制。我们整理了Synopsys、Keysight、NubisCommunications、中际旭创、Alphawave、Amphenol等产业链公司2023-2024年主要的PCIe 6.0产业进展：Synopsys展示与英特尔PCIe 6.0测试芯片互操作性；Alphawave和Keysight合作测试PCIe 6.0控制器； 中际旭创展示Alphawave PCIe 6.0子系统和LPO OSFP光模块；Amphenol展示了OSFP-XD PCIe直连电缆进行高宽带、低延迟通道解决办法。 Alphawave表示，产业界为2024年首批商用PCIe 6.0设备的到来做好了准备。 PCIe 7.0有望引入光通信 PCI-SIG光学工作组于2023年8月成立，旨在使用光学连接技术可能扩大PCIe的应用领域，例如云计算、高性能计算和量子计算等。2024年4月PCI-SIG发布了PCIe 7.0的0.5版，将最高数据速率提高到128GT/s，并保留了与前几代规范的兼容性、6.0的Flit编码和PAM4信号，且将物理层的总线频率提高了一倍。我们认为PCIe 7.0有望引入光通信，为光芯片、光器件带来新的增长机会。 投资建议：关注1.6T光模块投资机会 首先，PCIe 6.0产业进展有望帮助1.6T光模块在2024年具备交付条件，并配合英伟达Blackwell产品实现规模交付。我们建议关注确定受益AI需求的光模块、光引擎供应商：中际旭创、天孚通信、新易盛。同时，建议关注PCIe 6.0产业链，以及PCIe 7.0引入光通信带来的带来的芯片、光器件新需求。 风险提示：PCIe发展不及预期的风险,AI算力需求不及预期的风险，行业竞争加剧的风险。 1.PCIe 6.0助力1.6T光模块交付 1.1Blackwell架构全面采用PCIe 6.0 2024年3月，英伟达在GTC大会上发布了基于“Blackwell”架构的GB200、HGX B200和HGX B100，其中GB200将集成2个Blackwell系列GPU和1个Grace CPU，支持内部NVLink v5和PCIe6.0。PCIe带宽比“Hopper”架构扩大了一倍。 图表1：英伟达Hopper架构和Blackwell架构中的PCIE配置 与Blackwell适配的Quantum-X800 InfiniBand平台带来确定的1.6T光模块需求。其中Quantum-X800系列的Q3400-RA 4U交换机通过72个OSFP光模块提供144个800G端口。ConnectX-8智能网卡升级到XDR 800Gb/s,同时后向兼容NDR 400Gb/s，HDR 200Gb/s。ConnectX-8智能网卡可以使用4*224G的800G光模块。 图表2：Quantum-X800Q3400-RA交换机 图表3：ConnectX-8智能网卡 1.2Blackwell早期产品选择兼容PCIe 5.0 截至2024年6月30日，英伟达官网公布的“Blackwell“系列产品的Datasheet显示，目前“Blackwell”架构的服务器暂时配置PCIe 5.0网卡，其中： DGXSuperPOD NVL72搭载了72张Blackwell GPUs，网络配置为72张单端口400G的ConnectX-7网卡，需要配置72个基于NDR的400G光模块； DGXB200搭载了8张Blackwell GPUs，配置了8张ConnectX-7网卡，需要配置4个基于NDR的800G光模块（2×400G）。 图表4：DGX SuperPODNVL72 Datasheet 图表5：DGX B200 Datasheet 我们认为Blackwell服务器暂时配置ConnectX-7网卡，与PCIe 6.0的整体进度有关。其中英伟达ConnectX-7 400G网卡采用InfiniBand NDR,双向速率为800Gbit/s,需要PCIe 5.0×16;英伟达ConnectX-8 800G采用InfiniBand XDR,双向速率为1600Gbit/s,需要PCIe 6.0×16。 图表6：PCIe 1.0-7.0速率表 图表7：InfiniBand Roadmap 2024年PCI-SIG公布了PCIe 6.0和PCIe 7.0的最新进展情况。PCIe 6.0深度一致性测试计划在2025年完成，PCIe 7.0的最终规格计划于2025年发布。 图表8：PCIe标准推进时间表 1.3PCIe6.0有望在2024年商用 PCIe技术标准自2003年推出PCIe 1.0以来，经历了一系列重要的迭代。每一代标准的发布，如PCIe 2.0、3.0、4.0和5.0，都显著提升了传输速率。2021年发布的PCIe 6.0标准将单向传输速率提升至64 GT/s，而最新的PCIe 7.0标准则预示着2025年将实现128 GT/s的单向传输速率，开启高速互连的新时代。 PCIe6.0是PCIe问世以来变化最大的一次，改用PAM4脉冲调幅信令，1b/1b编码，单个信号就有能四种编码（00/01/10/11）状态，比之前翻番，允许承载最高30GHz频率，并配套FEC前向纠错机制，纠正链路中的信号错误，保障数据完整性。 图表9：PCIe 1.0-7.0技术演进 2023年9月，Synopsys展示了业界首个与英特尔PCIe 6.0测试芯片互操作的PCI Express 6.0 IP； Alphawave于2023年12月和Keysight合作测试了PCIe 6.0控制器，成功达到了64GT/s的上限、2024年3月和中际旭创联合展示了Alphawave PCIe 6.0子系统和LPO OSFP光模块、2024年6月和Amphenol合作展示了OSFP-XD PCIe直连电缆在Alphawave PAM4 SerDes PHY控制下进行高宽带、低延迟通道解决办法。Alphawave表示，这为2024年首批商用PCIe 6.0设备的到来做好了准备。 图表10：PCIe产业进展汇总 PCIe产业市场规模收益AI需求，有望持续增长。根据Technavio预测，2023年至2028年，PCIe市场预计将以每年28.22%的速度增长，达到537.4亿美元，并预计在2033年达到1233亿美元。按地区划分，全球PCIe市场分为北美、亚太地区、欧洲、南美、中东和非洲，在预测期内北美将占市场增长的40%。 图表11：PCIe市场规模 图表12：PCIe各地区市场接受度 1.4PCIe7.0有望引入光通信 2024年4月PCI-SIG发布了PCIe7.0的0.5版，将最高数据速率提高到128GT/s，并保留了与前几代规范的兼容性、6.0的Flit编码和PAM4信号，且将物理层的总线频率提高了一倍。这可将扩展PCIe产品路线图，包括数据密集型应用和市场，800千兆以太网、人工智能和机器学习、高性能计算（HPC）、量子计算、超大规模数据中心和云。 图表13：PCI-SIG对PCIe7.0的要求 PCI-SIG光学工作组于2023年8月成立，旨在使用光学连接技术可能扩大PCIe的应用领域，例如云计算、高性能计算和量子计算等。与通过传统铜线传输相比，这有望实现更高的吞吐量、更低的延迟和更低的能源需求。 在2024年6月的PCISIG大会上，Synopsys使用OpenLight光子IC以128Gb/s运行的Synopsys PCIe7.0 PHY IP，提供业界唯一完整的PCIe 7.0 IP解决方案； Cadence展示了PCIe 7.0子系统测试芯片板，可以通过外部环回模式配置的非重定时光电链路，成功地发送和接收128GT/s信号，并留有多个数量级的余量；Rambus推出了适用于高性能数据中心和AI SoC的PCIe 7.0IP产品组合，包括PCIe控制器、重定时器和多端交换机；Alphawave展示了用于快速实施下一代PCIe 7.0规范的IP子系统解决方案，并展示了支持DSP的PAM4 SerDes技术。 图表14：Synopsys PCIe7.0产品示意图 图表15：Cadence PCIe 7.0产品示意图 2.投资建议：关注1.6T光模块投资机会 首先，PCIe 6.0产业进展有望帮助1.6T光模块在2024年具备交付条件，并配合英伟达Blackwell产品实现规模交付。我们建议关注确定受益AI需求的光模块、光引擎供应商：中际旭创、天孚通信、新易盛。 同时，建议关注PCIe 6.0产业链，以及PCIe 7.0引入光通信带来的带来的芯片、光器件新需求。 3.风险提示 PCIe发展不及预期的风险,AI算力需求不及预期的风险，行业竞争加剧的风险。