AI PC带动超大量数据传输

图一 : PCIe在未来的AI伺服器或AI PC中将扮演一个关键性角色，主要由於其高速数据传输能力和广泛的设备支持。

PCIe在未来的AI伺服器或AI PC中将扮演一个关键性角色，主要由於其高速数据传输能力和广泛的设备支持。AI应用，尤其是那些涉及深度学习和机器学习的应用，对运算速度和数据处理能力有极高的要求，PCIe在这些领域提供了关键的基础技术支持，主要原因有下列几点：

1.AI工作负载需要高频宽和低延迟：AI 工作负载通常需要处理大量数据，并且对延迟敏感。PCIe 提供了高频宽和低延迟，这使其成为 AI 应用程序的理想选择。

2.PCIe是一种成熟且广泛采用的标准：这意味着它得到广泛支持并且易於使用。这对於 AI 应用程序很重要，因为它们通常需要在各种硬体上运行。

3.PCIe不断发展以满足不断变化的需求：PCIe 不断发展以满足不断变化的需求。PCIe 5.0、6.0和7.0都提供了比以前版本更高的频宽和更低的延迟。这意味着 PCIe 将继续满足AI应用程序不断增长的性能需求。

以现有已推出的PCIe 5.0与6.0来看，PCIe 5.0提供了每秒32GT/s的数据传输速率，频宽是PCIe 4.0的两倍。这样的提升对於需要高频宽和低延迟的AI计算工作负荷来说，可以显着提高效率和性能。

而PCIe 6.0预计将提供每秒64 GT/s的传输速率，这将进一步加强支持高性能计算应用，包括AI和机器学习。而且PCIe 6.0引入了Pulse Amplitude Modulation with 4 levels（PAM-4）和 Forward Error Correction（FEC）技术，这些都是为了提高信号完整性和增强错误校正能力，非常适合高负荷和要求苛刻的AI应用。

这些技术创新预示着PCIe在AI硬体发展中的关键角色，尤其是在训练更为复杂、数据密集的AI模型方面。PCI-SIG（负责PCIe标准的组织）清楚地意识到了这一点，并在设计这些新标准时考虑到了未来AI和其他高性能应用的需求。

图二 : 影片：PCI-SIG说明PCIe如何增强AI应用（source：https://youtu.be/FkEUT7e8Jy4?si=HE0P9r8nJCEFDsxe）

PCIe在主机AI加速器的具体应用

在人工智慧（AI）的发展和应用中，专用的AI加速器已成为提高计算效率和处理速度的重要工具。这些加速器包括专门设计的硬体，如GPU、FPGA、ASIC和其他专为AI工作负载优化的设备。PCIe在连接这些AI加速器方面扮演了关键角色，以下是一些具体应用：

连接GPU

在AI中，特别是在深度学习和机器学习领域，GPU由於其大规模并行处理能力而被广泛使用。PCIe介面允许多个GPU在单个主机或伺服器上高效通信，实现数据并行处理。高宽频和低延迟的特性使PCIe成为连接GPU的理想选择，尤其是当涉及到大规模数据集和复杂模型训练时。

支援FPGA和ASIC

FPGA和ASIC提供了更高效的能源利用率和更快的处理速度，适合特定类型的计算任务，如图像处理和语音识别。PCIe提供了足够的灵活性和扩展性来支持这些加速器，使它们可以被直接??入到服务器的PCIe??槽中，并与主机系统的其他部件（如CPU和记忆体）进行高速数据交换。

模组化和扩展

在某些情况下，AI加速器需要可扩展的配置，以应对不断增长的处理需求。PCIe技术的模组化设计允许轻松添加或升级加速器卡，支持企业根据需要扩展其计算能力。

数据中心和云端运算

在数据中心和云端运算环境中，AI加速器经常需要与大量的服务器和储存系统协作。利用PCIe介面，数据中心可以实现加速器与服务器之间的高效连接，提高整体系统的性能和响应速度。

直接记忆体存取（DMA）

AI应用需要大量的数据交换，高效的数据传输对於性能至关重要。PCIe支持DMA，这允许AI加速器直接从主记忆体读取或写入数据，而无需CPU介入，这样可以大幅提高数据处理速度和效率。

总之，PCIe以其高频宽、低延迟和灵活的连接能力，是连接AI加速器的理想选择，尤其适合处理大量数据和高速计算的AI应用。随着技术的发展，PCIe将继续支持更高效的AI计算解决方案。

PCIe在笔电或行动PC的具体应用

在AI笔记型电脑上，PCI Express（PCIe）扮演着至关重要的角色，提供高速数据传输通道以支援各种高性能计算任务。以下是PCIe在AI笔记型电脑上的一些具体应用：

GPU加速

AI应用，特别是深度学习和机器学习，大量依赖於图形处理单元（GPU）来进行数据并行处理。PCIe提供高速连接，使笔记型电脑的主处理器（CPU）能够快速与GPU通信，这对於需要大量运算的AI模型训练和推理非常重要。使用PCIe x16??槽连接GPU，可以实现高频宽数据传输，减少CPU和GPU之间的资料传输延迟。

高速储存解决方案

笔记型电脑经常需要处理和储存大量数据集。PCIe介面的固态硬碟（SSD），特别是支持NVMe技术的SSD，提供了远超过传统SATA SSD的读写速度，这对於加快数据处理和减少模型训练时间至关重要。PCIe NVMe SSD通过直接连接至PCIe通道，提供更高的传输速率和更低的响应时间。

外部设备扩展

AI研究和开发经常需要使用多种外部设备，如额外的显示器、高速网路介面卡或其他专业设备。PCIe通过外部扩展埠或通过Thunderbolt介面（基於PCIe技术）连接这些外部设备，提供了足够的灵活性和扩展性。Thunderbolt 3和Thunderbolt 4介面允许笔记型电脑通过单一介面连接多达两个4K显示器以及其他高速周边设备，同时还可以供电。

数据中心和云连接

AI笔记型电脑在处理大型AI模型或数据集时，可能需要连接到数据中心或云服务。PCIe网路卡（如10GbE卡）提供了高速网络连接，支持快速的数据上传和下载。高性能PCIe网路卡通过提供比标准乙太网更快的网路速度，使AI开发者能够有效地与云基础设施互动。

这些应用展示了PCIe在AI笔记型电脑上的关键作用，特别是在需要高速数据处理和传输的场景中。随着AI技术的进步，对於这些高性能连接技术的需求也将持续增长。

PCIe潜在的竞争者

PCIe的广泛适用性、弹性和支持范围使其成为许多系统和设备中的首选介面。每种技术都有其独特的优势和专门的应用场景，以下常见的几种连结介面：

CXL（Compute Express Link）是一种新型互连标准，旨在满足数据中心和高性能计算 (HPC) 的需求。CXL 提供比 PCIe 更高的频宽和更低的延迟，并支持多处理器之间的互连。

NVMe（Non-Volatile Memory Express）是一种用於固态硬碟的互连标准。NVMe提供比传统SATA介面更高的频宽和更低的延迟。

USB（Universal Serial Bus）是一种通用互连标准，用於连接各种设备。USB 提供中等频宽和中等延迟，但价格低廉且广泛采用。最新的USB4标准支援与Thunderbolt 3兼容，其中包括利用PCIe通道进行数据传输的能力。这意味着具备USB4介面的设备可以实现类似於Thunderbolt的功能。

Thunderbolt是一种由Intel和Apple开发的高速互连标准。Thunderbolt提供比 USB更高的频宽和更低的延迟，并支援多种设备类型。

NVLink是一种由NVIDIA开发的互连标准，专为多GPU系统而设计。NVLink 提供比PCIe更高的频宽和更低的延迟，并支援多个GPU之间的互连。

总体而言，PCIe是一种功能强大的互连标准，可为各种应用提供高性能和灵活性。但是，对於具有特定需求的应用，其他标准（例如CXL、NVMe、USB、雷电和NVLink）可能更合适。在选择互连标准时，务必考虑应用程序的具体需求，这些PCIe潜在的竞争者，与其说是竞争者，在很多面向反而是一种互补合作的应用。

结语

在AI广泛应用的时代，从主机伺服器到AI笔电，高速传输的需求只有越来越高，应此PCIe等高速传输介面的发展也没有止尽。甚至，为了因应AI周边多元的应用，即??即用的高速传输介面也会有各种相互连接、互补应用的需求，这些都是业者在发展产品时所需要观察选择的重点。