可折叠 PCI Express 延长线组件简化了高性能计算中的连接

十多年来，计算应用所需的带宽和数据传输速率逐年增长。在主要行业，带宽需求大约每三年翻一番。这主要是由电信服务、云计算服务和信息技术提供商（尤其是在银行、证券和保险领域）高达 45% 的复合年增长率所驱动。此外，基于大型语言模型 (LLM) 的人工智能 (AI) 公司也在继续扩大业务。包括 AI 辅助检测和自动驾驶汽车在内的工业自动化也促进了对更高带宽和更快数据速度的需求。

为这些应用提供高速数据的基础设施包括有线和无线网络。但在高性能计算 (HPC)、高速测试设备和游戏硬件中，中央处理器与外设之间的连接也必须支持不断提高的数据传输速率。

PCIe 的强大之处

连接到中央处理器的联网设备或组件需要一种简化的方式来快速准确地传输数据，这就是外围组件互连 (PCI) 技术。包括服务器和数据中心、汽车和工业以及工作站和手持设备在内的各种计算细分市场，均采用 PCI Express (PCIe) 的点对点串行架构，以实现快速可靠的数据传输。

PCI-SIG，是外围组件互专业组缩写简称，是一个由大约 900 家成员公司组成的联盟，负责开发和管理 PCIe 技术的开放行业标准（图 1）。

图 1：自 2003 年以来，PCI-SIG 的 PCI 连接组件规格一直支持着数据传输速率的持续增长。（图片来源：PCI-SIG）

该组织于 2003 年发布了 PCIe 1.0 标准，支持每秒 2.5 千兆传输 (GT/s)，满足了当时 3G 无线标准的需求。随后的更新为 I/O 吞吐量的逐年提升铺平了道路，同时确保了向后兼容性。例如，符合 PCIe 5.0 规范的设备每通道速率可达 32.0 GT/s，兼容流媒体和边缘计算所需的 5G 网络。

这些更高的吞吐量为 AI 和边缘处理、工业自动化、测试设备和游戏所需的低延迟提供了支持。PCIe 技术的点对点架构还支持高能效性能，这是高级计算应用的一个关键考虑因素。

保持 HPC 组件冷却

即使采用最新 PCIe 技术提供的改进数据速率和能效，诸如实时金融欺诈检测、AI 大语言模型系统以及计算流体动力学 (CFD) 等高性能计算 (HPC) 应用仍需要多个并行处理器。在满足这一需求的同时管理散热和空间限制并非易事，尤其是在存在连接组件与处理器的数据线缆与气流通道争夺空间的情况下。

在这种情况下，高性能计算设备的设计人员会转而使用扁平、可折叠的 PCIe 延长线组件，如 3M 的 8KDx 系列（图 2）。

图 2：3M 的 8KDx 系列 PCIe 5.0 延长线组件属扁平柔性线缆组件，可自我折叠。（图片来源：3M）

8KDx 系列按照 PCIe 5.0 标准设计，并向后兼容按照早期 PCIe 标准设计的系统。它们有 x8 和 x16 两种型号，导线分别为八根和十六根。提供跨接安装和表面贴装 (SMT) 端子选择。

30 AWG 镀银导线被精确地放置在连续层叠的屏蔽层内，整体厚度为 0.74 mm。传统导线的导体对纵向缠绕在螺旋形屏蔽层中，而 8KDx 系列延长线与之相比更细、更软。更灵活的设计可将多个 PCIe 延长线捆绑折叠在一起，而不会阻塞关键气流（图 3）。

图 3：连续层叠、精确放置的 30 AWG 导线使 8KDx 系列能够在不阻碍气流的情况下连接组件。(图片来源：3M）

同步高速测试设备

高性能计算应用依靠并行处理来处理大型数据集，而高速测试设备则必须连接处理器、信号发生器、图形卡和示波器等其他外设。这些系统需要同步信号和低延迟，以确保测试数据的有效性。

PCIe 3.0、4.0 和 5.0 标准支持信号与单个时钟同步或多个时钟同步。按照这些标准制造的技术，如 8KDx 系列，依赖于 128b/130b 编码。在这种编码协议中，数据包包含 128 比特信息，以标记数据包开始和结束的 2 个比特为界。开始和结束比特用于时钟同步和错误检测，从而将数据包中的其余比特用于数据传输。

8KDx 系列 PCIe 延长线使用阻抗为 87 ±5 Ω 的导线，可进一步确保数据速度和完整性。在与按照 PCIe 3.0、4.0 和 5.0 标准构建的系统的基线 85 Ω 阻抗连接时，这些导体可最大限度地减少阻抗失配和信号反射。

此外，测试工程师还可以放心地利用 8KDx 系列组件的灵活性和节省空间的设计。测试表明，与展开的电缆相比，当电缆自身折叠时，信号完整性不会降低（图 4）。

图 4：信号完整性测试表明，当 8KDx 系列 PCIe 延长线折叠达五次时，其损耗并没有增加。（图片来源：3M）

为游戏设备注入魅力

在高性能游戏设置中，同步性和低延迟同样至关重要。这些通常为定制组装的设备，会将中央处理器与图形处理器 (GPU)、声卡以及用于网络连接的网卡相连，确保每条连接都能保持高数据速率与时钟同步。为了实现这一目标，定制游戏设置的用户会选择 8KDx 系列 PCIe 5.0 延长线（图 5）。

图 5：8KDx 系列 PCIe 延长线组件为定制游戏装备中的组件提供低延迟同步连接。（图片来源：3M）

8KDx 系列 PCIe 延长线还能帮助游戏装备设计人员管理高性能处理器和外设产生的热量。除了外形小巧、灵活性强之外，延长线还提供各种长度的电缆。标准长度为 0.25 m 和 0.5 m，也有 0.125 m、0.75 m 和 1 m 可供选择。此外，还可与 3M 合作开发定制长度、折叠和端接广工。游戏装备设计人员利用 8KDx 延长线的可用长度、灵活性和流线型设计来增强定制游戏装备的美感，这是游戏文化的重要组成部分（图 6）。

图 6：8KDx 系列 PCIe 延长线组件在实现高速数据传输和散热管理的同时，也为游戏装备的美观度做出了贡献。（图片来源：3M）

结语

高性能计算、高速测试以及定制游戏应用，均需要高速数据传输、低延迟和高信号完整性。与此同时，这些应用通常空间紧张，使得线缆布线与散热管理成为挑战。灵活、可折叠的 8KDx 系列 PCIe 5.0 延长线组件结合了高能效与同步数据传输能力（速率高达 64 GT/s），同时最大限度地利用了空间并优化了气流。