従来の銅線によるデータ転送速度が限界を迎えつつある今、そのボトルネックを解消すべく、PCI Express相互規格の策定団体PCI-SIGは「PCIe Optical Workgroup」の結成を発表し、光通信技術によるPCI-Express相互接続規格の進化の可能性を探ることを決定した。

2000年に初めてリリースされたPCI-Expressは、当初高密度エッジコネクタの使用を中心に開発された。PCIe Card Electromechanical Specification (CEM)は、過去20年間使用されてきたカードフォームファクタのPCIeアドを定義しており、x1からx16までの接続が可能だ。

しかし、PCIe CEMは長年にわたってほとんど変更されていない一方で（後方互換性と前方互換性を確保するため）、信号規格自体は数多くの速度アップグレードが行われてきた。最新のPCIe 6.0規格を含めると、単一のPCIeレーンの速度は2000年以来32倍に向上しており、PCI-SIGは2025年のPCIe 7.0でさらに倍増させる予定である。1ピンあたりの転送データ量がこれほど大幅に増加した結果、PCIe 7.0ではほぼ32GHzで動作するよう設定されており、この規格で使用される文字通りの周波数帯域幅も同程度に増加している。

新しい PCIe 規格を開発する際、PCI-SIG は、より高い周波数を必要としない代替の信号手段（PAM-4 を使用した PCIe 6 など）を採用することで、これらの問題を最小限に抑える努力をしてきた。しかし、PCB内の銅トレースの周波数制限が完全に解消されることはなく、そのため近年、PCI-SIGは銅ケーブル上のPCIeの公式規格を策定しました。

PCIe 5.0/6.0 ケーブリング規格は、システム内(内部)とシステム間(外部)の両方で PCIeの伝送に銅ケーブ ルを使うという選択肢を提供します。特に、比較的太い銅ケーブルは、PCBトレースよりも信号損失が少なく、高周波通信の直接的な欠点であるチャ ンネル到達距離の短さ(すなわち信号伝播距離の短さ)を克服している。このケーブル規格は、PCIe CEMコネクタを全面的に置き換えるのではなく、その代替となるように設計されているが、その存在は、銅を介した高周波信号の問題を浮き彫りにしている。

そして今回のPCIe Optical Workgroupの結成に至った。高周波信号技術革新の最前線にあるイーサネットコミュニティと同様に、PCI-SIGはPCIeの将来の一部として光ベースの通信に注目している。すでに光ネットワーキング技術で見てきたように、光通信は光の周波数が非常に高いため、より長距離でより高速なデータ転送が可能であり、消費電力も銅線通信に比べて削減できる。このような理由から、PCI-SIG は光接続での PCIe供給に必要な標準の開発を支援するため、オプティカル・ワークグループを結成している。

厳密に言えば、光接続によるPCIeを推進するために新たな光規格を策定する必要はない。すでにいくつかのベンダーが、外部接続に重点を置いた独自のソリューションを提供している。しかし、光規格の策定は、光ファイバー経由のPCIeがどのように機能し、どのように動作するかを標準化するという、まさにそのことを目的としている。ワーキンググループの発表の一環として、伝統的にコンセンサスに基づくPCI-SIGは、単一の光技術のための標準を開発するのではなく、むしろ技術にとらわれない標準を目指していることを明らかにしている。

しかし、PCI-SIGからの比較的広範な発表は、現在の銅ケーブルの代替としての光ケーブルにとどまらず、同グループは “技術固有のフォームファクターを開発する可能性”も視野に入れている。従来のCEMコネクターがすぐに完全になくなることはないだろうが（後方および前方互換性はそれほど重要である）、CEMコネクターは今日PCIeを提供する最も弱く、最も困難な方法である。PCI-SIGが新しいフォームファクタについて考えているのであれば、オプティカル・ワークグループは少なくともCEMの後継となるオプティカルベースのコネクタを検討しているはずだ。そして、もしそれが実現すれば、これはPCIe仕様の23年以上の歴史の中で最大の変更となるだろう。

しかし、もしそのような変更が起こるとすれば、何年も先のことになるだろう。新しいオプティカル・ワークグループはまだ結成されておらず、目標や要件を設定することもできない。PCIe をよりオプティカル・フレンドリーにするという広範な使命を持つこのグループからの影響は、PCIe 8.0 仕様に直接的な影響を与えないまでも、PCIe 7.0 のケーブル標準を策定するよりは早くないだろう。しかし、これはPCI-SIGのリーダーシップがPCIe規格の将来をどのように考えているかを示すものであり、メンバーからコンセンサスを得ることができればの話である。また、PCI-SIGのプレスリリースには明記されていないが、このような形で光PCIeを本格的に使用するには、安価な光トランシーバー、すなわちシリコンフォトニクスが前提となるようだ。

いずれにせよ、PCI-SIGの新しいオプティカル・ワークグループから最終的に何が出てくるかは興味深い。PCIeが銅の実用的な限界に近づき始めた今、業界標準のペリフェラル相互接続の将来は、光に向かうことになるかもしれない。

Sources

• Business Wire: PCI-SIG^® Exploring an Optical Interconnect to Enable Higher PCIe Technology Performance