隨著數據傳輸速度需求的持續增長，傳統銅纜技術在 PCIe 高速資料傳輸中的限制逐漸浮現。尤其在 PCIe7.0 這類超高傳輸速率之下，銅纜的距離限制與干擾問題日益嚴重。為了突破限制，《PCI-SIG》組織將「利用光傳輸 PCIe 訊號 - PCIe over optics」視為 PCIe 未來發展更快速頻寬的方案，光比起傳統銅纜傳輸，具有更長距離和更高數據速率的潛力，且功耗比銅纜更低。PCI-SIG 於 2023年成立〈光學工作小組〉，研發將光學技術（Optical Interconnect）導入 PCIe 架構，同時，要求達到支援光學與銅纜技術的一致性與互通性。
PCI-SIG 光學工小組讓 PCIe 架構更「光學友善」
現有的 PCI-SIG 小組已經朝著提升 PCIe 7.0 規範中的 128GT/s 資料速率邁進；新成立的光學工小組將使 PCIe 架構能夠更穩定地往更高頻寬發展。
光學工作小組的成立，旨在探索利用光纖技術進行長距離 PCIe 傳輸的可能性，並應對未來超高速匯流排對於頻寬的需求。該小組專注研發將光纖的互連技術標準化，尤其在「可插拔光學收發器（Pluggable Optics）」、「板載光學元件（OBO）」及「共同封裝光學元件（Co-Package）」……等領域更加深入，提出符合 PCIe 6.0、7.0 傳輸速率及穩定性需求的解決技術。光學工作小組的目標是在不需巨大改變現有 PCIe 硬體架構的情況下，找出更靈活的方式，確保光學與銅纜解決方案之間的無縫過渡與互通性。
PCIe光學傳輸技術的應用場景
PCIe 的光學傳輸技術，主要用於以下這些場景：
長距離傳輸：例如資料中心內部不同機構之間的高效資料交換。
高干擾環境：在電磁干擾嚴重的環境中，光學技術具有更好的抗干擾性。
未來高頻寬需求：光學技術為PCIe在超高速資料傳輸需求下提供了可擴展的解決方案。
為什麼要追求光學傳輸？PCIe 光學 Retimer 與 銅纜 Retimer 的差異
「光學 Retimer」是 PCIe 光學技術導入的關鍵要素，與銅纜 Retimer在結構上有著顯著差異。根據 PCI-SIG 光學工作小組的技術規範，PCIe 的光學 Retimer 不僅要具備標準的 Retimer 加壓功能，亦需要能符合光學訊號與銅纜電訊號之間的無痛轉換。
一、PCIe 的光學 Retimer 架構重點
電光轉換與光電轉換：在 PCIe 光學傳輸中，Retimer 元件的兩端分別連接「電纜」與「光纖」，透過電光與光電轉換，實現訊號傳遞。
協調鏈路訓練：為了確保光學與電氣鏈路的一致性，光學 Retimer 需要在鏈路訓練過程中進行協調，確保雙方均使用相同的數據模式與速率。
二、互通性與標準化挑戰
光學技術在 PCIe 架構中的應用中，還處於較新的階段，如何實現與現有電纜技術互通，是目前面臨的主要挑戰之一。根據傳輸規範，PCIe 光學 Retimer 需支援 Flit 模式及其他高階功能，並確保不同傳輸介質之間的無縫切換；才能進一步落地應用。
光學技術在 PCIe 6 與更高階版本的應用前景
光學傳輸技術的低延遲、高帶寬、抗電磁干擾的特性，在未來強調極高精度、高穩定性的應用中，已經展示其潛在優勢。目前，PCIe 6.0 已經為未來的光學傳輸技術打下基礎，提供高達 64.0 GT/s 的數據速率支持，並引入了 Flit 模式來提高傳輸效率。
隨著 PCIe 7.0 的即將推出，數據速率將進一步翻倍至 128 GT/s，光學技術將成為主流，在超高速率下發揮關鍵作用，突破信號損失和延遲的瓶頸，並為超長距離傳輸和高頻寬應用場景提供新的解決方案。
在具體應用方面，隨著 5G、AI 和物聯網技術的快速發展，光學技術將應用在數據中心、超級計算機和高頻寬需求的領域，帶動整個半導體和通信產業的技術變革。這些應用場景對於帶寬和數據處理效率要求極高，也將同時驅動光學技術急需優化；此外，光電混合技術的發展也將進一步推動光學技術的普及。例如光電轉換技術可以在不同傳輸介質中實現高效數據傳輸，有利於將大規模數據處理和綠色計算的推廣普及。
VIAVI 最新光學量測技術，助於 PCIe 技術開發者導入光學技術
在光學傳輸技術應用中，光學連接的優勢是決定整體系統效能的關鍵。量測解決方案開發商《Viavi Solutions》提供多種先進的光通訊測試解決方案，專為驗證光纖連接的完整性、準確度和穩定性設計。
例如，〈FVAm 系列顯微鏡〉專為實驗室應用而設計，提供高精度的光纖端面檢測，確保每個連接點的品質無瑕疵。此外，〈InX 760 探針顯微鏡〉結合了量測效能與便攜的優點，適合用於各種製造環境中的光纖端面檢測，有效防止因污染或損壞引起的性能衰減。
另外，針對大量的光纖測試與驗證，〈MAP 300 模組化平台〉是一個靈活的測試解決方案。該機框能夠搭配多種不同的模組，因應光功率測量、波長測試到光纖連接測試等各種需求；涵蓋了 PCIe over optics 應用所需的關鍵性能指標。這些模組化設計不僅提高了測試效率，還能根據不同測試需求進行靈活配置，為高速光學傳輸技術的驗證提供了強大的支持。MAP 300 平台在驗證 PCIe over optics 的過程中，能有效檢測信號品質，確保系統在光纖互連中的穩定性和精確性。
《Viavi Solutions》FVAm 系列顯微鏡、InX 760 探針顯微鏡
《Viavi Solutions》MAP-300 多應用光學測試平台
結論
PCIe 光學技術的引入，為高速資料傳輸的距離限制提供了一個理想的突破方法。透過光學工作小組的努力，未來 PCIe 將能夠更靈活地應對高速、高頻寬的應用需求，實現銅纜與光纖傳輸技術穩定互通。《Viavi Solutions》數十年來，為全球通信測試和測量及光學技術的研發領導品牌；亦致力於為 PCIe 高速傳輸介面設計解決方案。Viavi 的測試技術為光學技術的發展提供了不可或缺的支持。
《翔宇科技》為 VIAVI Solutions 最高等級的代理商，並於 2022 年獲頒 VIAVI 2022 Velocity Partner Award，主要代理 VIAVI Solutions 光纖網路設備測試、以及電腦運算儲存匯流排測試等兩大量測應用。翔宇科技具有豐富的設備安裝、即時問題排除、設備教育訓練經驗；協助臺灣各產業的客戶快速導入解決方案，應對 PCIe 的技術和光通訊發展趨勢。
