PCIe 6.0（Gen6）は 64GT/s の超高速伝送を実現し、 帯域幅はPCIe 5.0の 2倍（x16で256GB/s） に到達しました。
さらに、CXL 3.xはPCIe 6.0の物理層をベースに進化し、 AIサーバー・データセンターの高速メモリ接続を支える中核技術となっています。
この新世代の高速信号は、従来のNRZではなく PAM4変調 を採用し、 基板設計の常識が大きく変わりました。
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PCIe 6.0の最大の変化：NRZ → PAM4
PCIe 6.0では、従来のNRZ（2値）から PAM4（4値）変調 に移行しました。
| 項目 | NRZ（PCIe 5.0） | PAM4（PCIe 6.0） |
|---|---|---|
| 電圧レベル | 2値 | 4値 |
| 1シンボルあたりのビット数 | 1bit | 2bit |
| データレート | 32GT/s | 64GT/s |
| ノイズ耐性 | 高い | 低い |
✔ PAM4採用で起きること
- 信号レベル間のマージンが大幅減少
- SNR（信号対雑音比）が悪化
- BER（ビットエラーレート）が増加
- ジッタ・クロストークの影響が増大
つまり、PCIe 5.0とは別次元の設計難易度になります。
FEC（Forward Error Correction）とFLIT構造の必須化
PAM4の品質低下を補うため、PCIe 6.0では FEC（誤り訂正） が必須になりました。
さらに、データ構造は可変長から FLIT（固定長） に変更され、 誤り訂正の効率化と高速化が図られています。
✔ 設計者への影響
- FEC処理により レイテンシが増加
- NVMe・FPGAなど低遅延要求の設計では要注意
- 信号品質を上げて FEC負荷を減らす設計 が重要
CXL 3.xはPCIe 6.0とセットで理解すべき
CXL 3.xはPCIe 6.0の物理層をベースに進化しており、 64GT/sの高速伝送に対応しています。
✔ CXLが求める基板設計
- メモリ共有のため 超低レイテンシ が必須
- PAM4＋FECの遅延を最小化する配線設計
- リタイマーの配置最適化
- マルチレーン環境でのクロストーク抑制
AIサーバーでは、 PCIe Gen6 × CXL 3.x × HBM の組み合わせが標準化しつつあります。
PCIe Gen6時代の材料選定（Low‑Dk/Dfが必須）
64GT/sでは、材料の誘電率（Dk）・誘電正接（Df）が 信号損失に直結します。
✔ 推奨される材料の特徴
- Dkは 3.0〜3.4以下
- Dfは 0.002以下
- 表面粗さ（Ra）が小さい材料が望ましい
- 高速伝送向けLow‑Dk/Df材料が一般的に採用されている
※Megtron 7/8などは高速伝送用途で広く採用されている材料ですが、 メーカーごとに仕様が異なるため、用途に応じた選定が必要です。
ビア構造の最適化（Gen6では必須レベル）
PCIe 6.0では、ビアが信号劣化の主要因になります。
✔ 推奨ビア構造
- VIP（Via-in-Pad）
- 埋め込みビア（Buried Via）
- ブラインドビア（BVH）
✔ NG構造
- 長いスルーホールビア（スタブが反射を引き起こす）
✔ 設計ポイント
- スタブ除去（バックドリル）
- ビア径の最小化
- リターンパスの確保
- GND viaの配置最適化
配線設計の新常識（64GT/s対応）
✔ インピーダンス管理
- 85Ω ±10%以内が一般的
- 材料・層構成・銅厚の影響が大きい
✔ 差動ペアの管理
- 長さ合わせ（±5mil以内）
- カップリングの維持
- 層間移動は最小限に
✔ GND層の配置
- 信号層とGND層を交互に配置
- リターンパスを最短にする
リタイマーの必要性が増加
PCIe 6.0では、信号品質を保つため リタイマーが必要になるケースが増えています。
✔ リタイマーの課題
- コスト増
- レイテンシ増
- 発熱増（液冷基板との相性が重要）
評価の難易度が急上昇（64GT/sの現実）
PAM4・FEC・FLIT・CXL対応により、 評価の難易度はPCIe 5.0より大幅に上昇しています。
✔ 評価が難しい理由
- PAM4のSNR悪化
- FEC＋FLITの複雑化
- マルチレーンでのクロストーク
- ジッタ・ノイズの影響増大
まとめ
PCIe Gen6・CXL時代の高速信号設計は、 従来のPCIe 5.0とは別次元の難易度になっています。
- NRZ → PAM4
- FEC必須
- FLIT構造
- Low‑Dk材料
- VIP・埋め込みビア
- リタイマーの必要性増加
- 評価難易度の上昇
AIサーバー・データセンターの高速化に伴い、 基板設計者は 高速信号 × 熱設計 × 材料選定 を総合的に理解する必要があります。
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