面向下一代数据中心传输需求，PCIe 6.0控制器来了

wy168

( j5 N- N( m+ \6 r' B; }9 _

数字化转型、AI和各行各业的上云需求，都在推动数据中心领域的蓬勃创新和发展。IDC数据显示，2021年上半年，中国大数据平台的整体市场规模达到54.2亿元，同比增长43.5%。海量的数据推动下，数据中心对更高速率网络协议的需求在升级，这些协议的速率大约每两年翻一倍，这给服务器和网络设备中的PCIe互联带来瓶颈。

着眼未来的数据密集型应用，PCIe 6.0规范在2022年1月正式发布，专为满足人工智能/机器学习、高性能计算、云计算和网络等众多数据中心领域日益增长的性能需求。作为在CPU、GPU、FPGA和特定工作负载加速器等各种计算节点之间传输数据的重要骨干，PCIe 6.0的发布对下一代数据中心的建设具有哪些重要意义？又亟待需要哪些创新产品来推进落地？日前，Rambus在推出最新的PCIe 6.0控制器时，接受了媒体采访。

高速数据传输需求下的接口升级趋势

Rambus战略营销副总裁Matt Jones表示，为了支持庞大数据量的传输和存储，数据中心既要有完善的基础设施架构，也需要新的计算模式，如分解式计算(Disaggregated Computing)或者可组合式计算(Composable Computing)，这对数据传输速率的提升和数据传输的安全性提出了更高要求。

Rambus战略营销副总裁Matt Jones

他指出，计算资源和计算模型正变得更加同构化或分散化，通用CPU和AI加速器常常被结合使用，并要求数据能够高速、安全地传递，这是PCIe标准向更高数据传输速率发展的核心需求。

应对这一趋势，业界必须尽可能更快、且更安全地在更远的距离上移动数据，例如CPU和AI加速器之间存在距离，但需要非常迅速的、安全的交换数据——这就是根本性的变化。

\$ ?* W: |& u% r% @

从PCIe标准的演进趋势来看，从PCIe 2.0到3.0/4.0，分别花费了5年和7年的时间，但从PCIe 4.0到5.0，再到6.0，时间间隔却分别只有2年和3年，并且，PCIe 6.0 64GT/s的传输速度是3.0标准的8倍。

& N* t J6 g7 \! a c6 l

PCIe性能加速曲线

PCIe 6.0有哪些新特性？

' E3 w* o+ r, g4 O: [

作为全新一代规范，PCIe 6.0的数据速率从32GT/s翻倍至64GT/s，为此，它主要增加了PAM4调制信号、前向纠错（FEC）、FLIT模式等功能创新。

具体而言，通过PAM4，每个时钟周期的数据传输可以达到2bit，而并不仅仅是单bit的数据传输。PAM4采用四个不同的电平等级，可在每个时钟周期表达2个数位，即从00、01、10再到11。这就意味着，在同样的电压波动范围内和同样的时钟周期内，由于PAM4的电压等级比PAM2高了两个，即眼图中黑色的区域“眼睛“部分更多、更小了，从而带来了更低的电压裕度和更高的误码率，使得在设备中保证信号完整性成为了一个非常关键的问题。

由于PAM4是确保PCIe 6.0达到64GT/s数据传输速率的关键，为此，PCIe 6.0采用了前向纠错技术(FEC)。FEC本质上是一种算法技术，可以在数据传输链路中确保所有信号的完整性。同时，FEC技术的采纳还改变了数据流控制单元的情况，要求开发人员也必须针对数据包本身的大小做出调整和改变。

为了更好地保证FEC技术的实现和操作，PCIe 6.0没有采用前几代规范可变大小的数据包，而是固定大小数据包(FLIT)，以更好地保证FEC技术的实现和操作。

7 E B5 B5 t5 n

此外，考虑到数据传输速率的上升和PAM4技术本身会增加设备的功耗，每一比特数据传输造成的单位数据能耗也会增加。为了减少整体系统的能耗，PCIe 6.0采用了L0p模式，通过动态的信道分配，允许将每个通道进行封闭或者打开来实现系统性的节能。

$ V5 a" t6 q) S* x3 b' g

全新PCIe 6.0控制器

; U5 j& a' J F7 i. n2 Y

基于最新的PCIe 6.0规范，Rambus推出了控制器产品。在功耗、面积和延时方面进行了优化，可为高性能应用提供高达每秒64GT的数据传输速率，进而推动环保型数据中心的建设，并减少对散热管理的需求，降低拥有成本。

& t0 o8 V# E' U; y6 K

另一方面，该控制器还提供最先进的安全性，其完整性和数据加密(IDE)引擎可以监控和保护PCIe链路免受物理攻击，且无需在此过程中牺牲延迟。

! @* A( V5 y9 d; u {! Q

PCIe“左右互搏”走向何方？

左右互搏术让周伯通的武功上升了不止一个档次，那么，PCIe规范的演进又将走向何方？毕竟，从当前PCIe规范的实际商用情况来看，PCIe 5.0的发展以及商业化都尚未进入到最终和成熟阶段。PCIe 6.0尽管从性能和前景都极具吸引力，但是在实际的落地方面能否如期推进？Rambus的PCIe 6.0控制器应用前景又如何？

2 f" q+ d; J# y7 x: a

Matt Jones表示，PCIe 6.0也会经历前一代标准的发展周期。以正式发布于2019年5月的PCIe 5.0来看，如果仅按照当前在数据中心的应用数量来衡量，它是不成熟的，而完全成熟预计会在今年晚些时候到来。不过，从PCIe 5.0过渡到6.0的时间可能比之前几代标准的迭代时间更短，尤其是在企业和数据中心流量持续爆炸式增长的情况下。

4 \5 R) s1 f$ v3 R

他强调，PCIe 4.0/5.0/6.0之间并非一定存在代际竞争，市场上对PCIe 3.0现在仍有较高的需求。对于采用PCIe作为主要接口的解决方案来说，厂商只需要在性能和成本之间做出权衡。

作为推动PCIe 6.0生态所必需的一项早期组成部分，Rambus PCIe 6.0数字控制器目前已经实现量产，AI加速器供应商、I/O和内存供应商等，都可以用它来构建芯片形式的解决方案，并帮助他们的产品在2025年左右进入市场。

Matt Jones表示，他非常兴奋能够面向中国市场正式发布Rambus的PCIe 6.0控制器。以超过400个PCIe控制器的成功生产流片为基础，也再次扩大了Rambus在PCIe IP授权领域的领导地位。希望基于这一产品的发布，随着早期采用其PCIe 6.0控制器的客户推出行业领先的解决方案，能够应对数据流量的增长趋势，并不断促进数据中心的发展。