助力“東數(shù)西算”，Rambus PCIe 6.0控制器IP，搶先布局下一代數(shù)據(jù)中心

全球數(shù)據(jù)量仍然處于持續(xù)的爆炸式增長當中，不僅現(xiàn)有的應用對數(shù)據(jù)的生成量快速增加，新的應用領域如人工智能/機器學習（AI/ML）等，也都在不斷生成更多的數(shù)據(jù)。同時，數(shù)據(jù)中心也必須要有完善的架構和基礎設施來支持如此龐大數(shù)據(jù)量的傳輸以及存儲。在中國，數(shù)據(jù)中心市場整體發(fā)展得還是非常迅速的，而且每年都有非常大幅的增長和提升。近期，中國還提出了“東數(shù)西算”工程，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展迎來政策利好。

隨著數(shù)據(jù)總量繼續(xù)大幅爆炸式增長，數(shù)據(jù)中心正在采用新的計算模式，如分解式計算（Disaggregated Computing）或者可組合式計算（Composable Computing），這也要求同時保證數(shù)據(jù)傳輸速率的提升和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br />
Rambus在數(shù)據(jù)中心及其細分市場的收入占比達到75%以上，做為數(shù)據(jù)中心高速互連方案的芯片及IP供應商，Rambus始終站在技術和市場的前沿。最近，Rambus發(fā)布了全新的PCIe 6.0控制器IP。Rambus戰(zhàn)略營銷副總裁Matt Jones，和大中華區(qū)總經(jīng)理蘇雷在媒體交流會中對這項新技術、新品和應用前景進行了詳細的解讀。

PCIe6調(diào)制信號重大變化：從NRZ到PAM4

自21世紀初PCIe標準正式創(chuàng)立以來，它就已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心和計算應用中芯片間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男袠I(yè)標準。今年1月份，PCIe 6.0的相關規(guī)范正式出臺，標志著我們進入PCIe 6.0時代。

PCIe 每次的技術迭代，數(shù)據(jù)傳輸速率的性能指標基本上都是翻倍的。PCIe 1.0和2.0時代，理論數(shù)據(jù)傳輸率大概是2.5和5GT/s，但考慮到具體采用的編碼技術和信號傳導模式，實際的數(shù)據(jù)傳輸速率大概是2和4GT/s。到現(xiàn)在的PCIe 6.0速率高達64GT/s。

為了更好地在PCIe技術規(guī)范之下實現(xiàn)64GT/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并克服整個通道傳輸長度以及距離的限制，新規(guī)范采用了全新的PAM4調(diào)制信號，也就是四電平脈沖幅度調(diào)制。

Rambus高管具體分析道，在PCIe 6.0之前，各代PCIe采用的都是NRZ調(diào)制信號，即不歸零編碼，它采用0或1兩個電壓等級，每一個時鐘周期只能傳輸1bit的信號。也就是說，它只采用了高低兩種信號電平。因此，相對于PAM4采用的四電平，我們也將NRZ稱作PAM2 。

為了實現(xiàn)高達64GT/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，PCIe 6.0采用PAM4調(diào)制信號。通過PAM4，每個時鐘周期的數(shù)據(jù)傳輸可以達到2bit，而并不僅僅是單bit的數(shù)據(jù)傳輸。PAM4采用四個不同的電平等級，在每個時鐘周期表達2個數(shù)位，從00、01、10再到11，這就意味著在同樣的電壓波動范圍之內(nèi)和同樣的時鐘周期內(nèi)，由于PAM4的電壓等級比PAM2高了兩個，即眼圖中黑色的區(qū)域“眼睛“這個部分更多、更小了。這種變化帶來了另外兩個重要的影響，即更低的電壓裕度和更高的誤碼率，使得在設備中保證信號完整性成為了一個非常關鍵的難題。

進一步來說，考慮到PAM4要確保PCIe 6.0達到64GT/s數(shù)據(jù)傳輸速率，需要在保持數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下解決PAM4本身的問題。為此，PCIe6.0采用了前向糾錯技術（FEC）。 FEC本質(zhì)上是一種算法技術，可以在數(shù)據(jù)傳輸鏈路中確保所有信號的完整性。

同時，F(xiàn)EC技術的采納還改變了數(shù)據(jù)流控制單元的情況，要求我們也必須針對數(shù)據(jù)包本身的大小做出調(diào)整和改變。在PCIe6.0之前的幾代規(guī)范，包括PCIe5.0、3.0等，采用的是可變大小的數(shù)據(jù)包；但由于FEC技術的采納，PCIe 6.0必須采用固定大小數(shù)據(jù)包（FLIT），以更好地保證FEC技術的實現(xiàn)和操作。

數(shù)據(jù)傳輸速率的上升以及PAM4這項技術本身帶來了另一個問題，即設備的能耗可能會上升，每一比特數(shù)據(jù)傳輸造成的單位數(shù)據(jù)能耗也會增加。為了減少整體系統(tǒng)的能耗，PCIe 6.0采用了顛覆式的L0p模式，其本質(zhì)是通過動態(tài)的信道分配，允許將每個通道進行封閉或者打開來實現(xiàn)系統(tǒng)性的節(jié)能。

Rambus的PCIe 6.0控制器不僅數(shù)據(jù)傳輸速率高達64GT/s，更重要的一點是，該控制器還集成了完整性和數(shù)據(jù)加密（IDE）引擎，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同PCIe設備的PCIe通路之間的安全傳輸。

Rambus PCIe 6.0控制器在功耗、面積以及延遲上都特別進行了相應的優(yōu)化，特別在降低能耗方面，以幫助確保PCIe6.0成為數(shù)據(jù)中心解決方案的一塊關鍵基石，進而推動環(huán)保型數(shù)據(jù)中心的建設，并減少對散熱管理的需求，降低擁有成本。

同時，Rambus的PCIe 6.0控制器非常靈活，可以適用于PCIe端點、根端口、雙模式和交換機端口配置。

與客戶合作推進系統(tǒng)級芯片和PCIe6.0方案，助力“東數(shù)西算”工程

現(xiàn)在，Rambus 向中國市場正式發(fā)布Rambus PCIe 6.0控制器，同時以超過400個PCIe控制器的成功生產(chǎn)流片為基礎，再次擴大了Rambus在PCI Express IP授權領域的領導地位。

Rambus高管表示，RambusPCIe6.0控制器目前已經(jīng)可以量產(chǎn)，是以RTL的提供軟性IP，然后將其合成到客戶的設計中。因此它可以跨越許多工藝節(jié)點，并具有設計上的靈活性，能夠處理跨許多代工廠解決方案和工藝節(jié)點的時序收斂和集成，不必局限于任何一個制造代工廠或工藝節(jié)點。我們已與領先的客戶合作，使用我們的控制器產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)級芯片和PCIe6.0解決方案。這些解決方案的開發(fā)和制造周期大概需要3年，也就是2025年左右進入市場。

去年，Rambus發(fā)布CXL內(nèi)存互連計劃，推出了一系列面向數(shù)據(jù)中心的新的解決方案，目標是讓數(shù)據(jù)中心架構進入下一個更高效節(jié)能的新階段。Rambus高管表示，未來，CXL會推出池化的概念，也將幫助下一代的數(shù)據(jù)中心變得更加高效化、節(jié)能化，以一種新的架構來迎合數(shù)據(jù)中心的未來需求，可以很好地滿足“東數(shù)西算”的部分需求。因此，Rambus也正在和數(shù)據(jù)中心領域的一些合作伙伴緊密聯(lián)系，看如何用以Rambus的產(chǎn)品賦能其數(shù)據(jù)中心建設。

緊跟PCIe技術迭代，不斷強化數(shù)據(jù)中心業(yè)務

PCIe從PCIe 5.0到6.0的迭代，以及從NRZ到PAM4的變化，是PCIe規(guī)范在物理實現(xiàn)方面的一個重大變化。Rambus高管認為，從NRZ到PAM4的巨大變化一定程度上為PCIe技術未來的發(fā)展留下了足夠的空間和期待。比如說下一代PCIe標準，暫時稱呼為PCIe 7.0，基于歷史期望，數(shù)據(jù)速率還需要繼續(xù)翻倍，因此PCIe 6.0的PAM4可能會升級為“PAM6/PAM8”，以在未來獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

當然，畢竟現(xiàn)在PCIe 6.0還剛剛發(fā)布，處于正在走向成熟的階段，對PCIe 7.0還沒有完整的定義和規(guī)劃。等到PCIe7.0真的到來，相信我們會對它的數(shù)據(jù)傳輸速率等都會有更加全面的了解。

著眼于現(xiàn)在，PCIe 6.0控制器將成為ASIC供應商的重要基石，幫助他們?yōu)锳I/ML加速器建立起一個更加完善的PCI生態(tài)系統(tǒng)，并支持不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)中心中PCIe 6.0級數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A設施。