面向下一代數(shù)據(jù)中心傳輸需求，PCIe 6.0控制器來了！

數(shù)字化轉(zhuǎn)型、AI和各行各業(yè)的上云需求，都在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的蓬勃?jiǎng)?chuàng)新和發(fā)展。IDC數(shù)據(jù)顯示，2021年上半年，中國大數(shù)據(jù)平臺(tái)的整體市場規(guī)模達(dá)到54.2億元，同比增長43.5%。海量的數(shù)據(jù)推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心對更高速率網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的需求在升級(jí)，這些協(xié)議的速率大約每兩年翻一倍，這給服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的PCIe互聯(lián)帶來瓶頸。

著眼未來的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，PCIe 6.0規(guī)范在2022年1月正式發(fā)布，專為滿足人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算、云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)等眾多數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域日益增長的性能需求。作為在CPU、GPU、FPGA和特定工作負(fù)載加速器等各種計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的重要骨干，PCIe 6.0的發(fā)布對下一代數(shù)據(jù)中心的建設(shè)具有哪些重要意義？又亟待需要哪些創(chuàng)新產(chǎn)品來推進(jìn)落地？日前，Rambus在推出最新的PCIe 6.0控制器時(shí)，接受了媒體采訪。

高速數(shù)據(jù)傳輸需求下的接口升級(jí)趨勢

Rambus戰(zhàn)略營銷副總裁Matt Jones表示，為了支持龐大數(shù)據(jù)量的傳輸和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)中心既要有完善的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，也需要新的計(jì)算模式，如分解式計(jì)算(Disaggregated Computing)或者可組合式計(jì)算(Composable Computing)，這對數(shù)據(jù)傳輸速率的提升和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩蕴岢隽烁咭蟆?/p>

Rambus戰(zhàn)略營銷副總裁Matt Jones

他指出，計(jì)算資源和計(jì)算模型正變得更加同構(gòu)化或分散化，通用CPU和AI加速器常常被結(jié)合使用，并要求數(shù)據(jù)能夠高速、安全地傳遞，這是PCIe標(biāo)準(zhǔn)向更高數(shù)據(jù)傳輸速率發(fā)展的核心需求。

應(yīng)對這一趨勢，業(yè)界必須盡可能更快、且更安全地在更遠(yuǎn)的距離上移動(dòng)數(shù)據(jù)，例如CPU和AI加速器之間存在距離，但需要非常迅速的、安全的交換數(shù)據(jù)——這就是根本性的變化。

從PCIe標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)趨勢來看，從PCIe 2.0到3.0/4.0，分別花費(fèi)了5年和7年的時(shí)間，但從PCIe 4.0到5.0，再到6.0，時(shí)間間隔卻分別只有2年和3年，并且，PCIe 6.0 64GT/s的傳輸速度是3.0標(biāo)準(zhǔn)的8倍。

PCIe性能加速曲線

PCIe 6.0有哪些新特性？

作為全新一代規(guī)范，PCIe 6.0的數(shù)據(jù)速率從32GT/s翻倍至64GT/s，為此，它主要增加了PAM4調(diào)制信號(hào)、前向糾錯(cuò)（FEC）、FLIT模式等功能創(chuàng)新。

具體而言，通過PAM4，每個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá)到2bit，而并不僅僅是單bit的數(shù)據(jù)傳輸。PAM4采用四個(gè)不同的電平等級(jí)，可在每個(gè)時(shí)鐘周期表達(dá)2個(gè)數(shù)位，即從00、01、10再到11。這就意味著，在同樣的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)和同樣的時(shí)鐘周期內(nèi)，由于PAM4的電壓等級(jí)比PAM2高了兩個(gè)，即眼圖中黑色的區(qū)域“眼睛“部分更多、更小了，從而帶來了更低的電壓裕度和更高的誤碼率，使得在設(shè)備中保證信號(hào)完整性成為了一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。

由于PAM4是確保PCIe 6.0達(dá)到64GT/s數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)鍵，為此，PCIe 6.0采用了前向糾錯(cuò)技術(shù)(FEC)。FEC本質(zhì)上是一種算法技術(shù)，可以在數(shù)據(jù)傳輸鏈路中確保所有信號(hào)的完整性。同時(shí)，F(xiàn)EC技術(shù)的采納還改變了數(shù)據(jù)流控制單元的情況，要求開發(fā)人員也必須針對數(shù)據(jù)包本身的大小做出調(diào)整和改變。

為了更好地保證FEC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和操作，PCIe 6.0沒有采用前幾代規(guī)范可變大小的數(shù)據(jù)包，而是固定大小數(shù)據(jù)包(FLIT)，以更好地保證FEC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和操作。

此外，考慮到數(shù)據(jù)傳輸速率的上升和PAM4技術(shù)本身會(huì)增加設(shè)備的功耗，每一比特?cái)?shù)據(jù)傳輸造成的單位數(shù)據(jù)能耗也會(huì)增加。為了減少整體系統(tǒng)的能耗，PCIe 6.0采用了L0p模式，通過動(dòng)態(tài)的信道分配，允許將每個(gè)通道進(jìn)行封閉或者打開來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的節(jié)能。

全新PCIe 6.0控制器

基于最新的PCIe 6.0規(guī)范，Rambus推出了控制器產(chǎn)品。在功耗、面積和延時(shí)方面進(jìn)行了優(yōu)化，可為高性能應(yīng)用提供高達(dá)每秒64GT的數(shù)據(jù)傳輸速率，進(jìn)而推動(dòng)環(huán)保型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，并減少對散熱管理的需求，降低擁有成本。

另一方面，該控制器還提供最先進(jìn)的安全性，其完整性和數(shù)據(jù)加密(IDE)引擎可以監(jiān)控和保護(hù)PCIe鏈路免受物理攻擊，且無需在此過程中犧牲延遲。

PCIe“左右互搏”走向何方？

左右互搏術(shù)讓周伯通的武功上升了不止一個(gè)檔次，那么，PCIe規(guī)范的演進(jìn)又將走向何方？畢竟，從當(dāng)前PCIe規(guī)范的實(shí)際商用情況來看，PCIe 5.0的發(fā)展以及商業(yè)化都尚未進(jìn)入到最終和成熟階段。PCIe 6.0盡管從性能和前景都極具吸引力，但是在實(shí)際的落地方面能否如期推進(jìn)？Rambus的PCIe 6.0控制器應(yīng)用前景又如何？

Matt Jones表示，PCIe 6.0也會(huì)經(jīng)歷前一代標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展周期。以正式發(fā)布于2019年5月的PCIe 5.0來看，如果僅按照當(dāng)前在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用數(shù)量來衡量，它是不成熟的，而完全成熟預(yù)計(jì)會(huì)在今年晚些時(shí)候到來。不過，從PCIe 5.0過渡到6.0的時(shí)間可能比之前幾代標(biāo)準(zhǔn)的迭代時(shí)間更短，尤其是在企業(yè)和數(shù)據(jù)中心流量持續(xù)爆炸式增長的情況下。

他強(qiáng)調(diào)，PCIe 4.0/5.0/6.0之間并非一定存在代際競爭，市場上對PCIe 3.0現(xiàn)在仍有較高的需求。對于采用PCIe作為主要接口的解決方案來說，廠商只需要在性能和成本之間做出權(quán)衡。

作為推動(dòng)PCIe 6.0生態(tài)所必需的一項(xiàng)早期組成部分，Rambus PCIe 6.0數(shù)字控制器目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，AI加速器供應(yīng)商、I/O和內(nèi)存供應(yīng)商等，都可以用它來構(gòu)建芯片形式的解決方案，并幫助他們的產(chǎn)品在2025年左右進(jìn)入市場。

Matt Jones表示，他非常興奮能夠面向中國市場正式發(fā)布Rambus的PCIe 6.0控制器。以超過400個(gè)PCIe控制器的成功生產(chǎn)流片為基礎(chǔ)，也再次擴(kuò)大了Rambus在PCIe IP授權(quán)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。希望基于這一產(chǎn)品的發(fā)布，隨著早期采用其PCIe 6.0控制器的客戶推出行業(yè)領(lǐng)先的解決方案，能夠應(yīng)對數(shù)據(jù)流量的增長趨勢，并不斷促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。