MARINA最新番号 PCIe，新翻新
发布日期：2024-08-26 21:58 点击次数：163
在高速数据传输和打算需求日益增长的今天，PCIe 正在资格一场前所未有的光互联翻新。2024年，光互连时期发展势头迅猛MARINA最新番号，多家厂商纷繁推出与PCIe关系的处分决策，加快了光互连在数据中心中的应用。光互连时期也越来越有望马上从实验室走向数据中心，成为数据传输鸿沟的中坚力量。
铜缆PCIe发展贫苦，光互连来竭力
PCI-Express（PCIe）自2000年降生以来，凭借其高带宽、低蔓延等上风，一直是打算机系统中不行或缺的互连表率。尽管PCIe卡的外形尺寸在当年二十年基本保捏不变（很猛流程上是为了确保向后和上前兼容性），但其信号传输速率却终主见飞跃式发展。从最初的PCIe 1.0到如今的PCIe 6.0和行将发布的PCIe 7.0，单个通谈的传输速率依然提高了32倍，而PCI-SIG将在2025年通过PCIe 7.0将这一速率再次提高一倍，达到512GB/s。
PCIe数据速率的演变（起原 PCI-SIG）
PCIe 7.0的创新还包括四级脉冲幅度调制 (PAM4)、轻量级前向纠错 (FEC)、轮回冗余校验 (CRC) 和流量终结单位 (Flits)。PCIe 7.0 时期旨在成为东谈主工智能/机器学习、数据中心、HPC、汽车、物联网和军事/航空航天等数据密集型市集的可扩张互连处分决策。
就当下以及改日的发展来看，大言语模子的快速迭代离不开海量GPU集群的苍劲扶助。这个海量依然到了万卡集群级别，成为AI标配，万卡集群之间的互连频频是基于GPU上原生的PCIe接口。要达到PCIe 7.0及更高速率的数据传输，真实无法通过PCIe表率的铜缆终了机架间数十米的传输，传统的电气 PCIe 接口在传输数据时受限于电缆和板上的电气特质，带宽和距离受限，传输距离频频约为一米，使用重定时器（retimer）（对于重定时器不错参看《一颗芯片的新干戈》一文）或光学传输将成为惟一的内容处分决策。
内容上，到PCIe 5.0 和 6.0表率时，铜缆就依然启动贫苦了。这亦然为什么PCI-SIG（PCIe表率的制定组织）在2024年5月1日通告了新的CopprLink里面和外部电缆表率。CopprLink电缆表率具有换取的外形尺寸，不错提供32.0和 64.0 GT/s 的信号传输，并期骗由SNIA篡改的完善的行业表率邻接器外形尺寸。然而CopprLink的传输距离仍然很有限，单个系统内仅为1米，机架到机架邻接的最大可达 2米。
再加上洽商到重定时器的使用既复杂、崇高又耗电，而且有其局限性，因为每个链路只可使用两个重定时器。接下来，光互连将成为PCIe架构连接演进的遑急一部分。
这点不错从PCI-SIG的动作看出，2023年8月，PCI-SIG成立了一个光学职责组探索光学邻接，经营经受多种光学时期来扶助 PCIe，包括可插拔光收发器、板载光学器件、共封装光学器件和光学 I/O，表率化光纤上PCIe的职责和行为花样。光纤通讯具有更长距离和更高数据速率的后劲，而且与日益耗电的铜线传输比较，不错权贵攻讦功耗。
PCI-SIG布线职责分为三个不同的职责组：电气职责组 (EWG)、布线职责组 (CWG) 和光学职责组 (OWG)（图源：PCI-SIG）
总的来说，PCI-SIG正在采选两条腿步碾儿的政策：一方面在为 128.0 GT/s 的 PCIe 7.0 架构开发 CopprLink 电缆；另一方面，在积极鞭策PCIe光纤互连的职责，PCIe光互连对于将基于PCIe的GPU集群扩张到多个机架和行、提高AI模子性能和提高GPU期骗率至关遑急。PCI-SIG但愿CopprLink电缆和光学互连大概相互补充。
厂商奋进，PCIe光互连经年累月
在终了光互连的路上，依然有越来越多不同产业链的厂商参与进来，这为光互联的发展起到了很大的鞭策作用。
1
邻接时期公司
在2024年的光纤通讯会议 (OFC) 大会上，Alphawave与多家光学供应商合营开展了一项非重定时光学有磋议，使用Alphawave PipeCORE PCIe 6.0子系统 IP（适用于PCIe和CXL）在评估板上运行，以驱动使用PCIe 6.0数据的光学系统，并永久终了小于 1×10 -9的 BER ，这至少是性能裕度的3个数目级。Alphawave是一家提供用于数据中心、通讯和东谈主工智能应用的高速邻接时期，专注于开发和制造高速接口芯片和处分决策，如 PCIe、CXL 和 Ethernet邻接器。
Alphawave评估板将64Gbps驱动至Nubis光学引擎（图源：Alphawave）
6 月 11 日，专用邻接处分决策厂商Astera Labs初度展示了数据中心 GPU 集群的端到端 PCIe 光纤传输时期。在演示中，他们拼装了两种常见建设以扩张掩盖范围：重新节点到 GPU 集群，以及重新节点到辛苦散布的内存系统。系统通过单模光纤终主见全速率 PCIe传输，总带宽达到128GB/s，掩盖范围为 20 米。不外把柄内容应用需求，该掩盖范围不错简约扩张至 50 米或更长。
数据中心GPU集群端到端PCIe光纤传输的演示（图源：Astera Labs）
2
IP厂商：新想科技 & Cadence
从最浅易的构建块（如 GPIO）到起初进的高速接口，IP子系统是芯片制造生态系统的命根子。当今，新想科技和Cadence这两家业界启航点的EDA公司正积极插足到PCIe 7.0光纤接口的研发中，奋发为高速互联提供更具创新性的处分决策。
新想科技和OpenLight在OFC 2024期间展示了寰球上首个经受线性驱动才智的PCIe 7.0光纤数据速率演示。该演示展示了端到端链路 BER 性能比 FEC 阈值特等几个数目级，讲明了以128Gbps PAM4运行的PCIe 7.0光纤的可行性。值得一提的是，新想科技推出了首个PCIe 7.0 IP，通过正在进行的互操作性演示和 PCIe 7.0 数据速率和基于光纤的 PCIe 6.x 的出色现场终结，有助于攻讦集成和风险，并使一次通过硅片成功成为可能。
PCIe 7.x/6.x光纤演示（图源：新想科技）
Cadence在2024 年 PCI-SIG 开发者大会（PCI-SIG DevCon 2024）演出示了人人首个 PCIe 7.0 光纤邻接决策。Cadence成功使用线性可插拔光学元件（LPO）演示了传输速率达128GT/s的光纤PCIe 7.0信号收发，无需DSP/Retimer。
（图片起原：Cadence）
3
芯片厂商：Intel
英特尔是光互连的多年有磋议者，在2024 OFC上，英特尔推出了其首款与打算处理器共同封装的光输入/输出 (I/O) 芯片组，该芯片组扶助 64 个 PCIe 5.0 通谈，每个通谈双向传输速率为 32 GT/s，估量4Tbps，使用光纤传输距离可达100米。而且其功耗很低，据英特尔称，该芯片组使用密集波分复用 (DWDM) 波长，每比特仅耗尽5皮焦耳，比每比特耗尽约 15 皮焦耳的可插拔光收发器模块节能得多。
（图片起原：英特尔）
PCIe演进，CXL光互连的松弛
天然PCIe是一个出色的互连时期，然而比年来，跟着AI和机器学习的迅猛发展，对打算、内存和互连齐提倡了新的条目，一种基于PCIe的全新的高速互连表率——CXL，正在成为AI时期的“运力”引擎。
CXL（Compute Express Link）是由英特尔于2019年发起的一项怒放性行业表率，可增强处理器、内存扩张和加快器之间的通讯。CXL栽种在PCIe框架之上，从时期上看，CXL是通过PCIe物理层传输信号，但在条约层面上引入了新的特质和篡改，以权贵擢升系统中处理器、加快器和内存拓荒之间的数据交换后果和一致性，使得资源分享具有更低的蔓延，减少了软件堆栈的复杂性，并攻讦了全体系统老本，为高性能打算和大鸿沟数据处理提供了更为康健的扶助。
Rambus近期成功演示了CXL与光纤的无缝对接。Rambus期骗Samtec Firefly光缆时期，将CXL端点拓荒与Viavi Xgig 6P4测验器邻接，成功构建了一个辛苦“CXL内存扩张”模块。具体而言，Rambus的被测拓荒（DUT）搭载了CXL 2.0终结器，以四通谈16 GT/s的速率运行。Viavi Xgig 6P4则模拟根复合拓荒，通过扶助16 GT/s速率的Samtec Firefly PCUO G4光缆与DUT邻接。测试终结标明，DUT在四倍速率下踏实运行，达到了预期性能。更遑急的是，在拓荒发现阶段和CXL 2.0合规性测试中，DUT施展出色，成功通过了悉数表率测试。
Rambus 展示期骗 CXL Over Optics 终了的先进数据中心功能(图源：Rambus)
国内方面，2024年8月2日，曦智科技与紫光股份旗下新华三集团合营，成功将曦智科技片间光相聚时期(Optical inter-chip Networking, oNET)应用于新华三集团CXL-O光互连处分决策，终了就业器看成主机读写挂载于CXL 2.0交换机后的内存资源，并成功完成了关系带宽、延时和压力等测试内容。曦智科技自成立以来，专注于光电混划算力新范式，oNET是曦智科技原创中枢时期之一。
看成近几年才降生的互联时期——CXL，发展马上，据Yole Intelligence称，CXL市集预测从 2022年的170万好意思元增长到2026年的21亿好意思元，其中 70%（即 15 亿好意思元）将由 CXL 内存处分决策组成。
值得一提的是，8月初，Kioxia（铠侠）推出了具有光学接口的宽带SSD，通过用光学接口取代电线接口，该 SSD 时期权贵加多了打算和存储拓荒之间的物理距离，减少了接线，同期保捏了动力后果和高信号质地。当今，Kioxia依然大概将存储驱动器搁置在距离CPU最远40米的距离，但经营在改日将这一距离加多到100米。
起原：anandtech
写在终末
长久来看，PCIe 架构在中耐久内在多样高增长垂直鸿沟依然展现出康健的增长后劲。把柄 ABI Research 的《PCI Express市集垂直契机》陈述，汽车和相聚角落鸿沟为 PCIe 时期提供了最高的增长契机，预测期内的总潜在市集 (TAM) 和复合年增长率 (CAGR) 诀别达到 53% 和 38%。
汽车行业大概从 PCIe 时期的庸俗应用中得回庞杂价值，因为它不错整合电气/电子 (E/E) 系统，并匡助处分自动驾驶汽车在安全性和后果方面的挑战。而在数据中心等高性能应用鸿沟，对新 PCIe 时期的需求将保捏耐久的捏续增长。PCIe 时期的前向和后向兼容性为决策者提供了生动性，裁汰了价值终了时期并攻讦了部署风险，这也促使 AI 行业的经受率不休擢升。除了性能以外，PCIe 时期的要津驱登程分还包括能效、安全性和“价值终了时期”。
而PCIe的改日演进门道中，光学势必是一块遑急的拼图。光学PCIe的发展契合了现时大数据、东谈主工智能等鸿沟对高性能打算的需求。在高速数据传输的需求驱动下，光学时期不仅在表面上展现出庞杂后劲，更在本质中不休松弛极限。跟着更多厂商的加入和时期的不休演进MARINA最新番号，改日的数据互联将会迎来愈加高效和高速的新时期。