1.NVMe市場前景

自2017年起，PCIe技術的演進進入了快車道，以應對NVMe SSD、面向異構計算的硬件加速器及高帶寬網卡等終端設備對傳輸帶寬和吞吐率迅猛增長的需求。

在數據中心存儲應用領域，NVMe SSD依托PCIe接口，優化了數據傳輸路徑并簡化了軟件協議棧，大幅度降低讀寫延遲并顯著提升了數據傳輸帶寬。憑借優異的性能，NVMe SSD正在快速替代SATA和SAS SSD。預計到2025年，企業級NVMe SSD市占率將超過80%（圖1），并形成U.2、EDSFF和M.2等多種形態共存的格局。

圖1：NVMe SSD市場展望 (來源: MKW和PCI-SIG)

2. 多盤位NVMe SSD拓撲結構，滿足系統容量和讀寫帶寬需求

服務器的OEM和ODM在系統設計中，往往需要根據終端用戶對帶寬、容量和I/O可用性的需求，提供靈活的系統配置能力。

如果NVMe的系統容量和讀寫帶寬是主要考量因素，系統拓撲結構通常都會包含PCIe擴展卡，以實現多盤位NVMe SSD配置。因為直連的NVMe SSD（1個或2個連接器拓撲）數量會受到各種因素的制約，包括CPU PCIe接口的物理位置，系統架構以及鏈路裕量等。

下圖是某商用服務器實現多盤位Gen3 NVMe SSD配置的系統架構圖，系統使用了3個PCIe擴展卡，每個擴展卡可以支持4個NVMe Gen3 SSD, 全系統能支持最多12個NVMe Gen3 SSD。

圖2: 多盤位Gen3 NVMeSSD配置

3. 多盤位Gen4 NVMe SSD系統設計及Retimer方案優勢

業界預期，多盤位Gen4 NVMe SSD的配置會繼續沿用PCIe擴展卡方案（圖3）。該系統鏈路構成復雜，包括了CPU、主板PCB、PCIe擴展卡PCB、線纜和SSD等，總插入損耗會顯著超出PCI-SIG規定的28dB，加上鏈路中多個連接器和過孔等帶來的反射和串擾等影響，從而進一步壓縮鏈路預算空間，給系統的信號完整性設計來帶來嚴峻的挑戰，高性能的可靠鏈路擴展解決方案已成為迫切的需求。可能的解決方案包括升級主板PCB板材，使用Redriver和Retimer等。

圖3: 使用PCIe擴展卡的NVMe SSD系統鏈路

升級主板PCB板材可以滿足某些應用場景的需求，但成本高昂。與Redriver相比較，PCIe Retimer 憑借其高性能、標準化和生態系統支持、全面的合規性測試和開放系統互連等優勢，正在成為主流的鏈路擴展解決方案。

表1：Retimer 和Redriver 對比

4. 瀾起科技PCIe Gen4 Retimer + 三星PM1733解決方案

4.1 案例分析

瀾起科技和三星公司聯合推出了基于瀾起科技PCIe Gen4 Retimer和三星公司Gen4 NVMe SSD（PM1733）的方案（圖4），應對PCIe Gen4 NVMe SSD系統設計中遇到的信號完整性設計挑戰。

通過使用搭載瀾起科技Gen4 Retimer的PCIe擴展卡，確保了RC-Retimer和Retimer-SSD間的鏈路預算符合規范要求，并進一步消除了串擾和反射等不良因素的影響，確保系統工作穩定可靠。

圖4：瀾起-三星 多盤位Gen4 NVMeSSD解決方案及鏈路預算

4.2 鏈路穩定性和讀寫性能測試

瀾起科技和三星公司聯合在主流Gen4服務器平臺對該方案進行了長時間的綜合鏈路測試（包括反復建鏈、熱復位、切速等），測試結果令人滿意（表3）。雙方進一步的基于FIO的系統讀寫性能測試表明，使用Retimer后三星PM1733讀寫性能與基準性能均保持了很好的一致性，符合規格需求（表4）。

表3: 綜合鏈路穩定性測試

表4: 系統讀寫性能測試

5. 總結

瀾起科技與三星推出的基于瀾起科技PCIe Gen4 Retimer（M88RT40816和M88RT41632）和三星Gen4 NVMe SSD（PM1733）的解決方案，充分保障了系統信號完整性。通過在主流Gen4 平臺上的驗證測試表明，系統鏈路穩定，讀寫性能符合預期。

該方案是多盤位PCIe Gen4 NVMe SSD部署中，兼顧服務器OEM、ODM和終端用戶對系統容量、讀寫帶寬和靈活拓撲需求的理想選擇。面向未來的PCIe Gen5應用，該方案將持續演進，預期將獲得更加廣泛的采用。
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