從正式發布至今，PCI Express?（PCIe?）發展迅速，在現代數字世界中無處不在，已經成為高性能計算、人工智能/機器學習（ML）加速器、網絡適配器和固態存儲等應用不可或缺的一項技術。不僅如此，PCIe技術近期在速度和延遲方面取得的突破讓其在存儲器架構中也獲得了廣泛應用（例如通過PCIe/CXL插槽連接的持久內存和DRAM）。

人工智能/機器學習（ML）應用的變革以及企業工作負載加速遷移至云端的趨勢，持續推動數據流量前所未有的增長。為了應對未來對數據帶寬的需求，PCI-SIG于2019年發布了PCIe 6.0，將數據傳輸速率翻倍至64GT/s。最終版PCIe 6.0標準已于2022年1月正式發布。

IO帶寬增長預測和PCIe標準的演化（圖片：Cadence）

PCIe 6.0的主要挑戰

將I/O帶寬從PCIe 5.0的32GT/s翻倍至64GT/s給信號完整性（SI）帶來了巨大挑戰。PCIe向后兼容的需求必須持續支持PCB、連接頭和擴展卡等傳統通道。數據速率為32GT/s且采用不歸零制（NRZ）編碼時，傳統通道的插入損耗總和在奈奎斯特頻率（16GHz）下可達到36dB以上；當速率提升至64GT/s NRZ時，奈奎斯特頻率翻倍至32GHz，通道的頻率相關損耗將增加到70dB以上。如此的全通道信號損失將令噪音完全無法識別，傳輸的數據將無法被有效還原。

PAM4加持PCIe

將信號調制模式從非歸零編碼（NRZ）改至四電平脈沖幅度調制（PAM4）是PCIe 6.0克服通道信號損失挑戰的方法。PAM4是一種多電平信號傳輸技術，每個單位時間（UI）傳輸2比特，而NRZ每個單位時間僅傳輸1比特（見圖2）。采用PAM4信號調制技術的PCIe 6.0每個UI可以傳輸2比特數據，數據速率在奈奎斯特頻率不變的情況下增加一倍，成為PCIe 6.0的一大優勢。通道損失也因此與PCIe 5.0一樣可控。

PAM4信號調制（圖片：Cadence）

然而，升級至采用PAM4信號調制的PCIe版本還需要解決一系列挑戰，并應對因此導致的復雜性上升。幸運的是，Cadence對PAM4并不陌生。早在2017年，Cadence就通過對Nusemi公司的收購開始研發112Gb/s的PAM4技術。今天，Cadence已經是多個先進FinFET節點下112G/56G PAM4 SerDes IP的領先供應商，客戶使用我們的IP已經開發出多項成功的芯片設計。

協議更新，為效率而生

PIPE到控制器的接口也升級到了6.0版本，延遲進一步降低。

PCIe 6.0標準引入了流控制單元的概念（FLIT），與PAM4所需的前向糾錯（FEC）高效協同，為采用最常見配置的主流負載提供更低的延遲。

PCIe前代版本通過動態鏈路帶寬和低功耗狀態實現節能。但在此過程中，動態鏈路帶寬會干擾數據流的傳輸。PCIe 6.0采用全新的低功耗狀態L0p，可在不干擾數據流的前提下允許功耗相對帶寬的按比例調整。

Cadence針對PCIe 6.0的完整IP解決方案

Cadence的PCIe PHY和控制器解決方案（圖片：Cadence）

Cadence致力于引領行業采用最新的PCIe 6.0標準，用PCIe 6.0 IP解決方案應對前沿領域快速變革的技術需求。過去20年，Cadence一直是PCIe PHY和控制器的領先供應商。采用Cadence領先的PAM4技術以及經過驗證的112G/56G PAM4以太網PHY IP，結合在PCIe領域深厚的經驗，Cadence致力于為市場提供最先進的PCIe 6.0 PHY和控制器IP。