在数字经济时代的今天，数据已经成为企业的核心资产，推动着业务创新与持续发展。随着云计算、5G、物联网等新兴技术的飞速发展，企业获取数据的方式越来越简单，数据量呈现出爆炸式增长的态势，在给企业带来更多利好的同时，也对数据中心的计算能力提出了新的挑战。每一次技术升级都带来带宽的成倍提升，从PCIe1.0到PCIe 6.0带来的最大变化带宽，到了PCIe 6.0带宽已达到 64GT/s（PCIe x8对应带宽为63.02GB/s），当芯片之间的连接，如CPU与内存，CPU与SSD之间，采用PCIe 6.0的时候，高带宽的价值和意义将是显而易见。在近期Rambus组织的一次PCIe 6.0 线上媒体沟通会上，Rambus战略营销副总裁Matt Jones表示，随着数据总量继续大幅爆炸式增长，数据中心正在采用新的计算模式，如分解式计算或者可组合式计算，这也要求同时保证数据传输速率的提升和数据传输的安全性。基于此，Rambus推出面向下一代数据中心的PCIe 6.0控制器，以此来满足海量数据时代的数据传输速率与安全要求。
PCIe 6.0控制器正式发布，面向下一代数据中心
21世纪初，PCIe标准正式创立。时至今日，它已经成为数据中心和计算应用中芯片间数据传输的行业标准。随着PCIe标准的快速发展，今年1月份，PCIe 6.0的相关规范正式出台，标志着PCIe 6.0时代正式来临，数据传输速率也比最开始有了飞跃式的提升。众所周知， GT/s是PCIe的衡量单位，在PCIe 1.0和2.0时代，理论数据传输率大概是2.5和5GT/s，但考虑到具体采用的编码技术和信号传导模式，实际的数据传输速率大概是2和4GT/s。而PCIe的传输速率达到了64GT/s的PCIe 6.0，较上一代实现了速率翻倍的目标。如下图所示，带宽需求增加最明显的应用是数据中心的数据交换，在8年内达到了16.3倍。数据中心机架单元 (RU) 的连接主要为铜线，其他位置则使用光学器件。在RU中，交换机的速度将从12.8T增加到 25.6T、51.2T 和 102.4T。在可插拔和共封装的光学器件中也观察到相同的速度变化，速度从400G到800G增长到1.6T ，甚至更高。以前，12.8T 交换机需要实例化32个8路50G SerDes。而下一代交换机，必将会采用112G 和即将出现的224G SerDes，因为更加高速的 SerDes 拥有更小的面积、更低的成本、更低的功耗、以及更短的上市时间等优势。
▲ 带宽增长值
Rambus新的PCIe 6.0控制器技术，为了实现高达64GT/s的数据传输速率，性能翻倍（较之PCIe 5.0），很重要的是信号调制技术的突破，由NRZ（PAM2）升级为PAM4（)，由原来的2个电压等级提升到4个,其传输的数位也由1提升到了2,从而实现了性能的翻番。通过PAM4，每个时钟周期的数据传输可以达到2bit，而并不仅仅是单bit的数据传输。PAM4采用四个不同的电平等级，在每个时钟周期表达2个数位，从00、01、10再到11，这就意味着在同样的电压波动范围之内和同样的时钟周期内，由于PAM4的电压等级比PAM2高了两个，即眼图中黑色的区域“眼睛“部分更多、更小了。这种变化带来了另外两个重要的影响，即更低的电压裕度和更高的误码率，使得在设备中保证信号完整性成为了一个非常关键的难题。“考虑到PAM4是确保PCIe 6.0达到64GT/s数据传输速率的一个关键，我们需要在保持数据传输速率的前提下解决PAM4本身的问题。为此，PCIe 6.0采用了前向纠错技术(FEC)。”（ NRZ和PAM4编码对比, 和MLC/TLC/QLC SSD的概念有异曲同工之妙；单位空间内传输数据增加(容量增加), 信号强度变弱(理论PE减少), 首次加入了FEC前向纠错(主控需要更强的ECC纠错)最终目标是使PCIe 6.0在数据量翻倍的情况下达到和PCIe 5.0一样的Trace Length, 以便厂商能更容易做出兼容前五代的产品）
据介绍，数据传输速率的上升以及PAM4这项技术本身带来了另一个问题，即设备的能耗可能会上升，每一比特数据传输造成的单位数据能耗也会增加。为了减少整体系统的能耗，PCIe 6.0采用了颠覆式的L0p模式，其本质是通过动态的信道分配，允许将每个通道进行封闭或者打开来实现系统性的节能。
Matt Jones表示，Rambus发布的 PCIe 6.0控制器是在以上技术的基础上研发的，数据传输速率高达64GT/s，更重要的一点是该控制器还集成了完整性和数据加密(IDE)引擎，可以实现数据在不同PCIe设备的PCIe通路之间的安全传输。“目前来看，PCIe 6.0将适用于SSD市场， PCIe协议与NVMe协议共享其电气规范。随着时间的推移，目前主要应用的PCIe 4.0存储解决方案将升级到PCIe 5.0，最终迁移到PCIe 6.0，以支持存储应用对更高数据传输速率的需求。” Matt Jones如是说。
Rambus PCIe 6.0控制器框图
聚焦内存与数据传输技术，助力数据高效安全传输
虽然PCIe 6.0规范的发布，让人看到其未来的应用场景非常广泛，但是目前市场的主流商用还是停留在PCIe 4.0和PCIe 5.0，不过Matt Jones预计，最迟2025年，PCIe 6.0就会成为现实。我们看到了当今数据的爆炸性的增长带来的技术和需求。一方面，随着数据量越来越大，人工智能、机器学习的使用率日益提升，带来内存和I/O接口、带宽、性能需求。另一方面，随着数据加速向云迁移，联网设备日益增加，边缘计算持续增长，带来了对数据安全重视度的提升。另外，智能汽车的自动驾驶、辅助驾驶对数据处理的带宽和时延、数据的安全性，视不同等级有着不同的要求。因此，未来Rambus将继续以成长型市场为目标，致力于让数据更快、更安全。
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