(本文翻译转载自Cadence Blog，作者Tony Chen）

从正式发布至今，PCI Express® (PCIe®) 发展迅速，在现代数字世界中无处不在，已经成为高性能计算、人工智能/机器学习（ML）加速器、网络适配器和固态存储等应用不可或缺的一项技术。不仅如此，PCIe 技术近期在速度和延迟方面取得的突破让其在存储器架构中也获得了广泛应用（例如通过 PCIe/CXL 插槽连接的 NAND 和 DRAM）。

人工智能/机器学习（ML）应用的变革以及企业工作负载加速迁移至云端的趋势，持续推动数据流量前所未有的增长。为了应对未来对数据带宽的需求，PCI-SIG 于2019 年发布了 PCIe 6.0，将数据传输速率翻倍至 64GT/s。最终版 PCIe 6.0 标准已于 2022年1月正式发布。

图1：IO 带宽增长预测和 PCIe 标准的演化

PCIe 6.0 的主要挑战

将 I/O 带宽从 PCIe 5.0 的 32GT/s 翻倍至 64GT/s 给信号完整性（SI）带来了巨大挑战。PCIe 向后兼容的需求必须持续支持 PCB、连接头和扩展卡等传统通道。数据速率为 32GT/s 且采用不归零制（NRZ）编码时，传统通道的插入损耗总和在奈奎斯特频率（16GHz）下可达到36dB以上；当速率提升至64GT/s NRZ 时，奈奎斯特频率翻倍至 32GHz，通道的频率相关损耗将增加到 70dB 以上。如此的全通道信号损失将令噪音完全无法识别，传输的数据将无法被有效还原。

PAM4 加持 PCIe

将信号调制模式从非归零编码（NRZ）改至四电平脉冲幅度调制（PAM4）是 PCIe 6.0 克服通道信号损失挑战的方法。

PAM4 是一种多电平信号传输技术，每个单位时间（UI）传输2比特，而 NRZ 每个单位时间仅传输1比特（见图2）。采用 PAM4 信号调制技术的PCIe 6.0 每个 UI 可以传输2比特数据，数据速率在奈奎斯特频率不变的情况下增加一倍，成为 PCIe 6.0 的一大优势。通道损失也因此与 PCIe 5.0 一样可控。

图2：PAM4 信号调制

然而，升级至采用 PAM4 信号调制的 PCIe 版本还需要解决一系列挑战，并应对因此导致的复杂性上升。幸运的是，Cadence 对 PAM4 并不陌生。早在 2017 年，Cadence 就通过对 Nusemi 公司的收购开始研发112Gb/s 的 PAM4 技术。

今天，Cadence 已经是多个先进 FinFET 节点下 112G/56G PAM4 SerDes IP 的领先供应商，客户使用我们的 IP 已经开发出多项成功的芯片设计。

协议更新，为效率而生

PIPE 到控制器的接口也升级到了 6.0 版本，延迟进一步降低。

PCIe 6.0 标准引入了流控制单元的概念（FLIT），与 PAM4 所需的前向纠错（FEC）高效协同，为采用最常见配置的主流负载提供更低的延迟。

PCIe 前代版本通过动态链路带宽和低功耗状态实现节能。但在此过程中，动态链路带宽会干扰数据流的传输。PCIe 6.0 采用全新的低功耗状态 L0p，可在不干扰数据流的前提下允许功耗相对带宽的按比例调整。

Cadence 针对 PCIe 6.0 的完整 IP 解决方案

图3：Cadence 的 PCIe PHY 和控制器解决方案

Cadence 致力于引领行业采用最新的 PCIe 6.0 标准，用 PCIe 6.0 IP 解决方案应对前沿领域快速变革的技术需求。

过去 20年，Cadence 一直是 PCIe PHY 和控制器的领先供应商。采用 Cadence 领先的 PAM4 技术以及经过验证的112G/56G PAM4 以太网 PHY IP，结合在 PCIe 领域深厚的经验，Cadence 致力于为市场提供最先进的 PCIe 6.0 PHY 和控制器 IP。

（文章来源公众号： Cadence楷登）