PCIe Gen 4協(xié)議分析儀的竟然那么強大！

PCIe協(xié)議分析儀作為PCIe總線分析的基本工具，不僅僅用于主機，網絡，存儲系統(tǒng)等各種IT和通訊設備針對PCIe插卡的問題分析，同時也是PCIe/NVMe SSD分析的必備工具。

作為PCIe協(xié)議分析革命性創(chuàng)新的領導者，SerialTek公司的PCIe Gen 4和Gen 5協(xié)議分析儀不僅顛覆了傳統(tǒng)的PCIe協(xié)議分析儀架構設計，大大提高了協(xié)議分析儀的性能以及用戶的測試效率，改變了用戶使用PCIe協(xié)議分析儀的習慣，同時，它也提供了超高的靈活性和業(yè)內最高的性價比，讓更多的公司買得起PCIe Gen 4 和Gen 5協(xié)議分析儀。下面我們簡要介紹一下這些創(chuàng)新功能。

SerialTek PCIe Gen 4協(xié)議分析儀創(chuàng)新功能

“秒”級解碼

在開發(fā)/測試的不同階段使用分析儀的時候可能存在不同的應用場景。例如，非常早期的階段可能在使用分析儀的時候需要設置觸發(fā)條件抓取少量的數據分析即可，但是在產品的后期測試階段，AE支持，客戶方案支持，或者產品發(fā)布以后的技術支持階段，很多不容易復現(xiàn)的問題往往需要抓取大量數據，例如，NVMe SSD運行很長時間以后出現(xiàn)讀/寫不匹配(Read/Write Miscompare)，這種情況下往往采用大壓力并發(fā)讀/寫， Write和Read同一個Sector的時間會間隔幾秒有時甚至更長，這個時候需要抓取所有讀/寫數據然后進行對比分析。SeriaTek支持最大配置144G Buffer，但是這么大的Buffer抓到以后解碼就成為影響測試效率多個一個嚴重問題。SerialTek的創(chuàng)新設計使得抓取144G Buffer以后可以在1秒鐘之內全部解碼所有的PCIe層（DLLP, TLP）以及NVMe層命令。如果工程師簡單分析解碼后如果發(fā)現(xiàn)不是所需要的Trace可以立即重新開始抓取。

對比：傳統(tǒng)分析儀抓取數據以后必須經過兩個步驟解碼：1）將Trace從分析儀Buffer讀取到電腦；2）通過電腦的CPU/內存進行解碼。不考慮電腦是否在傳輸和解碼過程中是否會死機，那么傳統(tǒng)分析儀讀取144G buffer大概需要10 – 12小時；解碼大概需要另外10 – 12 小時。即，傳統(tǒng)分析儀需要20 – 24小時以后工程師才能看到第一行解碼。有興趣的朋友可以親自測試一下。

“極速”存儲

抓到144G buffer分析解碼以后如果覺得需要保存下來供其他部門或者同事協(xié)同分析，那么需要多少時間呢？SerialTek提供多種方式保存Trace文件：

保存到分析儀內置的閃存盤

SerialTek PCIe Gen 4協(xié)議分析儀內置最大2TB Gen 3 x4 NVMe SSD（Samsung EVO970），寫入速度大概在350MB/S，保存144G大概需要6.5分鐘。這是目前使用SerialTek最推薦的方式。

保存到用戶電腦（通過網絡傳輸）

SerialTek提供1個千兆，外加2個萬兆10GE端口用于管理和導出數據，工程師通過千兆端口導出Trace的速度大概在90MB/s (千兆理論速度是1.25Gbps)；單端口10GE提供1GB/s速度，雙端口10GE提供2GB/s速度。如果需要使用10GE，建議使用臺式機或者服務器配置Intel 雙10GE端口網卡。

保存到外置PCIe閃存盤或者陣列

SerialTek支持2個Oculink，可以通過Oculink to U.2線纜接入NVMe SSD或者直接接入Oculink的盤柜。

保存到USB 3.0移動硬盤

SerialTek支持2個USB 3.0端口，可以直接將U盤插入，然后直接將trace文件保存到U盤。

對比：SerialTek分析儀采用高性能服務器設計，內置標準Linux系統(tǒng)，大大提高了Trace文件保存的速度和保存方式的多樣性。傳統(tǒng)的PCIe分析儀架構可以認為類似一臺終端“打印機”，本身僅提供抓包功能，不提供處理和分析，所有操作全部依靠工程師的電腦。所以，電腦性能配置強一些可能體驗稍好一些。但是，傳統(tǒng)分析儀內部非?！叭蹼u”的CPU及其精簡的Linux系統(tǒng)嚴重束縛了USB或者千兆以太網導出數據的速度，平均導出速度在5MB/s。

信號“高保真”設計

SerialTek的所有AIC, U.2/U.3, M.2的Interposer分析板卡采用其專利技術的SIFI信號高保真（Signal Fidelity）設計，Interposer除了兩端接插件部分有大概合計約2 %左右的信號衰減外，板內幾乎沒有信號衰減，主要原因在于其設計采用了高成本的“宇航級”分路器件將PCIe Upstream和Downstream雙向數據導出到協(xié)議分析儀主機，進/出Interposer的信號眼圖幾乎一樣。

對比：傳統(tǒng)分析儀在處理Gen 4的信號的時候為了減少Interposer帶來的衰減，全部采用對于信號進行增強的方式進行處理，導致Interposer入口的信號和出口的信號的眼圖差距較大。這就是導致很多看到很奇怪的現(xiàn)象：1）接入分析儀Interposer以后“原來的問題不見了”；或者2）接入分析儀Interposer以后“出現(xiàn)了新問題”。

無需抓取“上電過程”

SerialTek分析儀設計采用其專利技術，無需抓取PCIe上電初始化過程即可實現(xiàn)正確解碼。這一點非常重要，因為很多問題的復現(xiàn)需要反復重啟電腦或者插拔NVMe SSD，SerialTek PCIe 分析儀只要處于加電狀態(tài)，不論工程師打開/連接協(xié)議分析軟件與否，分析儀內部都會時刻監(jiān)控每次上電PCIe初始化過程中任何config space, controller register, 協(xié)商的速度和位寬（如：Gen 4 x4），以及admin和I/O隊列的創(chuàng)建和拆除時間等等，所以任何時候連接分析儀開始抓取數據（即便已經錯過了上電初始化過程），然后分析儀都會按照正確的信息進行解碼。

對比：傳統(tǒng)PCIe分析儀由于設計的缺陷，必須嚴格按照如下順序抓取數據：1）協(xié)議分析儀上電；打開軟件，鎖定協(xié)議分析；2）設置分析儀參數，開始抓取數據；3）待測主機上電。如果主機上電以后再連接分析儀抓取數據很可能會解碼錯誤。這樣設計的原因在于分析儀必須先“經歷”PCIe初始話過程學習到這些參數，作為后面解碼的依據。但是這在工程師需要反復重啟復現(xiàn)問題的時候成為嚴重缺陷，即，某一次重啟可能導致PCIe協(xié)商的某些參數變化，結果導致解碼全部錯誤。該問題在傳統(tǒng)分析儀上無法解決，反復重啟解碼錯誤的問題100%會出現(xiàn)。

“靈活”的多盤測試場景下的“過濾和觸發(fā)”

現(xiàn)在大部分的測試場景都是同時測試很多塊盤，例如：Gen 4 x16 host card外連4塊Gen 4 x4 NVMe SSD，或者Gen 4 x16 host card連接一個8盤位 Gen 4 x4 JBOF盤柜。如果將AIC Interposer串接在host card和主機PCIe slot之間，希望僅抓取某個NVMe SSD的流量（不記錄其它盤的流量），或者希望設置一個trigger condition僅針對某個特定的NVMe SSD進行觸發(fā)（而不是誤觸發(fā)其它SSD），SerialTek可以自動掃描到每個SSD的BDF信息，允許工程師根據下面的條件設置過濾或者觸發(fā)：

BDF – Bus, Device, Function，可以具體定位到某塊NVMe SSD

Control Registers

Queues

對比：傳統(tǒng)分析儀無此功能，無法有效利用buffer或者正確觸發(fā)某個具體的NVMe SSD的流量。

“完美”M.2低功耗支持

SerialTek的PCIe Gen 4協(xié)議分析儀在Asus Z390，以及Thinkpad, Dell, Huawei等筆記本電腦，以及Gen 4 M.2 （例如：目前在研的最新微軟Surface Book）的ASPM L1.2低功耗模式下工作非常良好，進出TS1/TS2，抓取數據，解碼非常完美。

對比：傳統(tǒng)分析儀由于Interposer以及內部芯片設計問題，可能在M.2 SSD進/出低功耗的過程中出現(xiàn)錯包，丟包等一些異常問題。

“四盤”分析合一

SerialTek PCIe分析儀提供的U.X Interposer實現(xiàn)了Single Port/Dual Port, U.2/U.3 SSD四種組合的NVMe SSD通過一個Interposer即可實現(xiàn)支持，大大方便了企業(yè)級客戶分析當前以及未來2.5’ NVMe SSD的需要，也降低了采用第三方外接卡轉換對于Gen 4 信號帶來的風險，同時也間接降低了產品的擁有成本。而且，SerialTek支持在一個軟件界面上同時顯示Dual Port兩個端口的解碼（支持在界面上顯示/隱藏某一個端口）。

對比：傳統(tǒng)分析儀無法作到下面兩點中的至少一點：1）無法通過一臺設備分析Dual Port，需要購買兩臺PCIe Gen 4 分析儀通過復雜的堆疊技術實現(xiàn)每臺分析儀抓取其中一個Port；2）不支持U.3，需要外配第三方U.2/U.3轉換卡。

Gen 5 Ready

SerialTek Gen 4 分析儀支持Gen 5，可以通過購買相應升級服務包直接升級到Gen 5。

對比：市場上有些Gen 4分析儀產品不支持升級到Gen 5。

“遠程分析”和“遠程協(xié)作”

SerialTek分析儀通過內部的CPU進行解碼分析，用戶可以認為客戶端協(xié)議分析軟件只是接收分析儀傳過來的畫面，類似于使用Teamviewer或者微軟的遠程桌面一樣。當前，美國受“疫情”影響下的員工遠程使用SerialTek PCIe Gen 4 分析儀已經成為常態(tài)，只要讓實驗室的同事搭建好測試環(huán)境，測試工程師在家通過Cisco VPN或者其它類似軟件登陸公司內網后，可以直接在家里電腦上連接，鎖定，配置分析儀，然后抓取數據，解碼分析的速度和在辦公室本地操作一樣，幾乎沒有任何影響。

另外，抓取到數據后，工程師可以邀請其它站點的同事直接連接到該分析儀打開buffer或者存儲在分析儀內部的Trace文件系統(tǒng)分析，該功能對于跨國公司分析PCIe問題非常便利，無需再在不同站點之間來回搬運Trace文件。

對比：傳統(tǒng)的PCIe協(xié)議分析儀必須在本地使用，因為它必須通過USB/ETH將Trace文件導出到本地電腦進行分析，效率非常低下。

“隨時斷網”

由于SerialTek采用高性能主機設計，里面使用標準Linux系統(tǒng)而不是精簡Linux，所以可以完整保持網絡連接的狀態(tài)。工程師在使用SerialTek Gen 4分析儀的時候再也不用擔心萬一網線碰掉導致抓取的數據無法讀取的問題了。工程師可以隨時斷開網線，然后接上網線。這對于很多負責客戶支持的工程師非常有幫助，在客戶現(xiàn)場設置好分析儀開始抓取數據以后，即可合上筆記本離開而不用擔心第二天過來無法連接分析儀。

對比：傳統(tǒng)的PCIe分析儀通過USB/ETH不能斷開連接，一旦斷開（例如筆記本休眠后重啟打開），那么即便分析儀已經抓到需要的數據了，該數據再也無法讀取。工程師必須重新啟動分析儀重新連接電腦進行抓取，這個抓取過程必須保證電腦和分析儀實時在線。

“超高”性價比

SerialTek提供的PCIe Gen 4分析儀在提供上述強大功能的基礎上，比傳統(tǒng)的PCIe Gen 4協(xié)議分析儀在價格上低出許多，成為大部分公司都可以“買得起”的PCIe Gen 4分析儀。

SerialTek PCIe Gen 4分析儀之所以提供上述這些創(chuàng)新功能和高性能，在于該分析儀在研發(fā)指出已經考慮到了Gen 4協(xié)議分析面臨的技術挑戰(zhàn)。

Gen 4協(xié)議分析面臨的技術挑戰(zhàn)

我們知道，Gen 4 NVMe SSD一般為Gen 4 x4，即16G x4 = 64G，如果雙向都打滿流量（RW: 50/50）測試暴露問題的話那么速度為64G * 2 = 128Gbps（約12GB/S）。由于協(xié)議分析儀抓包后要加上時間戳以及很多其它格式化信息（例如標識Packet是否有CRC Error），所以實際占用的buffer遠比我們鏈路上傳輸的數據要大，基本上讀/寫壓力同時加上的話，幾秒鐘幾十個GB字節(jié)。所以PCIe Gen 4 協(xié)議分析儀需要具備非?？斓腡race解碼分析和文件保存速度。

傳統(tǒng)上市場上見到的協(xié)議分析儀，包括現(xiàn)在的Gen 4和Gen 5分析儀的架構，都是一種嵌入式架構，可以簡單理解成和一臺“打印機”架構類似，分析儀硬件的主要目的是抓到數據，然后通過內部非常低速的嵌入式CPU（一般都是幾百Mhz）將數據搬運到電腦，然后通過電腦進行解碼分析。所以，用戶的體驗很不好。舉例：如果搬運4GB數據大概需要20~30分鐘，然后解碼還需要20~30分鐘。所以說，需要將近1個小時才能看到解碼。如果解決一些讀/寫不一致的問題，那么可能要抓取100GB數據，那么如果電腦可以處理不崩潰的話，基本上需要24小時以上才能看到第一行解碼。這樣對于復現(xiàn)問題，分析問題來講，效率非常低。

對于未來的PCIe Gen 5 x16而言，雙向打滿數據，大概為32Gbps * 16 lane *2 = 1TBbps（約100GB/s），所以，100GB的分析儀buffer還無法抓到1秒鐘數據。Gen 5 x16的分析儀buffer要遠大于100GB，所以處理這些大的數據的能力就成為考慮協(xié)議分析儀的一個非常重要的方面。

SerialTek Gen 4 協(xié)議分析儀的革命性設計

SerialTek的母公司為位于瑞士的Ellisys公司，但是PCIe Gen 4協(xié)議分析儀硬件（包括分析儀主機，以及所有的Interposer）的研發(fā)，設計以及測試在英國完成。

SerialTek PCIe/NVMe Gen 4 分析儀采用業(yè)內首創(chuàng)的全新架構設計，采用高端服務器架構，內置12核高性能CPU，區(qū)別于傳統(tǒng)的協(xié)議分析儀軟件的“胖客戶端”模式（該模式下，所有的分析等功能全部依賴工程師的電腦的性能），該Gen 4分析儀采用Client/Server架構，即“瘦客戶端”+高性能server的架構，客戶端協(xié)議分析軟件只是負責產品設置，管理以及顯示，所有的需要處理的內容都放在server端進行處理，這樣工程師的電腦將獲得很大的解放，也不會成為協(xié)議分析時的瓶頸。

SerialTek Gen 4分析儀提供千兆以太網管理端口，以及2 x 10GE管理端口，提供36/72/144G Trace Buffer用于抓取PCIe/NVMe流量，內置2TB本地閃存用于快速保存Trace 文件，同時也可以直接保存到連接在分析儀前面板的USB盤或者PCIe盤柜，是全球目前最快的Gen 4 分析儀。

Saniffer公司位于上海張江高科技園區(qū)，是國內唯一專注于存儲測試工具領域的綜合服務提供商，涉及測試工具覆蓋了存儲生態(tài)的各個環(huán)節(jié)，從芯片開發(fā)，底層固件和驅動開發(fā)/驗證，測試工程，應用工程，RDT可靠性測試，一直到生產測試。測試的產品涉及存儲控制器IP，芯片，HDD/SSD，存儲系統(tǒng)，服務器，網絡設備研發(fā)，設計，生產和制造。Saniffer提供的測試方案包括并不限下面涉及的技術：

PCIe/NVMe Gen 4/5

SAS 12/24G / SATA 6G

UFS 3.0/3.1

NAND 400MT/800MT/1.6GT

LPDDR/DDR 4/5

FC 32G

FCoE

iSCSI

NVMoF (NVMe over Fabric)

FC-NVMe (NVMe over FC)

隨著近幾年PCIe Gen 3/4技術及NVMe SSD在國內的快速發(fā)展，Saniffer迅速成為國內在該領域的知名供應商，成為UNH IOL認證的SerialTek, SanBlaze, Quarch在中國的獨家合作伙伴。

原文標題：沒想到PCIe Gen 4協(xié)議分析儀原來功能這么強大！

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