英特爾FPGA收發(fā)器技術(shù)保持先進(jìn)性

高速串行收發(fā)器在 20 多年前出現(xiàn)時便迅速成為一種基礎(chǔ) FPGA 組件。隨著帶寬的爆發(fā)式增長，它們變得越來越重要。這些高速收發(fā)器設(shè)計(jì)足夠靈活、可配置性強(qiáng)，能夠直接實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字串行通信協(xié)議，包括以太網(wǎng)、PCI Express （PCIe）、Compute Express Link （CXL）、串行數(shù)字接口 （SDI） 等。長期以來，英特爾在高速串行收發(fā)器的開發(fā)方面一直保持其先進(jìn)性 （如圖 1 所示）。

圖1：英特爾 FPGA 收發(fā)器技術(shù)保持先進(jìn)性

圖 1 顯示，由于采用了十分先進(jìn)的英特爾 FPGA 制程工藝，高速收發(fā)器數(shù)據(jù)速率已從 40 nm 制程節(jié)點(diǎn)的 10 Gbps 提升到了 116 Gbps；同時，英特爾已展示了一款 224 Gbps 高速收發(fā)器測試芯片，這預(yù)示著 FPGA 收發(fā)器技術(shù)的發(fā)展方向。

新近英特爾 FPGA 家族，包括英特爾 Agilex FPGA、英特爾 Stratix 10 FPGA 和 SoC FPGA 在內(nèi)，都集成了單獨(dú)的、英特爾稱之為“Tile”的小芯片，用來實(shí)現(xiàn)高速收發(fā)器。這種基于 Tile 的 FPGA 構(gòu)建方法為快速且經(jīng)濟(jì)高效地開發(fā)具有許多功能的廣泛器件系列提供了極大的靈活性。

圖 2 顯示的是英特爾 Agilex FPGA 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖中五個小芯片圍繞著一個中央半導(dǎo)體芯片，芯片內(nèi)含英特爾 Agilex FPGA 的可編程邏輯結(jié)構(gòu)及其他邏輯電路，包括 DDR 和高帶寬內(nèi)存 （HBM） 控制器。五個小芯片中有四個標(biāo)記了“116G XCVR”、“CXL”、“PCIe 5.0”和“Other Chiplet”字樣，第五個標(biāo)記為“HBM”的小芯片實(shí)際上是一個包含了數(shù) GB HBM DRAM 的小芯片堆棧。

圖 2：英特爾 Agilex FPGA

盡管根據(jù)高速串行協(xié)議標(biāo)記了不同的名稱，但“116G XCVR”、“CXL”和“PCIe 5.0”的要表達(dá)的意思相似。英特爾開發(fā)了這些小芯片，以提供高速串行收發(fā)器功能。每個 F-tile 收發(fā)器小芯片為 FPGA 增加了 20 條高速收發(fā)器通道。在每個 F-tile 上的 20 個高速收發(fā)器中，有四個 FHT 收發(fā)器 （每個收發(fā)器都能夠使用 PAM4 調(diào)制技術(shù)以快達(dá) 116 Gbps 的速度運(yùn)行），有 12 個 FGT 收發(fā)器 （每個收發(fā)器都能夠使用 PAM4 調(diào)制技術(shù)以 58.125 Gbps的速度運(yùn)行）?？偟膩碚f，這 20 個高速收發(fā)器可提供超過 700 Gbps 的數(shù)據(jù)帶寬。對于最多有四個 F-tile 的英特爾 Agilex I 系列和 M 系列 FPGA，高速串行總帶寬超過了 2.4 Tbps。

英特爾剛剛發(fā)布了一個 5 分鐘的視頻，展示了英特爾 Agilex FPGA 家族的高速數(shù)據(jù)傳輸功能，這些功能由 F-tile 的高速收發(fā)器提供支持。演示中使用的是英特爾 SuperLite IV IP，一種低開銷的串行流協(xié)議。SuperLite IV IP 利用了 F-tile 的 PHY 直連功能，該功能具有 PMA 直連模式，可繞過 F-tile 媒體訪問控制 （MAC） 和物理編碼子層 （PCS） 硬核 IP 模塊。在高速收發(fā)器中繞過這些元件可大大降低時延，因而使 SuperLite IV 協(xié)議成為芯片到芯片、板對板和背板應(yīng)用的理想選擇。