PCIe光傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

PCIe向光傳輸接口的轉(zhuǎn)變，預(yù)示著低延遲傳輸將取得新的突破。作為PCI標(biāo)準(zhǔn)組織（PCI-SIG）的關(guān)鍵成員，新思科技不僅深度參與其中，并積極協(xié)助制定新的標(biāo)準(zhǔn)。外設(shè)組件高速互連（PCIe）標(biāo)準(zhǔn)正在經(jīng)歷變革，這將對(duì)芯片設(shè)計(jì)流程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

PCI-SIG于去年8月宣布組建PCIe光學(xué)工作組，意味著PCIe將超越銅纜傳輸信號(hào)的實(shí)際限制。工作組認(rèn)為，基于光的傳輸接口是PCIe未來不可或缺的一部分。向光傳輸轉(zhuǎn)變可帶來多種潛在優(yōu)勢(shì)，包括傳輸范圍擴(kuò)大、數(shù)據(jù)速率提升、功率要求降低等。

邁向PCIe光纖傳輸

我們的目標(biāo)是對(duì)PCIe光纖傳輸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)確保該領(lǐng)域?qū)V泛的光技術(shù)保持開放。也有人提出將PCIe卡（CEM）接口發(fā)展為基于光纖的解決方案，作為一種PCIe傳輸接口。

盡管生態(tài)系統(tǒng)的全面轉(zhuǎn)變不是一蹴而就的，但可以肯定的是，這一變化即將到來，所以我們需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。為此，新思科技一直積極參與PCI-SIG工作組的活動(dòng)，這也是董事會(huì)中唯一的IP公司。此外還與集成硅光電子技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)OpenLight Photonics大力合作，致力于開發(fā)能夠促進(jìn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)變的工具。

▲ 圖1新思科技PCIe PHY展示了達(dá)到PCIe 7.0數(shù)據(jù)速率的非重定時(shí)線性驅(qū)動(dòng)電光電鏈路

在最近于智利圣地亞哥舉辦的光纖通訊展覽會(huì)及研討會(huì)（OFC）上，新思科技和OpenLight推出了兩種數(shù)據(jù)中心高能效解決方案。在第一個(gè)演示中，新思科技使用了OpenLight的光電子IC，分別以128GT/s和64GT/s的速率，展示了PCIe 7.0和PCIe 6.0光傳輸。在第二個(gè)演示中，新思科技借助OpenLight的每波長200G光子IC，展示了其224G TX的光傳輸性能。

PCIe光傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

值得注意的是，這并不是PCI-SIG首次涉足這一新興領(lǐng)域。近十年前，低功耗用例需求顯著增加，那時(shí)就曾有人呼吁起草有關(guān)PCIe光傳輸?shù)奶岚浮２贿^，盡管提高效率確實(shí)可以降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的總運(yùn)營成本，但當(dāng)時(shí)的開發(fā)意愿還不夠強(qiáng)。

到了現(xiàn)在，PCIe和Compute Express Link（CXL）為了實(shí)現(xiàn)所承諾的低延遲，迫切地需要實(shí)現(xiàn)真正的技術(shù)進(jìn)步。延遲過高會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的吞吐量，因此如何降低延遲是困擾業(yè)界多年的一大難題。

PCIe光傳輸不僅代表了一種低功耗方案，更蘊(yùn)藏著一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)，那就是能夠使用光學(xué)鏈路在處理器和加速器之間，以一致的方式分配計(jì)算資源。大語言模型和相關(guān)訓(xùn)練系統(tǒng)迅猛增長、對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理的需求急劇上升，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)算力的需求更是呈指數(shù)級(jí)增加。在這樣的背景下，PCIe光傳輸技術(shù)的突破，無疑為業(yè)界帶來了一場(chǎng)及時(shí)雨。

低延遲PCIe光傳輸解決方案還為賦予數(shù)據(jù)中心帶來了一大優(yōu)勢(shì)，那就是促進(jìn)計(jì)算資源實(shí)現(xiàn)分散化，比如中央處理單元（CPU）和圖形處理單元（GPU）等資源的分散化，從而釋放對(duì)當(dāng)前高度本地化且經(jīng)常未使用的內(nèi)存的訪問。

PCIe光傳輸對(duì)于連接不同機(jī)架單元可謂至關(guān)重要，可使其能夠作為集群運(yùn)行。PCIe本身可充當(dāng)控制器，也就是與軟件進(jìn)行對(duì)接的數(shù)字邏輯。這其中需解決兩大挑戰(zhàn)，首先便是要確保向PCIe光傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變不會(huì)顛覆軟件堆?？刂七^程。

而更大的挑戰(zhàn)在于如何管理物理層和電光接口的互操作性。在這方面，新思科技和OpenLight發(fā)揮了關(guān)鍵作用，雙方攜手合作，提供了可與光子IP解決方案協(xié)同工作的電氣IP解決方案。建立通用標(biāo)準(zhǔn)后，任何光子芯片供應(yīng)商都能將PCIe融合到自身產(chǎn)品中。

在由超級(jí)計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模用戶和數(shù)據(jù)中心主導(dǎo)的時(shí)代，PCIe光傳輸無疑代表著信號(hào)傳輸?shù)奈磥?。而其開發(fā)和普及過程依賴于配套生態(tài)系統(tǒng)的建立，新思科技正為此不懈努力。PCIe光傳輸落地后，新思科技針對(duì)PCIe、CXL和以太網(wǎng)的完整IP解決方案將及時(shí)為開發(fā)者提供幫助，助其實(shí)現(xiàn)芯片一次投片成功。