要想享受最新的800G以太網的聯網速度，就需要與之匹配的串行總線接口。同理，數據中心固態驅動器（SSD）和AI應用中使用的加速器也對傳輸速度有很高的需求。這就是為什么PCI Express（PCIe）6.0在AI、HPC和數據中心中越來越受歡迎。PCIe 6.0運行速度極快，達到64GT/s，是上一代的兩倍。目前，網絡服務器、固態驅動器、交換機和AI加速器都已率先采用PCIe 6.0，網絡接口卡（NIC）和CPU主機芯片也即將采用該標準，但開發者該如何知道PCIe 6.0是否適合進行下一款芯片設計呢？

每向前邁進一步，開發者所面臨的挑戰便會愈加艱巨，產品上市時間（TTM）的壓力更是有增無減。如果想要采用新標準，但又猶豫不決，不妨參考下方的提示：與行業領導者合作，借助其完整的端到端PCIe硬件設計工具，可以輕松實現出色的質量和安全性，同時降低風險。本文將概括介紹從PCIe 5.0遷移到PCIe 6.0快速通道之前需要考慮的各種事項。

PCIe 6.0有什么優勢？

PCIe 6.0是一種變革性的串行總線接口技術，基于該版規范中的以下幾項技術轉變，互連方面實現了巨大的變化：

• PAM-4電信號調制方案：不再使用傳統的不歸零（NRZ）信號，而是采用具有四種電壓電平的脈沖幅度信號，能夠產生三眼眼圖。預編碼和前向糾錯（FEC）可以分別減少模擬誤差和數字誤差。該方案能夠以低延遲提供64GT/s的帶寬。
  

• 流量控制單元（FLIT）數據包傳輸：這種新的數據包傳輸架構（FEC要求采用該架構）不僅支持增加的帶寬，而且還使系統能夠處理增加的帶寬。
  

• L0p低功耗狀態：當系統中的帶寬需求降低時，新的L0p低功耗狀態允許一些通道進入睡眠模式，從而能夠優化功耗，同時又確保鏈路始終保持開啟。

• 數據完整性和安全保護：該規范在較低的帶寬級別上使用數據對象交換（DOE）作為PCIe安全構建塊，并使用加密數據和密鑰。組件測量認證（CMA）提供固件加密簽名。完整性和數據加密（IDE）為系統提供數據包級別的安全防護，以防止物理攻擊。通過將IDE與控制器耦合，它可以在64GT/s的高帶寬速度下提供高效的安全防護。

新一代PCI Express面臨的挑戰

如果應用需要PCIe 6.0的速度和帶寬，那么在采用時需要考慮以下幾個重要因素：

采用新的PCIe規范會產生額外的費用：增加的成本可能來自以下方面：遷移到更小的制程工藝、新的IP，以及采用新規范對整個系統的影響，包括與線纜和背板相關的損失以及要添加新卡。

PCIe 6.0的成熟尚待時日：PCIe 6.0生態系統尚未完全建立，而PCI-SIG聯盟研討會提到的合規性大約還需要幾年的時間。

無論任何時候，升級到新一代標準都需要考慮成本。不論開發者是想要現在還是以后投入這些成本，都取決于是否迫切需要實現PCIe 6.0所提供的優勢，以及開發目標和面臨的市場壓力。

就PCIe 6.0的成熟度而言，目前的采用軌跡與前幾代規范類似。鑒于PCIe的廣泛采用，我們可以肯定，支持PCIe 6.0的生態系統正在不斷建立。現在采用PCIe 6.0不僅能夠享受它帶來的所有驚人優勢，還有助于確保設計經得起未來考驗，讓開發者能夠在PCIe 6.0生態系統上線時處于創新的前沿。

向后兼容有利于規避風險

雖然開發者喜歡設計先進的系統和技術，但毫無疑問，也需要規避風險。因此在做出決策時，開發者會謹慎考慮各種因素，確保自身及自己的產品處于有利的市場競爭地位。盡管PCIe技術取得了重大的進步，但PCIe規范在制定時還是精心考慮了與以前版本的向后兼容性。換言之，使用PCIe 6.0開發的系統不必依賴魯棒的PCIe 6.0生態系統，就能正常工作。無論是用于端點還是復雜系統，PCIe 6.0設計可以插入使用任何版本PCIe標準（包括PCIe 1.0，2.5GT/s）的技術設備。如果設備無法支持新的PCIe 6.0 64GT/s數據速率，可以將鏈路協商為鏈路伙伴雙方均支持的最高數據速率。

關于向后兼容性，需要注意的是，一旦鏈路協商為64GT/s FLIT模式，它就必須保持FLIT模式：例如，如果異常事件影響信號完整性，比如大型電機啟動而導致電源出現毛刺，或者電路有額外的噪音，或者有人移動線纜，則系統可能需要回退到前幾代PCIe的數據速率（例如32GT/s，甚至是16GT/s）。但即使這樣的毛刺導致回退，系統仍將保持FLIT模式。在FLIT模式下支持前幾代PCIe是一種前所未有的新狀態。雖然這種復雜情形不一定會出現，但卻不容忽視。為了應對這種可能性，必須使FLIT模式支持各種PCIe數據速率。

向后兼容是該規范的主要優點之一。PCIe規范在行業中處于主導地位，為我們帶來無處不在的連接，而PCIe 6.0已經成為整個PCIe生態系統的一部分。從PCIe 5.0遷移到PCIe 6.0時，我們不可能同時更改整個數據中心和其中的所有設備。PCIe支持回退選項，因此不需要同時升級整個環境。

基于PCIe 6.0的網絡交換機設計

從網絡交換機的設計開發中，不難了解在實際應用中實現PCIe 6.0的難度和復雜性。例如，為了在具有256個通道的設計中獲得64GT/s和PAM-4信號完整性的優勢，不僅需要完整的交換解決方案，還需要與系統以外的技術集成。開發者需要仔細考慮封裝、電路板和所有集成的協同設計，并思考如何將這些組合成一個整體解決方案。其中涉及的任務包括：優化凹凸貼圖，減少逃逸信號，以及在所有裸片邊緣上優化芯片岸端等。除此之外，開發者還必須盡可能降低芯片的封裝成本。

要想設計支持PCIe 6.0的交換機，需要了解眾多不同的視角，才能全方位確保系統正常工作。在交換機中實現PCIe 6.0需要具有多個鏈路和多個控制器的不同配置。因此，開發者所需的IP提供商應當在PCIe方面擁有豐富經驗，并且已經研究過PCIe 6.0，包括與客戶合作進行PCIe 6.0交換機設計。

要在交換機或任何其他應用中成功實現PCIe 6.0，開發者需要一個合適的合作伙伴來提供專業知識和完整解決方案，涵蓋從IP到設計再到生產的端到端設計流程。可靠的設計合作伙伴可以幫助開發者降低風險，克服復雜性方面的挑戰，從而更輕松地邁向成功。

PCIe驗證依舊很重要嗎？

是的。PCIe 6.0引入的變更會影響所有層，從而增加了驗證的復雜性。

物理層使用PAM4編碼實現64GT/s的速度支持。PCIe 6.0推出了256B FLIT，它對于將協議包封裝到FLIT中有著特定的規則，因此增加了設計復雜性。它還增加了FEC的復雜性，并且需要考慮現有的CRC機制。

出于向后兼容的原因，256B FLIT支持2.5/5/8/16/32 GT/s的速度。為此，需要在所有支持的速度下驗證FLIT模式。??

數據鏈路層添加了新的DLLP類型（即優化的更新功能和鏈路管理，用于交換鏈路信息，以及更改序列號/重放規則），因此需要深入驗證序列號、FLIT重放命令握手和選擇性/完全重放機制，以保證FLIT傳輸到鏈路伙伴。

隨著FLIT的引入，還定義了新的TLP框架規則，這也需要廣泛的驗證。

PCIe 6.0還引入了新的功耗狀態L0p，它可以在不影響流量的情況下降低功耗。鏈路管理DLLP用于在鏈路伙伴之間建立L0p握手，這增加了設計復雜性，也需要深入驗證。

PCIe 6.0規范的顛覆性將帶來新的驗證挑戰，不僅需要驗證接口的向后兼容性、帶寬和性能，還需要對依賴的NVMe、SSD和其他基于PCIe的存儲技術進行驗證。新思科技驗證IP（VIP）和測試套件便是為了化解這方面的驗證復雜性而設計，其中新思科技VIP用于對經驗證的新思科技IP進行驗證。

此外，在SoC上運行系統級有效載荷需要更快的、基于硬件的流片前解決方案。新思科技事務處理器基于新思科技IP，可實現快速的驗證硬件解決方案，包括新思科技ZeBu硬件加速系統和用于驗證用例的新思科技HAPS原型系統。

為什么完整的PCI Express 6.0解決方案很重要？

新思科技客戶眾多，可以通過龐大的知識庫和專業知識來構建回歸算法，讓開發者從一開始就能進行芯片性能仿真。新思科技擁有各種不同客戶配置方面的經驗，可以實現復雜的控制器配置、由許多鏈路組成的各種通道組合等。新思科技的子系統團隊還對許多不同的控制器和配置開展了不同的物理實現研究。

在合作過程中，新思科技不僅會為開發者提供PHY、控制器、IP、IDE安全模塊和驗證IP，還會提供以下方面的指導：如何連接，如何進行仿真，如何進行后端綜合（包括必須是分層綜合還是扁平綜合），物理位置建議（間距要求和塊的放置位置），時鐘重建、平衡、路由、時序和收斂，以及時序關鍵路徑等。新思科技支持眾多廣泛的功能，能夠對固件和硬件進行調試，同時優化功耗、性能和面積（PPA）及延遲。而且，新思科技是率先提供經過驗證的IDE模塊的公司之一，因此開發者可以在硬件中實現該模塊，同時仍確保設計的安全性。

在PCI-SIG DevCon 2023上，新思科技的PCIe 6.0控制器和PHY IP在端到端主機到設備系統中，使用Teledyne LeCroy的Interposer和Analyzer顯示了有效載荷大小對吞吐量的影響。

作為業界率先為下一代PCIe提供完整解決方案的公司之一，新思科技在PCIe 6.0方面頗具優勢。即使在新規范尚未最終確定，甚至IP也未最終確定的情況下，新思科技一直與客戶密切合作，共同解決各種PCIe難題。新思科技與客戶攜手合作解決各種復雜的場景，幫助開發者率先成功推出芯片，并且在客戶的首次全面流片中也起到了關鍵作用。以下為新思科技在PCI-SIG大會上展示的廣泛的PCIe 6.0互操作性，包括兩次端到端主機到設備系統演示。

歡迎觀看視頻，了解大會的一些亮點：

新思科技與PCI-SIG聯盟有著20年的合作關系，并在聯盟委員會中占有一席之地，同時對PCIe規范也有著深刻見解。雖然PCIe 6.0的設計沒有通用的解決方案，但新思科技的一站式平臺提供了先進的PCIe 6.0設計解決方案，不僅已經過審查、且穩定，可互操作，是目前市面上最為完整的解決方案之一。