圖零 : CTIMES高速數位訊號的創新驅動力研討會現場

以高速訊號打造新一代AI平台

在當今快速變化的科技環境中，人工智慧（AI）的發展正在重塑資料中心的運作方式。資料中心作為AI平台的基礎，其性能依賴於高效的輸入/輸出（I/O）傳輸介面，而PCIe技術的進步對於提升AI應用的性能非常重要。隨著AI加速晶片的廣泛應用，PCIe介面上的加速卡設計逐漸成為推動整體產業進步的關鍵技術。

圖一 : 艾飛思科技執行長沈忠榮

艾飛思科技執行長沈忠榮指出，在AI平台中，PCIe與高速乙太網持續演進，使得AI應用能夠獲得更高的頻寬和更低的延遲。特別是在AI加速晶片的廠商中，PCIe的發展不僅提高了數據傳輸的效率，還幫助滿足了對高效能運算的需求。自2019年5月發布PCIe 5.0規範以來，其頻寬已經達到32 GT/s，並且保持了與所有前代PCIe架構的向後兼容性，這讓許多企業能夠無縫地升級其系統。這一規範還透過減少通道損耗至36dB和進行電氣改進，顯著提升了信號的完整性和連接器的機械性能，為AI、雲端和企業應用提供了更穩定的基礎。

隨著技術的進一步演進，PCIe 6.0於2022年1月發布，這一新標準的原始數據速率達到64 GT/s，透過x16配置可達256 GB/s，實現了頻寬及能效的雙倍提升。這一版本引入了四級脈衝振幅調變（PAM4）信號技術，並結合輕量級前向錯誤更正（FEC）和循環冗餘檢查（CRC）技術，降低了由PAM4信號引起的位元錯誤率。這些技術的應用不僅提高了數據傳輸的可靠性，還支援Flit編碼，使得頻寬增益超過了以往的標準。

然而，PAM4技術的導入也帶來了一些挑戰，包括幅度減少和由電平轉換造成的UI時間損失，這些問題需要透過精細的設計和測試來克服。為了確保信號質量和性能，PCIe合規測試涵蓋了多項測試項目，包括發射器信號質量測試、脈衝寬度抖動測試以及接收端位元錯誤率測試等，這些測試不僅能驗證產品的性能，還為未來的技術發展提供了數據支持。

高速信號的發展對AI相關應用至關重要。隨著PCIe規範的持續進步，資料中心在AI技術的推廣和應用中將發揮越來越大的作用。隨著新技術的引入和合規測試的推進，AI的潛力將得到更大程度的發揮，從而推動整個產業向更高效、更智能的方向發展。

兼具效率與安全的高速數位訊號傳輸

Littelfuse專注於電路保護、功率半導體、工業控制、感測技術、開關與互連以及運輸解決方案。致力於推動電子化和電氣化的發展，並透過創新技術和策略性收購來加速成長。Littelfuse的產品可涵蓋電動交通、工業自動化、數據中心、消費電子及建築解決方案，致力於為客戶提供高效、安全的解決方案，滿足不斷變化的市場需求。這些技術的持續創新使Littelfuse在全球電子元件市場中保持競爭力。

圖二 : Littelfuse應用工程師劉志宏

Littelfuse應用工程師劉志宏表示，Littelfuse的解決方案範圍相當廣泛，包括電路保護解決方案、功率半導體解決方案、工業控制解決方案、感測解決方案、C&K開關，以及運輸解決方案等。特別是在電路保護方面，Littelfuse提供的方案包括過電流保護、靜電放電（ESD）保護和過電壓保護等。這些技術不僅能有效防止電路中的意外損壞，還能提升設備的整體可靠性。Littelfuse在UL、IEC、ITU、AEC-Q等多項國際標準擁有豐富的專業知識，並具備全球應用專業網路，隨時準備幫助客戶解決各種設計挑戰。

隨著工業環境的複雜性增加，各種電氣危害也日益突出。Littelfuse深知這些挑戰，並針對常見的電氣危害提供有效的保護方案。例如，誘導雷電浪湧可能會對工業數據線造成損害，而靜電放電則可能損壞敏感的整合電路。此外，由於錯誤接線或絕緣損壞，電纜可能會暴露於交流電壓下，進而引發電氣故障。這些問題都需要高效的電路保護技術來應對，以確保設備的穩定運行。

在面對雷電和電源故障的威脅時，Littelfuse提供了一系列的保護方案。大多數雷電浪湧的威脅來自間接雷擊，這可能在地上和地下的電力線上產生磁場，導致過電壓瞬變浪湧。針對這一問題，Littelfuse的PoE++保護解決方案能夠有效應對，特別是其TeleLink保險絲專為高速電信應用設計，能夠保護電源故障過電流。根據不同的浪湧需求，客戶也可以選擇合適的TVS二極體，以確保系統的安全性。

此外，Littelfuse的SIDACtor系列在過電壓保護方面也有出色表現。SIDACtor具有快速響應時間和長期可靠性，並且可在低電容的情況下運行，這使其成為電信和數據通信電路中理想的過電壓保護器。儘管SIDACtor不能用於交流或直流電源線，且對於非常高的浪湧（最高可達5KA）有一定的限制，但其在特定應用中的優勢仍然十分顯著。

總結來說，Littelfuse 在電路保護解決方案方面的創新和專業知識，使其能夠有效應對現代工業環境中的各種電氣挑戰。無論是在電動交通、工業、數據中心還是消費電子領域，Littelfuse 的產品都為客戶提供了可靠的保護方案，幫助他們在面對不斷變化的技術環境時，保持安全與穩定的運行。隨著科技的進步，Littelfuse 將繼續引領行業，為未來的電子化和電氣化貢獻力量。

Littelfuse也提供多種針對高速信號傳輸的保護方案，包括HDMI、DisplayPort、eSATA及USB Tx/Rx等。這些產品專為保護數據信號線免受ESD影響而設計。其低電容特性使其非常適合於HDMI和eSATA等高速接口，並且小型化的外形設計為設計師提供了靈活的設計佈局選擇。

Littelfuse的新型嵌入式DisplayPort解決方案AQ7538是汽車級產品，具有0.3pF的低電容，確保信號完整性。此外，該解決方案提供8通道保護，適用於直通板佈局，能有效提升設計的可靠性和性能。

Littelfuse在推動可持續發展和創新方面也採取了多項重要措施。首先是致力於開發環保的產品，這些產品不僅提高了能效，還減少了對環境的影響。例如，Littelfuse的電路保護解決方案和功率半導體技術目標在於提高能源使用效率，並降低整體能耗。Littelfuse也積極進行策略性收購，以擴大技術能力和應用領域。而Littelfuse也重視產品的可持續性，致力於遵循各項國際環保標準，並在產品設計中考慮可回收性和環境友好性。

PCIe及Ethernet高速PAM4訊號解析與驗證挑戰

隨著數據傳輸需求的增加，高速信號技術在各種應用中變得更重要。然而，在提高傳輸速率的過程中，面臨著多項挑戰，特別是在NRZ信號中，隨著頻率的提高（例如32GHz），補償插入損耗變得極具挑戰性。

圖三 : 安立知量測儀器部門專案經理王榆淙

安立知量測儀器部門專案經理王榆淙表示，為了解決這些挑戰，四級脈衝振幅調變（PAM4）技術逐漸受到重視。PAM4將每兩位元映射為一個符號，這樣便可產生四種獨特的組合，相較於NRZ，PAM4的頻寬需求減少了一半。得注意的是，這種映射可以採用線性或灰度來編碼，其中灰度編碼的優勢在於降低潛在的位元錯誤數量。PAM4技術已經被應用於IEEE/OIF-CEI標準中，顯示了其在高速數據傳輸中的有效性。

在PAM4中，每個眼圖的高度僅為NRZ眼圖高度的三分之一，這導致信號噪聲比（SNR）減少約9.5dB。垂直眼圖的66%減少使得信號對串擾和反射的免疫能力降低，並因此提高了位元錯誤率（BER）。因此，在接收器測試中，對PAM4信號應力眼圖校準的可靠性也很重要，儀器噪訊必須被準確地顯示並消除，以確保BER評估和JTOL測試的準確性。

隨著乙太網速度的提升，數據處理伺服器和網路設備的傳輸速度也需要相對提高。PCIe作為連接電腦與外圍設備的介面標準，隨著乙太網速度的增加而不斷演進，從Gen1標準發展到Gen5，目前正在研究中的Gen6，以及計畫中的Gen7。

PCIe 6.0的推出代表著數據速率的再次提升，其數據速率達到64 GT/s，這是PCIe 5.0的兩倍，並為x16通道提供最高256 GB/s的雙向頻寬。此標準還利用固定大小的Flits，支援FEC和強大的CRC，在不影響延遲的情況下提高信號可靠性。

在PAM技術中，使用PAM4生成和接收數位脈衝信號，這使得PAM4信號的強度比NRZ低9dB，這一點會影響到信號的SNR和BER。為了應對高錯誤率，FEC技術被採用以降低錯誤率，強大的CRC在確保低延遲方面發揮了關鍵作用。