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PCIe技术跃升主流 高速数位测试需求持续升温
测试带来新挑战

【作者: 王岫晨】2023年02月13日 星期一

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疫情不仅改变了全球的生活与工作型态,也刺激了高速资料传输与储存的需求。随着处理器技术发展,与个人电脑设备,乃至於工作伺服器,在这些互连领域对於高速资料传输品质的要求正与日俱增,而采用差分信号进行串行通信的PCI Express(PCIe)技术也已经蔚为主流。目前PCI Express标准也由第四代的16GT/s,演进到第五代的32GT/s。


PCIe 5.0标准

PCIe 5.0是目前广为采用的I/O标准,显着提高了位元传输速率。自从PCIe 5.0规格问世之後,未来有??将可用的频宽增加一倍,这将对於各种运算设备和资料储存基础架构大有帮助。随着传输速度的提高,更能够确保讯号完整性及减少数据的损失,这一点在现在这个资讯高度数位化的世界,变得比以往任何时候都更加重要。而为了确保其基础(Base)和板卡机电(CEM)等装置的相容性,在其规格上也清楚列出了许多的测试要求。


是德科技指出,PCIe 5.0装置必须通过复杂的发射器、接收器与协定测试。由於速度变得更快,加上新的压力信号校验要求与调谐流程相继问世,使得接收器的测试也变得更具挑战性。 而值得注意的是,如果工程师不熟悉此规格,则需旷日费时地对PCIe 5.0发射器执行实体层的信号品质和发射器等化测试。此外,链路训练和状态机(LTSSM)也是PCIe 5.0协定测试的关键,目的是确定资料封包是否在链路之间传输。这些都需要能够通过PCI-SIG(PCI Special Interest Group)组织所认证要求的相符性测试。


PCIe 6.0标准

另外,自从PCI-SIG於2022年初发布了PCIe 6.0规格後,业者无不摩拳擦掌地准备抢占这个新兴市场,相关的产品也预计将於2023年初问世。PCIe 6.0可相容於前几代的PCIe技术,特点是将PCIe 5.0的频宽翻倍,在x16通道的组态下,可以将资料传输速率倍增至64GT/s,其传输速率更是大幅提高到256 Gb/s。


PCIe 6.0开始采用PAM4和其他更强大的编码技术,使得新产品测试变得更为复杂。而且由於PCIe 6.0向下相容PCIe 5.0与PCIe 4.0,这使得在测试上必须能同时满足PCIe 4.0、5.0和6.0的测试挑战。而包括系统模拟、互连设计、发射器测试、接收器和链路等化测试,以及协定层测试,也都是不能忽视的重点。


PCIe 6.0测试系统

Anritsu安立知指出,PCIe 6.0利用前向纠错(FEC)作为一项关键技术,这可以用来确保32-Gbaud PAM4(64 Gbps)且受传输路径损耗影响的低讯噪比(SNR)讯号之完整性,其结果是与评估待测物有关的复杂度更高。对此,安立知也将其讯号品质分析仪MP1900A系列,搭配太克科技(Tektronix)的DPO70000SX即时示波器,以及Synopsys PCI Express 6.0 IP,成为一套PCIe 6.0基本规格测试系统。



图一 : PCIe 6.0测试系统示意图。(安立知提供)
图一 : PCIe 6.0测试系统示意图。(安立知提供)

根据PCIe 6.0的基本规格,安立知MP1900A将产生由 DPO70000SX示波器校准的应力相容讯号,并将该讯号传输至Synopsys PCI Express 6.0 IP,即可使用待测物(DUT)内部错误计数器来测量位元错误。此外,MP1900A PAM4误码检测器(Error Detector)可在待测物回放模式下,测量位元的误差。使用MP1900A的FEC功能,将有助於分析并显示FEC纠正与未纠正错误,以及後FEC误码率,而DPO70000SX即时示波器则可分析来自待测物的讯号波形。除了PCIe 6.0的基本测试之外,也可以进行PCIe 5.0链路等化(LEQ)的测试。


MP1900A讯号品质分析仪是一款高性能的误码率测试仪(BERT),主要功用在於测量包括PCIe 3.0至5.0、PCIe 6.0和USB3.2与4.0等高速运算介面,以及包括400 GbE、800 GbE等超宽频通讯介面。MP1900A 兼具测试重现性和简单的操作等优点,并且经过PCI-SIG认证,可用於进行PCIe 5.0的一致性测试。


速讯号测试挑战

太克科技指出,在现今的世界中,对於适用於更高、更快速装置和技术的需求正不断增加。这些现况对於不断进行技术突破与创新的工程师而言,他们必须要能够测试越来越多的资料,而这些技术必须以越来越快的速度传输。目前包括人工智慧(AI)、云端和资料中心等资料密集型市场,都采用了PCIe作为业界标准。尽管最新发布的6.0标准提供了更快速的工作处理效能,但相关的测试也为专注於整合PCIe 6.0产品的客户带来了一连串的挑战。


也正由於校准高损耗通道上的压力眼图讯号具有非常高的敏感性,使得PCIe接收器验证变得非常困难。透过PCIe接收器测试解决方案,可以让设计在所需的误码率目标下进行更全面的测试。而太克提供的直觉化逐步式工具,也为Anritsu MP1900A BERT提供了连结训练程序,确保能对接收器进行准确的测试。


太克科技的PCIe 6.0 Base接收器解决方案,包括64 GT/s的四阶脉冲振幅调变(PAM4)接收器校准功能。其演算法也能有效地解决校准发射器的前导测试,以符合6.0 Base规格中的新挑战。PAMJET DSP工具主要是透过仪器杂讯补偿,提供关键的64 GT/s抖动和杂讯量测。此全自动解决方案利用6.0 Base发射器解决方案技术,并以PCI-SIG引入的最新资料速率,来增强因应接收器挑战的能力。



图二 : PCIe 6.0基本规格测试系统。(太克科技提供)
图二 : PCIe 6.0基本规格测试系统。(太克科技提供)

PCIe 6.0介面对於在高效能运算(HPC)、储存和AI应用程式中,进行具有低延迟和高输送量的即时资料连接非常有帮助。目前包括安立知与太克科技都是PCI-SIG工作小组的成员。这两家测试仪器厂商在接收器测试解决方案的成功基础上,很早就已经开始为PCIe 6.0的合作展开布局。整合Anritsu MP1900A和Tektronix DPO70000SX即时示波器的解决方案,可以为市场带来创新性的改进,并提供了一个完整的实体层PCIe测试系统。随着市场不断开发新技术,该系统还可以扩展到PCIe 6.0的高速网路测试。除此之外,Synopsys也与Tektronix合作,对其PCIe 6.0 DesignWare IP进行早期验证,为这次的合作提供了早期原型。


结语

这几年来的疫情,让全球加速走向数位化。而在疫情过後,数位化的脚步也不会停止,数位转型过程所产生的大量数据,都需要依赖更高速的数位介面来完成传输的目的。高速数位讯号发展的脚步不会停止,随着最新一代的PCIe介面技术持续问世,相关的测试工具也都将随之升级,满足所有测试所需。


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