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2020-08-17 来自: 亚瑟半导体设备安装(上海)有限公司 浏览次数:262
为什么CXL很重要?
PCle 5.0 与CXL
我们看到关于CXL的消息是在去年Hot Interconnects会议上,英特尔进行了技术演示并阐明了CXL的具体细节。在协议具体应用方面,CXL官方给出的解释为:CXL 1.0版本支持CPU、硬件平台和加速芯片(如GPU、FPGA和其他专用加速器解决方案)之间的高速、***互连。该技术建立在PCI-Express(PCIe)基础上,利用PCIe 5.0物理和电气接口在I/O协议、内存协议(允许主机与加速器共享内存)、一致性界面三方面提供协议支持。不难发现,CXL的推出与PCIe 5.0协议绑定,不过目前该协议尚不可用。今年早些时候,英特尔曾透露,明年也许会在产品上引入PCIe 5.0。在此之前,PCI-Express 4.0于2017年问世,目前仍仅支持两种处理器-IBM的Power9和AMD的“罗马” Epyc 7002,而更早之前的PCIe 3.0于2010年推出。实际上,5.0紧跟4.0之后,许多产品可能会简单地跳过4.0版本并直接升级到5.0。PCIe的每个版本都将吞吐量提高了一倍,5.0版本的吞吐量为63 GB/s,采用16通道实现。相比之下,2003年PCIe 1.0的16通道吞吐量为4 GB/s。回到1992年英特尔的原始PCI的规格,当时,32位总线的时钟速率为33.33MHz,数据速率为133MB/s。当然,PCI使用并行同步数据线,时钟和总线仲裁问题限制了吞吐量。所有的PCIe规范都依赖于高速串行数据传输,每个连接的设备都有一对专用的全双工传输线和接收线。与现代串行链路一样,时钟被嵌入到数据流中,消除了对外部时钟线的需要。在限制通道倾斜的条件下,采用多通道来提高吞吐量,从而使控制器能够重新组合条带数据。说回PCIe 5.0,新思科技(Synopsys)高级市场经理Gary Ruggles指出,数据中心近年来发生巨大变化,尤其是在部署408万千兆位超大规模数据中心的过程中,对PCIe 5.0的需求开始迅猛增长。旧的 PCI Express (PCIe) 技术正在加速向新 的 5.0 版本过渡,片上系统 (SoC) 设计人员会发现推出速度比使用 PCIe 4.0 时更快。
如何促进新一代异构计算架构?
PCIe 5.0 发布已经有一段时间了,但是相关硬件产品迟迟没有问世,这其中有市场因素,但是PCIe 5.0的技术难度也是其中一个原因。正如前文所言,PCI Express实际上是一种标准接口,用于I/O链接,并帮助提高数据传输速率。在不断升级中,要达到PCIe 5.0为标准的32GT/s的速度将达到挑战。精密设备搬运
对于系统设计师来说,印刷电路板(PCB)的走线、连接器、电缆乃至IC封装都是系统级的带宽限制因素,它们使得高数据速率的设计变得具有挑战性。高信号频率增加了铜损和功率损耗,这会导致传输距离减小。另外,更高信号频率中存在的通道损失会导致信号完整性(SI)问题。为了验证其设计,系统设计人员***与信号完整性工程师、封装设计人员、SoC设计人员以及电路板布局设计人员密切合作,对其通道中的每个组件进行建模,并验证其整个端到端性能。对于PHY设计师来说,对16GT/s PHY设计进行渐进式改进在大多数应用中并不足以满足PCIe 5.0通道要求。由于在 32GT/s 速度下信道损耗显著增加,***(TX)和接收器(RX)中的均衡电路需要显著的改进。另外,更严格的抖动参数和抖动限制以及回波损耗规格也要求在TX和RX中重新设计许多子电路。 PCIe PHY 设计***包含***的架构,配备经过验证的模拟前端、连续时间线性均衡器和***的多抽头决策反馈均衡器,可以无缝协作以缓解设计问题。PHY 和控制器的集成需要更仔细的规划,才能确保 PIPE 接口的兼容性,并且方便完成 1GHz 时的时序收敛。精密设备搬运为了实现高性能,***仔细选择和管理几个 PCIe 5.0 控制器配置选项。应探索进行架构权衡,平衡有效载荷大小、读取请求大小、标签数量和其他重要的控制器配置设置。***对芯片和封装进行仔细的信号和电源完整性分析,并且***仿真整个信道,确保在 32 GT/s 时达到性能目标。在更高的数据速率下解决信号完整性、封装和通道性能等问题需要在多个领域具备充分能力。简而言之,SoC 设计人员将面临例如增多的信道损耗、复杂的控制器考量、PHY 和控制器集成、封装和信号完整性问题以及建模和测试要求等多种关键设计挑战。因此越来越多的片上系统(SoC)设计人员采用经过验证的第三方IP来进行成功的IC集成。作为半导体IP头部厂商,新思显然已经考虑到了这些。报道称,此前,新思推出了适用于 PCIe 5.0 的 Synopsys DesignWare® IP 全套解决方案包含控制器、PHY 和验证 IP。该解决方案以32GT / s的数据速率运行,可为云计算,存储和AI SoC提供低延迟和高性能的实时数据连接。经过硅验证的IP支持 PIPE 4.4.1 和 5.1.1 规范,使用的架构可承受超过 36dB 的信道损耗,并能直接实现 1GHz 的时序收敛。精密设备搬运这种控制器具有高度可配置性,支持多种数据路径宽度,包含经过硅验证和测试的 512 位架构,并具有业界广泛的 RAS-DES 功能,可实现无缝启动和调试。这种经过硅验证的解决方案已被众多客户采用,可提供准确仿真 PCIe 系统所需的完整 IBIS-AMI 模型。采用新思以数十年PCIe***知识为基础的面向PCIe 5.0的IP,SoC设计人员可以尽早启动其32GT/s 的设计。当实现具有32Gbit / s带宽的PCIe Gen 5时,CXL总线协议就可以在其上运行。PCIe Gen 5系统以及CXL将于2021年问世。总体思路是PCIe 5.0 + CXL将用于高性能数据中心服务器,而PCIe 4.0仅用于性能较低的服务器和台式机/笔记本电脑/工作站系统。CXL方案中有三个子协议,它们可以在CXL导线上同时使用。它们是CXL.io,CXL.cache和CXL.memory。CXL.io 协议本质上是经过***改进的 PCIe 5.0 协议,用于初始化、链接、设备发现和列举以及寄存器访问。它为 I/O 设备提供了非一致的加载/存储接口。CXL.cache 协议定义了主机和设备之间的交互,允许连接的 CXL 设备使用请求和响应方法以***的延迟***地缓存主机内存。CXL.memory 协议提供了主机处理器,可以使用加载和存储命令访问设备连接的内存,此时主机 CPU 充当主设备,CXL 设备充当从属设备,并且可以支持易失性和***性存储器架构。凭借 PCIe 5.0的强大基础设施,以及高带宽的支持下,CXL使加速器和CPU之间实现更加连贯的内存共享,促进了异构计算中专用加速器和通用CPU的协同工作。英特尔研究员、英特尔I/O技术与标准主管Debendra Das Sharma博士指出:“Compute Express Link是新一代异构计算架构的关键促成因素,在这些架构中,CPU和加速器配合使用以提供***的解决方案。在新思科技等***IP核提供商的支持下,我们正在开发一个有望让整个行业受益的稳定、创新型CXL生态系统。”
总结
为接口IP核领域的***,新思科技一直站在为新一代互连(如CXL)开发IP核解决方案的前沿,以帮助设计人员将必要的功能整合进他们的芯片中。利用在PCI Express 5.0方面的***知识,将完整的DesignWare CXL IP核解决方案推向市场,使设计人员能够满足其芯片的内存一致性和快速数据连接要求,同时降低相关风险。精密设备搬运
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