做 PCIe Gen6、企业级 SSD 或 CXL 设备测试时，经常会碰到一个很现实的问题：

实验室其实已经买过不少设备了。

比如手上已经有Quarch 的 QTL1999 HD Programmable Power Module，简称 PPM，原来可能是拿来测试 PCIe 5.0 U.2 SSD 的。

现在产品升级了：

从 U.2 走到 EDSFF；

从 PCIe Gen4/Gen5 走到 Gen6；

甚至被测对象已经不是 SSD，而是一个 PCIe Gen6 x8 的 CXL Device。

这时候到底怎么办？

是原来的 PPM 全部不能用了，要重新买一套？

还是只需要补一块新的 Gen6 治具就行了？

如果除了电压、电流、功耗，还想把 PERST#、CLKREQ#、SMBus 等 Sideband 信号一起记录下来，是不是又需要另一套设备？

最近我们围绕这个问题，和北京一个开发/验证PCIe 6.0 E3.S SSD企业级盘专供大型云厂商（CSP）的客户做了一次比较深入的技术交流。

整个讨论没有从“我们有什么产品”开始，而是从客户手里已经有什么设备开始。

最后逐渐梳理出了三种不同层次的方案：

只做电压拉偏和功耗测试；

测服务器真实供电下的功耗；

以及进一步：

把功耗和 Sideband 信号放在同一条时间轴上分析。

这三个需求看起来很接近，实际上对应的是完全不同的测试架构。

一、讨论一开始，先把一个最容易混淆的问题讲清楚：PPM测到的到底是谁的电？

客户当前已经有一台 Quarch PPM，希望把它用于新的 Gen6 测试环境。

这里首先必须讲清楚：

PPM既是一台可编程电源，也是一台功耗测量仪。

Quarch 当前官方的 QTL1999 HD PPM 可以对输出电压进行编程，同时测量电压、电流和功耗；官方给出的能力包括 Power Margining、Power Loss、Brownout、Glitch 以及自定义电压波形等。其电压、电流可以同步记录，基础测量采样率最高可到 250 kS/s。

所以如果我们把 PPM 接到被测设备上：

例如给一块 E3.S SSD 提供12V电源；

然后在 SSD 上运行 FIO；

随着 I/O 压力增大，SSD 的电流和功耗随之变化，

那么 PPM 完全可以把这些变化记录下来。

沟通一开始讨论的正是这个场景：

一边改变供电，一边跑I/O，同时观察Voltage、Current、Power。

但这里有一个非常重要的前提：

此时给DUT供电的是PPM。

也就是说，这种架构测到的是：

PPM提供给DUT的电。

二、如果我要测“服务器真正给SSD的电”，思路就变了

客户随后提出了另一个需求。

如果我并不想让外部 PPM 给 SSD 供电呢？

比如现在有一台：

Supermicro Server；

或者某个国产服务器平台；

服务器背板本身给 E3.S SSD 供电。

我想知道：

这台服务器真正给SSD提供的12V/3.3V电源，在启动、Idle、FIO压力、低功耗状态切换时到底是什么样？

这和前面的测试实际上不一样。

因为这时最希望保留的是：

真实Host环境。

电来自服务器；

设备仍然按照正常方式插在 Host 上；

我们只是在中间“观察”。

这正是 PAM——Power Analysis Module 更擅长解决的问题。

Quarch 对 PAM 的官方定义很清楚：

PAM 工作在真实 Host 环境中，电源仍然由 Host 正常提供，然后通过对应的 Fixture/Interposer 对电压、电流、功耗以及选定的 Sideband 信号进行测量。

所以可以用一句很容易记的话来区分：

PPM：我给你电，然后看你怎么用电。

PAM：Host给你电，我站在旁边看Host和Device之间到底发生了什么。

这两者非常像，但本质不同。

三、客户现有的QTL1999还能不能继续用？答案是：能

交流进行到6分钟左右，客户最关心的问题出现了：

“我们原来已经有一台PPM，是不是需要升级？”

经过沟通确认，客户手里的设备是 QTL1999。

这个型号目前仍然是 Quarch HD Programmable Power Module 的标准型号之一。

官方资料显示，QTL1999支持两路可编程输出、功耗测量、任意电压波形、USB/LAN控制等，同时可以配合不同的 Power Injection Fixture 给不同接口的 DUT 提供电源。

因此：

从电源本体角度，并不是因为设备从U.2变成EDSFF、从Gen5变成Gen6，就必须把QTL1999换掉。

真正需要变化的是：

PPM和DUT之间的Fixture / Adapter / Power Injection路径。

这也是整个交流非常有价值的一点。

很多实验室升级接口时，第一反应是：

“原来的仪器是不是淘汰了？”

实际上，对于这种模块化架构来说，往往需要更新的是：

Fixture/治具，而不是主机。

四、顺着这个问题，又谈到了PPM为什么需要Calibration

客户确认现有 QTL1999 可以继续使用之后，讨论很自然地转到了 Calibration。

PPM毕竟不是一根简单的电源线。

它既要输出设定电压，又要测量：

Voltage；

Current；

Power。

所以长期使用以后，对测量精度有要求的实验室通常需要建立校准制度。

我们提到了两种做法：

一种是送回 Quarch 做 Calibration；

另一种是在设备数量比较多的情况下，在实验室自己完成校准。

还有个是购买“Keithley ”和quarch一个校准模块，quarch提供校准脚本，用户自己校准。

查 Quarch 当前官方资料可以确认：

如果用户希望自己校准 HD PPM，需要使用 Keithley 2460 SMU，再配合 Quarch QTL2294 Calibration Switchbox Kit。Quarch 同时提供专门的 Calibration Python Package 和 Application Note AN-019，用于指导整个校准流程。

所以对于只有一两台 PPM 的实验室：

送回厂家或者通过代理商做 Calibration，一般更简单。

而对于手里有十几台、几十台 PPM 的大型 SSD Validation Lab：

自己建立 Calibration 能力就开始有意义了。

五、真正进入Gen6环境后，需要解决的不是“PPM够不够快”，而是怎么把电送到新的DUT

接下来讨论进入物理连接。

客户原来的 QTL1999 可能是通过 U.2 Fixture 使用。

现在新的被测对象已经变成：

Gen6；

EDSFF E3；

而且有可能还是 x8。

于是问题变成：

QTL1999前面的电源输出，怎么送到新的Gen6 EDSFF设备？

我们花了相当多时间解释 PPM 到 Fixture 之间的线缆以及 Power Injection 的连接方式。

这里不建议大家死记连接器针数。

真正要理解的是架构：

PPM → PPM Cable → Power Injection Fixture / Adapter → DUT

不同接口：

U.2；

U.3；

E1.S；

E3.S；

PCIe AIC

只是最后 Fixture 不同。

Quarch 当前也已经有专门面向 Gen6 EDSFF x8 的 Power Injection Fixture，例如 QTL3194，设计目的就是在 DUT 仍然处于正常 EDSFF 系统环境中的情况下，用 PPM 替代 Host 电源，为设备提供可编程电源，同时完成 Power Margining 和功耗测量。

六、为什么转接卡上的“Host Power / External Power”选择一定不能忽略？

交流中专门提醒了一个很容易犯错的小细节。

如果使用带有外部 PPM Power Injection 功能的SerialCables公司的PCIe 6.0 EDSFF转接卡，通常需要明确选择：

DUT到底从Host取电，还是从外部PPM取电。

我们交流过程中反复强调：

默认状态可能仍然是 Slot Power；

要使用 PPM 时，需要把对应的开关/Jumper 切换到 External Power 一侧。

这件事看起来非常小，实际很关键。

因为你做 Power Margining 的目的就是：

例如把12V变成：

11.4V；

10.8V；

或者模拟某种 Ramp、Brownout、Glitch。

如果 DUT 实际上还偷偷从 Host 的12V取电，

那你在 PPM 上改半天电压：

DUT根本没看到。

因此搭建这类环境时一定要先确认电源拓扑：

Host Power有没有被隔离？

PPM Power是不是已经真正接管DUT？

3.3V AUX又从哪里来？

这比打开软件调电压更重要。

七、然后客户问到了整个交流最关键的问题：既然PPM也能测功耗，那为什么还要PAM？

大约12分钟时，讨论开始进入最容易混淆的部分。

客户的疑问非常合理：

“我们已经有PPM了，PPM本身不是也可以记录电压、电流、功耗吗？那是不是就没有必要买PAM？”

答案是：

取决于你到底想看什么。

PPM当然能够记录 Voltage、Current、Power。

Quarch Power Studio，也就是 QPS，可以同时支持 PPM 和 PAM，并且能够做很长时间的 Power Trace Recording。官方资料显示，QPS可以处理长时间甚至多GB级的功耗Trace，并支持Python自动化。

因此：

如果你的需求只是：

电压拉偏；

掉电；

Brownout；

Glitch；

FIO过程中功耗；

Idle Power；

长时间功耗趋势，

现有 PPM 很可能已经够用了。

所以可以这样解释：

PPM可以连续记录几分钟、几小时甚至更长时间的 Voltage/Current/Power。

八、真正把PPM和PAM拉开差距的，是Sideband

紧接着，交流中指出了 PPM 方案的一个重要边界：

PPM本身主要关注Power。

如果你进一步希望看到：

PERST#；

CLKREQ#；

WAKE#；

SMBus；

PWRDIS；

Presence；

以及其他 Sideband Signal

随时间怎么变化，那么单独依赖 PPM 就不够了。

这时 PAM 的价值就出来了。

例如 Quarch 当前的 Gen6 EDSFF x8 PAM Fixture QTL3069，不仅可以测 Voltage、Current、Power，还可以记录大量数字 Sideband 信号，包括 PERST、CLKREQ、SMBus以及REFCLK状态等。

PAM的核心价值因此并不仅仅是：

“比PPM多一个功耗仪。”

真正有价值的是：

把Power和Sideband放到同一时间轴上。

九、为什么Sideband有时候比PCIe Data Packet还重要？

沟通中举了一个刚刚遇到的实际案例。

在某个服务器环境中，一个 Gen6 设备启动过程中表现不稳定。

后来观察发现：

服务器对 PCIe Reset，也就是 PERST#，进行了多次拉高/拉低动作；

而实验室另外一个环境里的行为明显不同。

这类问题很典型。

工程师经常会看到：

设备偶尔掉盘；

某次Boot起不来；

Reset以后又恢复；

换一个Server平台问题消失；

甚至重启十次只有一次失败。

这时候第一反应往往是：

“PCIe协议有Bug。”

但实际问题可能根本还没走到 TLP 层。

它可能发生在：

Power Rail；

PERST#；

CLKREQ#；

REFCLK；

SMBus；

PWRDIS

这些启动条件上。

所以：

PCIe协议分析仪看到的是“链路里面说了什么”。

而：

PAM帮助你看到的是“链路准备说话之前，Host和Device之间发生了什么”。

两者解决的是不同层面的问题。

十、这也是为什么“功耗+Sideband同步记录”特别适合抓偶发故障

假设一块 E3.S SSD 在 Server 里连续跑三天 FIO。

第三天凌晨突然掉盘。

如果我们只有平均功耗记录，也许只能看到：

掉盘前功耗下降了。

但是如果同时记录：

12V；

3.3V AUX；

Current；

PERST#；

CLKREQ#；

SMBus；

甚至其他 Sideband，

情况就完全不同。

你有可能看到：

先是Host拉了一次PERST#；

100ms后设备功耗掉下去；

随后又重新上电；

然后才出现系统中的重新枚举。

这时故障原因的调查方向就清楚多了。

Quarch 当前 PAM 产品的设计目的正是同时观察 Power 和选定的 Sideband Assertion；其 Gen6 x16 PAM Fixture甚至明确支持 PCIe、NVMe、CXL 和 OCP Device。

十一、所以到了15分钟以后，方案实际上已经分成了两个档次

交流继续到这里，客户真正需要做的是一个投资选择。

第一种：最小投入方案

客户已经有：

QTL1999 PPM。

那么增加一块支持 Gen6/EDSFF/CXL 的：

SerialCables公司的Gen6 EDSFF Adapter 或者 Qujarch Gen6 Power Injection Fixture

即可继续完成：

电压拉偏；

Power Cycle；

Brownout；

Glitch；

Voltage/Current/Power Measurement；

长时间功耗记录。

这种方案最大的优点就是：

充分复用已经买过的PPM。

我们最终也明确倾向于：

如果目前希望尽量降低投入，先买转接和 Power Injection 所需要的部分，不急着把 PAM 全套补齐。

十二、第二种：完整Power + Sideband方案

如果客户后续明确提出：

不仅要看功耗；

还要分析 Host 与 CXL/SSD Device 之间的 Sideband Timing，

那就增加：

PAM Fixture / PAM Measuring Card + PAM主控制模块。

按照 Quarch 现在的正式产品命名，更准确的说法应该是：

Power Analysis Module，PAM主机/控制单元

加上：

对应接口的 PAM Fixture / Measuring Fixture。

Quarch官方明确说明，PAM本身是主控制单元，不同接口需要配对应的 Fixture。

Serial Cables 目前部分 Gen6 Adapter 转接卡也支持直接增加 Quarch PAM Mezzanine。

例如其当前的 Gen6 PCIe/NVMe/CXL x8 AIC-to-EDSFF Active Adapter，就提供可选的 Quarch PAM Mezzanine，用于分析 Power Rails 和 Sideband Signals。

这正好对应我们沟通中提到的：

Measuring Card / Mezzanine Card。

十三、实际上还有第三种玩法：PPM和PAM一起上

如果测试要求再高一些，并不是非要：

PPM和PAM二选一。

完全可以把两者结合起来。

PPM负责：

主动制造条件。

例如：

Voltage Margin；

Power Loss；

Brownout；

Glitch。

PAM负责：

观察系统的响应。

比如：

功耗怎么变化；

PERST#什么时候变化；

CLKREQ#是否出现异常；

SMBus什么时候有活动。

这时测试从：

“量功耗”

变成了：

主动制造故障 + 同步观察Device和Host怎样回应。

这个能力对于定位非常偶发的问题尤其有用。

Quarch自己也把 PPM 和 PAM 定位成能力部分重叠、但侧重点不同的两类产品，并强调出现问题以后可以通过 PPM 或其他 Fault Injection 工具重新复现问题。

十四、17分钟以后，话题从“电”转到了“线”：客户真正测的是一个x8 CXL设备

把 PPM/PAM 的问题基本搞清楚以后，客户又提出了一个新的实际需求：

需要一根高速延长线。

开始大家下意识按照 SSD 去理解：

x4。

结果客户马上纠正：

“这个不是SSD，是CXL设备，是x8。”

这个小插曲其实很有代表性。

现在很多实验室都在进入 CXL 测试。

而过去大家熟悉的：

M.2 NVMe SSD；

U.2 SSD；

很多 E3.S SSD

通常重点关注 x4。

一旦进入：

CXL Memory Expander；

CXL Accelerator；

其他CXL Device，

就很容易碰到：

x8；

甚至x16。

于是：

原来SSD实验室里大量现成的x4线缆和Adapter suddenly就不够用了。

十五、Gen5的线能不能直接跑Gen6？答案不是简单的“能”或者“不能”

交流中又出现一个很有工程味的问题。

现场找到了一款以前使用的 Gen5 Cable。

大家过去实际使用过程中发现：

我们之前实际测试过，SerialCables最近两年新出的标称 Gen5 的线缆，在部分实验环境里确实也能够把 Gen6 Link 跑起来。

但这里一定不能把现场经验写成：

“Gen5 Cable都支持Gen6。”

这显然是不严谨的。

能不能Link Up，和：

Cable Length；

Insertion Loss；

Return Loss；

Connector；

PCB Loss；

Retimer/Redriver；

Tx EQ；

Rx EQ；

整个Channel Budget

都有关系。

甚至同一根线：

在平台A上Gen6稳定；

换到平台B就可能只能降到Gen5。

所以录音中最后采取的办法其实很合理：

实验室如果手边有样品，可以先实测。

但是正式项目采购：

还是应该优先选择明确针对 Gen6 Channel 设计和验证的产品。

十六、到了20分钟左右，讨论已经从“找一根线”升级成“整个CXL连接拓扑怎么搭”

客户需要的是 x8 CXL Device。

于是大家开始逐项寻找：

x8 Extension；

EDSFF；

AIC；

Gen5；

Gen6

几种不同的连接方案。

这里又暴露出 Gen6 实验室目前一个非常典型的现象：

x4的东西很多，x8的选择明显少。

尤其一些非常专用的：

EDSFF-to-EDSFF x8 Extension；

E3-to-AIC；

特定长度Gen6 Cable

不一定像普通 x4 SSD Cable 那么容易直接找到标准品。

所以会议中并没有强行说：

“这个型号肯定有。”

而是决定：

回头直接向国外原厂确认。

这种处理反而是正确的。

十七、为什么Gen6环境越来越多采用MCIO？

23分钟左右，大家查看现有 Gen6 连接产品时发现：

很多 Gen6 Solution 已经更多地围绕：

MCIO

展开。

沟通中最后总结的现场观察是：

Gen6下，MCIO相关产品很多；

直接EDSFF延长线反而相对少一些。

这也解释了为什么现在搭建 Gen6 SSD/CXL 实验环境时，越来越经常看到这样的拓扑：

CPU / Switch

↓

PCIe Gen6 Host Card

↓

MCIO Cable

↓

EDSFF Adapter

↓

E3.S / CXL Device

相对于在所有场景下都坚持使用一种“从 EDSFF 公头直接延长到 EDSFF 母头”的长线，

模块化的：

Host Card + MCIO Cable + Device Adapter

通常更容易组成不同的实验拓扑。

十八、如果被测对象本身就是E3/CXL，其实直接用x8 EDSFF Adapter可能更干净

目前 Serial Cables 已经有专门的 Gen6 x8 PCIe Slot to x8 E3 EDSFF Adapter，明确支持 PCIe、NVMe 和 CXL Device。

这类方案的价值在于：

如果 Host 上本来就有标准 PCIe x8/x16 Slot，

完全可以：

PCIe Slot

↓

Gen6 x8 Adapter

↓

E3 / CXL DUT

而不一定非要先经过一长串多余转接。

到了 Gen6，少一个 Connector；

少一块 Adapter；

少一段 PCB Trace，

往往就多一点 Signal Margin。

所以连接环境设计时，应该优先考虑：

怎样以最少的无源路径完成我要的测试功能。

而不是：

“手里有哪些转接头，全串起来总能接上。”

十九、这次交流最后真正形成的，不是一张采购清单，而是一个分阶段方案

会议最后几分钟，双方把下一步行动也确定了。

第一：

把前面提到的 Gen5/Gen6 实际演示视频发给客户，让客户先看清 PPM、PAM、Adapter 的实际连接方式。

第二：

继续向国外原厂确认：

是否有客户需要的x8 E3/EDSFF Extension Cable，Gen5和Gen6分别有哪些选择。

客户大约只需要三到四根，因此一些并未公开放到网页上的小批量型号，也值得直接向原厂询问。

第三：

把目前能够确定的：

Adapter；

Cable；

Fixture

先整理成一个小型报价表。

剩下还没有确认的特殊线缆，再等原厂回复。

这个结束方式其实特别像真实的工程选型。

没有为了“今天必须成交”硬凑一套设备。

而是先把需求拆开：

现有设备能不能复用？

缺的是Fixture还是主机？

要不要Sideband？

是SSD x4还是CXL x8？

Gen5够不够，还是必须Gen6？

等这些问题搞清楚，BOM自然就出来了。

二十、把整场交流浓缩下来，其实就是下面三种测试需求

如果以后再碰到类似客户，我觉得完全可以先问三个问题。

需求一：我要做Voltage Margining、掉电、Brownout，同时测功耗

优先考虑：

PPM + 对应Power Injection Fixture。

如果已有 QTL1999，尽量继续复用。

核心能力是：

主动控制Power。

需求二：我不想改变服务器供电，只想看真实环境中的功耗

优先考虑：

PAM + 对应PAM Fixture。

此时 Host 正常给 DUT 供电。

核心能力是：

观察真实Host→Device Power。

需求三：我不仅要功耗，还要知道PERST#、CLKREQ#等什么时候变化

选择：

PAM + 带Sideband Capture的Fixture。

如果还希望主动制造：

Voltage Sag；

Brownout；

Power Loss；

Glitch，

再结合：

PPM。

也就是说：

PPM负责“制造条件”，PAM负责“观察发生了什么”。

这句话基本就能把两种设备讲清楚。

写在最后：Gen6测试环境最怕的不是设备少，而是把不同问题用同一种工具解决

这次交流表面看是在讨论：

“该买哪一张转接卡？”

但真正的问题其实是：

究竟想测什么？

如果只是想知道：

SSD跑FIO时功耗多少，

现有PPM已经能解决很多问题。

如果想知道：

Server给设备的真实电源到底怎么样，

PAM更合适。

如果问题变成：

“为什么这个CXL设备在这台Server里偶尔起不来？”

那么单纯看平均功耗可能已经不够。

这时候真正需要把：

Power；

PERST#；

CLKREQ#；

SMBus；

甚至PCIe Protocol Trace

沿同一个事件时间轴逐层往下查。

所以好的测试环境，并不是把所有昂贵设备一次性全部买齐。

更合理的做法是：

先利用手里已经有的设备，把最明确的问题解决掉；

然后根据下一层Debug需要：

增加 Fixture；

增加 PAM；

增加 Sideband Capture；

增加 Protocol Analyzer。

这也是这次交流最后形成的方案：

客户已经有 QTL1999 PPM，

那么就先围绕现有 PPM，把 Gen6/CXL 的转接和 Power Injection 环境搭起来。

如果后续确认确实需要：

Host真实功耗 + Sideband同步分析，

再增加 PAM。

这样既不会重复投资，

又保留了未来进一步Debug的能力。

对于现在越来越复杂的 PCIe Gen6、EDSFF 和 CXL 测试环境来说，这种“按问题逐层增加观测能力”的思路，往往比一开始就堆满仪器更加实际。

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