【高清视频】M.2 SSD 到底有没有进入 L1.2低功耗？Quarch PAM 同时看清功耗与 CLKREQ#

2026-07-22 09:48:37

我们今天来讲讲大家平时都在使用的英国Quarch公司的 PAM （Power Analysis Module) 的核心优势：同时监控功耗 + PCIe sideband 信号，以及 L1.2 低功耗状态分析能力。这个优势对于M.2 SSD controller, 盘或者使用M.2 SSD的笔记本厂家排除L1.2低功耗相关的故障，例如蓝屏，死机等相当给力。

一、背景：为什么需要 PCIe 功耗与低功耗状态分析工具

随着 PCIe SSD、GPU 和 AI 服务器设备的性能不断提升，系统功耗和功耗管理已经成为硬件验证中的关键问题。

在很多工程实践中，常见问题包括：

NVMe SSD 在笔记本中 无法进入 L1.2 低功耗
PCIe 设备 低功耗状态功耗异常
GPU 或 SSD 在 idle 状态功耗过高
系统在 L1.2 ↔ L0 切换时出现稳定性问题

特别是在 移动设备（笔记本电脑） 中，PCIe 设备必须支持：

PCIe Active State Power Management (ASPM)

其中最重要的低功耗状态是：

L1.1
L1.2

L1.2 可以让 SSD 的功耗降低到 几十毫瓦甚至更低，例如2.5mW以下。

但在实际验证过程中，工程师经常遇到：

无法确认设备是否真的进入 L1.2
低功耗状态持续时间无法量化
CLKREQ 信号与功耗变化关系不清楚

因此需要一种工具能够：

同时监控

电压
电流
功耗
PCIe sideband 信号

Quarch 的 PAM（Power Analysis Module） 就是专门解决这个问题的工具。

二、Quarch PAM：功耗与PCIe信号联合分析设备

PAM 是 Power Analysis Module 的缩写。

从字面上看它是一个功耗分析模块，但实际上它的功能远不止于此：

它不仅可以分析：

电压
电流
功耗

还可以分析：

PCIe 边带信号（Sideband）

并且可以 长时间追踪 PCIe 接口行为。

PAM 支持的设备类型非常广泛，包括：

PCIe add-in card
GPU 卡
M.2 SSD
U.2 / U.3 SSD
EDSFF SSD

甚至可以用于：

PCIe Gen3
PCIe Gen4
PCIe Gen5
PCIe Gen6

接口设备的功耗分析。

三、M.2 SSD 功耗测试架构

感兴趣的朋友可以查看我们saniffer之前拍摄的很多PAM视频，我们之前的视频非常清晰地展示了典型的 笔记本 SSD 功耗分析环境：【高清视频】如何用Quarch PAM（Power Analysis Module）分析笔记本电脑的L1.2低功耗问题

测试平台：

ThinkPad X1 Carbon 笔记本。

原始结构：

CPU  │PCIe x4  │M.2 slot  │NVMe SSD

为了分析功耗，需要在 SSD 与主板之间插入 PAM M.2 测试治具。

系统结构变为：

CPU │PCIe x4 │PAM M.2 fixture │NVMe SSD

该 fixture 的结构特点：

形状与 M.2 2280 SSD 类似
中间包含功耗测量电路
上方再提供一个 M.2 插槽

这样 SSD 可以继续正常工作，而 PAM 可以：

监测功耗
捕获边带信号。

四、PAM 硬件结构

整个 PAM 系统主要包括：

1 M.2测试治具

负责：

电压采样
电流采样
Sideband 信号采样

测量信号通过 柔性排线（FPC） 传输到 PAM 管理模块。

2 PAM 管理模块

PAM 是一个独立设备，前面板提供：

USB-C 连接
状态指示灯
Trigger 输入输出

后面板提供：

12V 电源输入
USB 管理接口
以太网接口。

管理方式包括：

USB 直连
Ethernet 网络连接

在企业环境中，通常可以设置 静态 IP 地址 以符合信息安全策略。

五、Power Studio 软件

PAM 的控制软件是：

Quarch Power Studio

软件可以通过：

USB
Ethernet

自动发现 PAM 设备。

核心功能包括：

实时功耗监控
Sideband 信号显示
Trace 记录
波形分析
自动统计

六、功耗采样能力

Power Studio 支持非常高的采样精度。

最小采样周期：

4 微秒。

常见配置：

16 µs
100 µs
1 ms

通过 Python API 甚至可以设置自定义采样间隔。

高采样率意味着可以捕捉：

PCIe power transient
NVMe I/O burst
L1.2 进入/退出过程

七、Sideband 信号与低功耗状态分析

在 PCIe 低功耗管理中，最关键的信号之一是：

CLKREQ#

CLKREQ 的行为：

信号状态	含义
High	设备进入低功耗
Low	请求时钟，退出低功耗

视频中可以看到：

CLKREQ 信号在运行过程中不断：

拉高→进入低功耗拉低→退出低功耗

并且可以清晰看到：

CLKREQ 变化与功耗变化之间的对应关系。

例如：

CLKREQ 拉高↓进入 L1.2↓功耗下降

八、L1.2低功耗状态分析

平时我们如果通过PAM的Quarch Power Studio软件可以清晰观察到：

M.2 SSD 在不同状态下的功耗。

示例：

活跃状态

SSD功耗约：

1.7 W。

低功耗状态

SSD功耗下降到：

约 30 mW ~ 130 mW。

对于 PCIe3 SSD，这已经属于明显的低功耗状态。

而 PCIe4 SSD 在 L1.2 状态下：

现在的M.2 SSD功耗都可以达到：

<2.5 mW

（这是 PCIe L1 Substate 规范的目标值）。

九、Power Studio 波形分析功能

Power Studio 提供类似示波器的分析能力。

1 Channel 管理

可以选择显示：

Voltage
Current
Power
Sideband

例如：

3.3V power
CLKREQ
PERST

2 时间窗口分析

用户可以：

拖动时间窗口
放大某段 trace

上方窗口是 放大视图。

3 游标测量

软件提供：

CursorACursorBCursorCCursor D

可以测量：

Δtime
Δpower
Δcurrent

例如：

两点之间功耗差：

约 0.12 W。

4 统计分析

Power Studio 可以对选定区间计算：

最大值
最小值
平均值

例如：

3.3V 电压
电流
功耗
CLKREQ 状态。

5 Annotation 功能

软件支持在波形中加入：

标记
注释
问题点

例如：

Test1  Test2  Issue point

这些标记可以自动生成统计报告。

十、PAM在PCIe低功耗验证中的价值

在笔记本平台中，L1.2 低功耗验证非常重要。

常见验证问题：

1 SSD 无法进入 L1.2

原因可能包括：

CLKREQ 未拉高
BIOS 未开启 ASPM
SSD firmware 不支持 L1SS

2 L1.2 功耗过高

原因可能包括：

SSD controller bug
电源管理配置错误

3 L1.2 进入时间异常

可能与：

ASPM latency
Power gating timing

有关。

通过 PAM 可以同时观察：

CLKREQ功耗电压电流

因此可以精准定位问题。

十一、PAM 与 PCIe Protocol Analyzer 的区别

PCIe 调试通常需要两类工具：

工具	作用
PCIe Protocol Analyzer	协议层工具，价格昂贵
Quarch PAM	功耗行为，价格亲民，经济

例如：

PCIe L1 entry      ↓CLKREQ toggle      ↓Power drop

PAM 可以验证：

低功耗是否真实发生。

十二、总结

Quarch PAM 是一款专门针对 PCIe 设备的 功耗分析平台。

其最大特点是：