PCIe Gen6协议测试和环境搭建工具最新进展
PCI Express (PCIe) 的发展对于推动现代计算的性能发挥了重要作用。在介绍PCIe Gen6测试工具和测试环境进展状况之前，我们先简要看一下，PCIe Gen6 相对于PCIe Gen5 在技术上发生了哪些重大变化。
1. 是什么推动了 PCIe 向Gen6发展？
在过去的PCIe几代发展过程中，PCIe 性能是由多种设备的发展所驱动的，包括：
GPU
NVMe 存储设备 (SSD)
高速网络接口卡 (NIC)
其他高速互连外设，例如 USB-C 和 Thunderbolt
然而，随着 Gen5 PCIe 的出现，我们看到较小范围的设备受益于速度的提升。由于控制器和 NAND 闪存芯片的限制，大多数 SSD 不需要 Gen5 速度。Gen5 的优点是可以在使用一半数量的 PCIe 通道的情况下实现相同的速度。
同样，大多数 NIC 和其他外设可以从少量 Gen5 通道获得所需的带宽。
Gen5 和更高速度的主要驱动力现在来自游戏 GPU 和（最近）人工智能AI加速器的要求。在这两种情况下，通常使用 PCIe 插槽的完整 16 个通道，因此进一步提高性能需要升级到下一代。
到 2023 年下半年，我们看到了引入 Gen6 系统路线图的巨大推动力，多家公司计划在 2024 年发布重大开发版本。对 GPU 计算能力的需求几乎完全由人工智能发展驱动。总线速度加倍将给AI人工智能公司带来重大好处。
2. 速度变化
Gen5 PCIe 的推出每通道的最大理论带宽为 32 GT/s（每秒千兆传输）。这相当于每通道大约 4 GB/s（每个lane）或 x16 连接的 64 GB/s。
PCIe Gen6 更进一步，将带宽再次加倍至每通道 64 GT/s。这意味着每个方向上每个通道的速度约为 8 GB/s，对于 x16 设备而言，速度可达惊人的 128 GB/s。
请注意，这是“理论”带宽，由于协议的开销，实际性能会较低。
3. 信号变化
PAM4 Gen5 PCIe 使用具有 2 个电压电平的 NRZ 信号，表示二进制 0 和 1 。Gen6 使用更复杂的 PAM4 系统，有 4 个电压电平。Gen5 和 Gen6 具有相同的 16 GHz 基频，但由于采用 PAM4 编码，Gen6 的抗噪能力仅为 Gen5 的三分之一，因此需要更严格的设计容差。
前向纠错或 FEC这是协议的新增内容，用于纠正传输中发生的较小错误，而无需重新传输数据。与第 5 代相比，这些额外的错误恢复数据增加了额外的开销。
流量控制单元 (FLIT)
Gen 6 PCIe 引入了新的数据传输结构以及 FEC，以减少开销并实现更快的数据传输。这将需要新的解码系统，并且与第五代相比是一个巨大的变化。
4. 电源效率
新的节能状态允许一些PCIe Lane通道关闭，而另一些PCIe Lane通道继续运行。这样可以在负载变化时实现可扩展的性能，同时最大限度地减少功耗。新的电源状态称为 L0p
5. 连接器变化
市场上已经有适用于 AIC（插槽）设备的 Gen6 连接器。适用于 E1、E3 和 CXL的现代EDSFF 连接器预计也将在 Gen6 版本中提供。
鉴于SFF-8639（用于 U.2 和 U.3 驱动器）较旧的性质以及 SSD 上 Gen6 的优势较低，该连接器确定不会进入 Gen6。 M.2接口目前状态未决。
6. 板级布线设计带来的挑战
Gen6 信号对于板级走线和布线将是一个重大挑战。FEC 将有助于恢复较小的错误，但转向 PAM4 将显着减少系统中的 SI（信号完整性）开销。这将使数据容易因丢失和串扰而出错。
损耗Gen6 的总插入损耗预算为 32dB，低于 Gen5 规范中的 36dB。这是一个很小但很重要的变化，将限制走线的长度和转换的数量（连接器和类似的）
串扰这是从一个通道到另一个通道的干扰（串扰）。使用 PAM4，干扰更改数据位的可能性显着增加。这使得PCIe Gen6的串扰风险更高，需要更复杂的设计来缓解。
7. Gen5与 Gen6 PCIe 兼容性
与前几代 PCIe 一样，保持了向后和向前兼容性。旧设备应在新的 Gen6 插槽中运行，而 Gen6 设备在放入旧插槽时应降低速度。向后兼容性的要求显着增加了 Gen6 硬件的复杂性，特别是SERDES，它必须支持 NRZ 和 PAM4 编码并在运行中在它们之间进行切换。
下面是Saniffer的重要合作伙伴的PCIe Gen6测试工具的进展情况。
PCIe Gen6测试工具和测试环境进展状况
SerialTek作为业内领先的协议分析仪厂家，已经在2023年Q4推出了PCIe Gen6/CXL协议分析仪，训练器，可以模拟PCIe Gen6 和CXL 3.0/3.1的RC（Root Complex, CPU端）以及EP（Endpoint，各类device controller插卡），以及针对协议的兼容性测试套件CTS。
Quarch 正在finalize其PCIe Gen6 测试工具，因此当您拥有Gen6产品原型时，Quarch应该准备好了用于功耗分析和热插拔/故障注入的测试解决方案，目前在Q4/2024即将发货针对PCIe Gen6 AIC, E1.S, E3.S等接口的测试方案。
SanBlaze将于2024年底或者2025/1月份将推出支持PCIe Gen6 SSD和SSD卡的测试设备。
SerialCable已经于Q4/2024年推出了一些支持PCIe Gen6 的转接卡，可以配合Quarch集成使用，还有转接或者延长线缆等，另外会逐渐推出Gen6 Switch卡，retimer卡，测试盘柜，其它转接卡等等服务PCIe Gen6信号品质的搭建PCIe Gen6测试环境所需的基础组件。参见下图，图中都是PCIe Gen6产品，其中红圈中就是支持配合Quarch PAM的Gen6 EDSFF/AIC的转接卡+PAM测试治具。
如果你有其他任何关于PCIe5&6.0, CXL, NVMe/NVMoF, NAND, DDR5/LPDDR5以及UFS测试方面的问题想咨询，请添加saniffer公众号留言，或致电021-50807071 / 13127856862，sales@saniffer.com。
参见Saniffer公众号之前发表的针对PCIe Gen6 SSD测试的各种工具的进展状况总结，或者发布的《PCIe5&6.0, CXL, NVMeNVMoF, SSD, NAND, DDR5, 800GE测试技术和工具白皮书_ver11.11》相关章节获得更多关于PCIe Gen6测试工具的内容。
