PCIe 5.0均衡模式：缩短链路启动时间

预计在不久的将来，数十亿的互联网连接设备和数据密集型实时应用程序将出现在市场上，而当今数据中心常见的100千兆以太网（GE）速度将不足以处理带宽。因此，我们已经预计数据中心运营商需要将其网络从100 GE迁移到400 GE，从而产生对更快内存和更快串行总线通信的需求。

PCIe 是用于点对点通信的高速差分串行标准。每一代 PCIe 标准都提供比上一代产品更多的功能和更快的数据传输速率。最新一代 PCIe 5.0 将使 PCIe 4.0 的吞吐率翻倍。PCIe 5.0 的传输速率为每秒 32 千兆传输 （GT/s），而 PCIe 16.4 支持的传输速率为 0 GT/s。PCIe 64.5 具有每秒 0 千兆字节 （GB/s） 的单向传输带宽，以 128 GB/s 的双向流量提供数据。

除了将带宽翻倍外，PCIe 5.0 还提供其他新功能，例如：
• 均衡旁路模式，可加快链路初始化速度
• 允许备用协议通过链路训练
进行协商 • 预编码支持，帮助避免突发错误
• 环回增强功能允许模拟串扰行为

在本博客中，我们将介绍 32 GT/s 时的 PHY 逻辑变化，并介绍均衡过程中发生的主要变化。
但是，在深入研究新的均衡模式之前，让我们先谈谈为什么我们需要新模式......

数据速率的提高也意味着信号衰减的增加，这对更高频率的分量影响最大。这最终会导致失真，需要通过均衡程序进行补偿。与 PCIe 3.0 和 4.0 一样，对于以 32GT/s 运行的设备，建议使用均衡来调整发射器和接收器设置以提高信号质量。PCIe 0.1 的均衡阶段（阶段 2、3、5、0）与前几代相同。

让我们看一下启动链接到 32 GT/s 所涉及的步骤。链路最初必须以 0.2 GT/s 的速度训练到 L5，然后依次以 8.0 GT/s、16 GT/s 和 32 GT/s 的速度进行均衡。这被称为传统的“完全均衡”模式。

随着数据速率越来越高，这种方法变得越来越耗时，并增加了链路启动的延迟。根据一些供应商的说法，具有均衡功能的单速转换大约需要~100ms，这意味着启动到300GT / s的链路需要~32ms。优化链路启动的需求导致引入了两种新的可选模式：

为了方便这些可选的均衡模式，修改了 TS OS 的 Symbol5（训练控制）。链路均衡模式由配置状态中通告的相互支持的 EQ 模式决定

以下是 Synopsys 内部模拟的一些片段，显示了不同均衡模式下高达 32GT/s 的连接时间

显示 32G 连接“无需均衡”模式的代码片段（需要 30，368 ns 仿真时间）

下图显示了如何通过新的均衡模式大幅缩短至32GT/s的链路启动时间：

Synopsys PCIe 5.0 VIP 完全符合最新的 PCIe 5.0 规范。我们的VIP有助于解决链路均衡的主要验证挑战，以确保LTSSM在上图中列出的所有三种均衡模式下正确转换。选择可选的均衡功能支持，允许覆盖整个LTSSM状态范围，以及连接期间的速度转换可能性都是完全可配置的。用户还可以配置预设、预设提示或系数等。以确保 DUT 可以正确执行链路均衡。

Synopsys VIP 和测试套件提供完整的解决方案，其中包含一系列测试，以验证 PCIe 5.0 均衡功能的各种类型的 DUT（EP DUT、RC DUT、PHY DUT 和重定时 DUT）。

审核编辑：郭婷