【導讀】由于 5G 和IoT互聯(lián)設備及相關(guān)高帶寬要求預計將大幅度攀升，所以數據中心運營(yíng)商需要遷移到帶寬更高的網(wǎng)絡(luò )，其中的帶寬要超過(guò)當前通常使用的100 GB 以太網(wǎng) (100GE)。 遷移到下一代 400GE 網(wǎng)絡(luò )要求更快速的內存和更高速的串行總線(xiàn)通信。除了把以太網(wǎng)接口升級到 400GE，服務(wù)器還需要采用速度更高的串行擴展總線(xiàn) 接口和內存。
由于 5G 和IoT互聯(lián)設備及相關(guān)高帶寬要求預計將大幅度攀升，所以數據中心運營(yíng)商需要遷移到帶寬更高的網(wǎng)絡(luò )，其中的帶寬要超過(guò)當前通常使用的100 GB 以太網(wǎng) (100GE)。 遷移到下一代 400GE 網(wǎng)絡(luò )要求更快速的內存和更高速的串行總線(xiàn)通信。除了把以太網(wǎng)接口升級到 400GE，服務(wù)器還需要采用速度更高的串行擴展總線(xiàn) 接口和內存。
PCIe (PCI Express) 擴展總線(xiàn)現在正遷移到最新標準化的 PCIe 5.0，也稱(chēng)為 PCIe Gen 5。 與此同時(shí)，DDR ( 雙倍數據速率 ) 內存也正從 DDR 4.0 遷移到 DDR ≈ 5.0。 PCIe Gen 5 規范是 PCI-SIG開(kāi) 發(fā)的 PCIe 4.0 標準的快速晉升增強版本。PCI-SIG 是一家標準機構，規定了所有PCIe規范。隨著(zhù)PCIe 5.0 插件機電 (CEM) 規范的最終確定，PCIe 5.0 標準最近完成并于 2021 年 6 月發(fā)布，這是 2019 年發(fā)布的現有 PCIe 5.0 基本 ( 硅 ) 規范的姊妹篇。
PCIe 標準演進(jìn)，傳輸速度翻番
最初的并行 PCI 總線(xiàn)于 1992 年問(wèn)世，旨在擴展個(gè)人電腦的功能，允許添加顯卡和網(wǎng)卡及許多其他外設。PCIe 是一種高速串行總線(xiàn)， 旨在代替 PCI 及其他現有的傳統接口，如 PCI-X (PCI eXtended) 和 AGP ( 加速圖形端口 )。PCIe 不僅吞吐量高，而且體積小，鏈路寬度可以在 ×1 路、×2 路、 ×4 路、×8 路、×16 路間擴充。PCIe 基于根復數 ( 系 統 / 主機 ) 與端點(diǎn) ( 插件 ) 之間的點(diǎn)到點(diǎn)總線(xiàn)拓撲，支持基于包的全雙工通信。
PCIe 雙工鏈路通信
PCIe 1.0 標準在 2003 年問(wèn)世，提供了 2.5 G 傳送 / 秒 (2.5 GT/s) 的速率。PCIe 目前提供 2.5 GT/s ~ 32 GT/s 的速率。 PCIe 5.0 把 PCIe 4.0 傳送速率翻了一番，從 16 GT/s 提高到 32 GT/s，但沒(méi)有提供任何新增功能，因為當時(shí)的目標是在最短的時(shí)間內提供額外的速度。
目前發(fā)布的所有 PCIe 標準都采用非歸零 (NRZ) 信令。 但是，PCI-SIG 目前正在開(kāi)發(fā) PCIe Gen 6 規范，將再次把傳送速率翻一番，達到 64 GT/s，將從 NRZ 信令遷移出去。而 Gen 6 第六代規范將采用 PAM-4信令，以及低時(shí)延FEC (前向糾錯) 技術(shù)來(lái)改善數據完整性。
所有 PCIe 標準都必須向下兼容，也就是說(shuō)，PCIe 5.0 (32 GT/s 最大數據速率 ) 還必須支持 2.5 GT/s、5 GT/ s、8GT/s、16 GT/s 及 32 GT/s。
PCIe 規范時(shí)間線(xiàn)
PCIe 通路和鏈路速度
PCIe 一致性測試，面臨特定挑戰
PCI-SIG 是非專(zhuān)有 PCI 技術(shù)標準和相關(guān)規范的開(kāi)發(fā)者，PCIe現在已經(jīng)成為服務(wù)器事實(shí)上的標準。PCI-SIG 規定了 PCI 規范，以支持要求的 I/O 功能，同時(shí)向下兼容以前的規范。為了能夠在整個(gè)行業(yè)內采用 PCI 技術(shù)，PCI-SIG 同時(shí)支持互操作能力和一致性測試，包括實(shí)現一致性必需執行及通過(guò)的測試。
PCI-SIG 允許會(huì )員針對其他會(huì )員產(chǎn)品和測試套件進(jìn)行互操作能力測試，參加測試的產(chǎn)品要么通過(guò)測試，要么未通過(guò)測試。為了通過(guò)正式的一致性測試， 產(chǎn)品必須通過(guò)至少 80% 的互操作能力測試，并通過(guò)所有標準性的一致性測試。
PCIe 5.0 面臨特定的挑戰。PCIe 4.0 的最大數據速率是 16 GT/s，是 PCIe 上一代的速度加強規范，經(jīng)驗證實(shí)現起來(lái)要比以前的標準更難。在 PCIe 5.0 中，計算機 PCIe 通道和主板都面臨著(zhù)明顯的挑戰，因為要處理 32 GT/s 數據速率。除了在較低數據速率遇到的挑戰外，PCIe 5.0 設備預計還會(huì )遇到明顯的信號完整性挑戰。泰克擁有針對所有數據速率 (Tx、Rx 和 PLL 帶寬 ) 的 PCI-SIG 批準的測試套件。
泰克 PCIe Gen 5 Tx 一致性測試解決方案
泰克是 PCI-SIG 的主要貢獻者，為 PCIe 4.0 和 5.0 物理層測試規范做出了重大貢獻，為確定 PCIe 6.0 Tx/Rx 測量方法做了大量探尋道路式的試驗。泰克還在 PCIe 標準開(kāi)發(fā)和實(shí)現過(guò)程中在一致性和互操作能力測試方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
PCIe 5.0 發(fā)射機測試，適當的測試設備和自動(dòng)化軟件至關(guān)重要
在開(kāi)發(fā) PCIe Gen 5 發(fā)射機器件時(shí)，不管是在基本 ( 芯片 ) 級還是在 CEM ( 系統和插件 ) 級，都將要求芯片級驗證 ( 通常由 PHY IP 公司執行 ) 和預一致性測試， 然后才能把器件提交給 PCI-SIG 進(jìn)行正式的一致性測試。因此，獲得適當的測試設備及相關(guān)自動(dòng)化軟件至關(guān)重要。
PCIe 一致性測試包括：
● 電氣測試 - 評估平臺、插件發(fā)射機 (Tx) 和接收機 (Rx) 特點(diǎn)
● 配置測試 - 評估 PCIe 器件中的配置空間
● 鏈路協(xié)議測試 - 評估器件的鏈路級協(xié)議特點(diǎn)
● 交易協(xié)議測試 - 評估器件的交易級協(xié)議特點(diǎn)
● 平臺 BIOS 測試 - 評估 BIOS 識別和配置 PCIe 器件的能力
在電氣測試方面，它分成兩套測量，一套是基本級，一套是 CEM 級。這些測試又分為標準性測試和參考性測試：
PCIe 基本和 CEM 一致性測量
眼圖
這兩類(lèi)測量都要求高帶寬實(shí)時(shí)示波器，要能夠捕獲數據波形。然后采用后處理技術(shù)，進(jìn)行基本規范和 CEM 規范中要求的相應的電壓和定時(shí)測量。不相關(guān)抖動(dòng)考查在去除包和通道碼間干擾 (ISI) 后系統固有的抖動(dòng)。 除了抖動(dòng)外，示波器還要進(jìn)行眼高和眼寬測量?；疽幏吨幸幎舜罅康摹耙恢滦詼y試碼型”。推薦使用包含多次發(fā)生的整個(gè)一致性測試碼型的波形記錄，來(lái)構建代表性眼圖。
在器件的基本 Tx 測試中，規范規定直接在發(fā)射機的引腳上進(jìn)行測量。如果不能直接接入，那么測試點(diǎn)應盡可能靠近器件引腳。如果用戶(hù)很好地了解 S 參數， 那么通過(guò)物理復現通道或仿真，可以反嵌任何接續通道損耗。從 4.0 規范開(kāi)始，描述了另一種反嵌技術(shù)， 在波形后處理過(guò)程中，對不相關(guān)抖動(dòng)測量應用 CTLE ( 連續時(shí)間線(xiàn)性均衡 )，可以有效消除直到引腳的 ISI。
Tx 均衡器預置
提交 PCI-SIG 認證的任何 PCIe 5.0 產(chǎn)品，都必須使用規定的 Tx 均衡器設置預置成功地通過(guò)一致性測試，支持速度從 2.5 GT/s 直到 32 GT/s。這些預置用來(lái)均衡碼流內部的頻率相關(guān)衰減差引起的碼間干擾，改善了信號完整性。每個(gè)預置都是下沖 ( 光標前 ) 和去加重 ( 光標后 ) 的特定組合。
目前有各種特定實(shí)現方案，讓 DUT 發(fā)射機掃描通過(guò) 各種數據速率和 Tx EQ 預置。但是，基本規范規定了一種常用的方法，其中向接收機的通路 0 傳送一個(gè) 100 MHz時(shí)鐘突發(fā)。這可以采用任意函數發(fā)生器(AFG) 自動(dòng)實(shí)現。
對最大速率為32 GT/s 的 PCIe 鏈 路， 基本時(shí)鐘 (Refclks) 存在著(zhù)新的驗證挑戰?；疽幏兑呀?jīng)與數據速率成比例擴大抖動(dòng)極限，但 Gen5 不成比例地把極限下降到 150 fs。這種高頻抖動(dòng)測量要求正確應用公共時(shí)鐘傳送功能，并考慮最壞情況傳送延遲。這一最新版規范還把測量從基本級規范 ( 芯片級 ) 推高到是 CEM 規范要求 ( 外表級 )，必需滿(mǎn)足一致性測試。
CEM 插件 PCIe 5.0 一致性測試及自動(dòng)預置切換
泰克 PCIe 解決方案，讓一致性測試更有信心
示波器帶寬和采樣率要求。對基本 Tx 測試，每條 PCIe 5.0 通路以 16 GHz 速率運行( 因為兩個(gè)比特可以在一個(gè)周期中發(fā)送 )，三階諧波達到 48 GHz。由于在三階諧波以上沒(méi)有太有效的信號信息，所以 PCIe 5.0 基本 Tx 測試只需 50 GHz 帶寬的實(shí)時(shí)示波器。對 CEM Tx 測試，要在最壞情況通道的末端附近進(jìn)行測量，減少了高頻內容，要求 33 GHz 的帶寬。為確保充足的波形后處理 (SigTest)，要求每個(gè)單位間隔最少 4 個(gè)點(diǎn)，CEM 允許最多 2x sinx/ x 插補，所以最低采樣率要達到 128 GS/s。
自動(dòng)一致性測試。在一致性測試中，手動(dòng)執行分析既耗時(shí)又容易出錯。為節省時(shí)間，最好使用自動(dòng)化軟件，其不僅可以減少工作量，還可以加快一致性測試速度。對電氣驗證， PCI-SIG 提供了SigTest 離線(xiàn)分析軟件，使用示波器采集的數據執行分析。自動(dòng)化軟件還控制被測器件 (DUT)，使用任意函數發(fā)生器作為碼型源，讓 DUT 自動(dòng)通過(guò)一致性測試所需的各種速度、去加重和預置。
一輪完整的一致性測試要求在不同的 DUT 設置下每條通路采集多個(gè)波形。這個(gè)波形集合將按需要分析的通路數 ( 最多 16 條 ) 提高。軟件要能夠管理和存儲分析及未來(lái)參考要求的數據，這對任何一致性測試解決方案來(lái)說(shuō)都是一個(gè)重要指標。自動(dòng)化軟件還可以調節示波器水平和垂直設置及采集度。除了配置和分析外，還可以使用自動(dòng)化軟件管理采集的多個(gè)波形。
自動(dòng)化軟件可以選擇數據速率、電壓擺幅、預置和要執行的測試。它還可以提供選項，嵌入包參數模型，反嵌電纜、 測試夾具或到達規范規定的目標測試點(diǎn)所需的其他元素。來(lái)自軟件的分析結果通?？梢詤R編成 PDF 或 HTML 格式的報告，可以包括通過(guò) / 未通過(guò)測試摘要、眼圖、設置 配置和用戶(hù)備注。
通過(guò)使用泰克 DPO70000SX 系列示波器和 AFG31252 任意函數發(fā)生器，PCI Express Gen1/2/3/4/5 解決方案可以在基本級 ( 芯片 ) 和 CEM 級 ( 系統和插件 ) 自 動(dòng)進(jìn)行發(fā)射機驗證和一致性測試。
TekExpressPCIe 5.0 Tx 自動(dòng)軟件功能：
●使 DUT 自主步進(jìn)通過(guò)不同的速度、碼型和 Tx EQ 預置
●在進(jìn)行測量前，在發(fā)射機上檢驗信號是否正確
●執行通道和包嵌入和反嵌
●支持 SigTest 和 SigTest Phoenix 各版軟件和模板文件
●使用 Silicon Labs. “PCIe 時(shí)鐘抖動(dòng)工具”和泰克 DPOJET 軟件進(jìn)行 100 MHz 參考時(shí)鐘抖動(dòng)和信號完整性測量
在歷史上，當新一代 PCIe 器件進(jìn)入一致性測試時(shí)，很大一部分器件在進(jìn)行 PHY 和鏈路訓練一致性測試時(shí)，會(huì )在第一次互操作能力講習會(huì )中通不過(guò)測試。在PCI-SIG講習會(huì )前，確保完善的示波器、AFG、BERT( 用 于 Rx 測試 ) 和自動(dòng)化軟件解決方案到位至關(guān)重要。泰克 PCIe 測試和調試 Tx、Refclk 和 Rx 解決方案可以在互操作能力測試前引導您完成一致性測試和調試，確保您的設計滿(mǎn)懷信心地滿(mǎn)足 PCI-SIG? PCIe 標準要求。
關(guān)于泰克科技
泰克公司總部位于美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng )新、精確、操作簡(jiǎn)便的測試、測量和監測解決方案，解決各種問(wèn)題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng )新能力。70多年來(lái)，泰克一直走在數字時(shí)代前沿。
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