中金 | 智算未来系列五：Retimer，高速互联新机遇

中金 | 智算未来系列五：Retimer，高速互联新机遇 PCIe协议保证信号在CPU与终端之间高速通行，但信号衰减务须解决。PCIe协议是一种高速串行计算机扩展总线标准，为主板与显卡等外围设备连接提供标准化的方案。近年来，高速数据传输协议已由PCIe 3.0（数据速率为 8GT/S）发展至 PCIe 5.0（数据速率为 32GT/S），数据传输速度翻倍的同时带来了突出的信号衰减和参考时钟时序重整问题，这些问题影响了超高速数据传输协议在下一代计算平台的应用范围。 Retimer技术为信号衰减主要解决方案之一。PCI-SIG对于信号传输损耗有严格规范：PCIe4.0损耗不得超过28dB，PCIe5.0损耗不得超过36dB。目前解决方案主要有三：1）PCB板材更换，但在部分场景面临成本较高问题；2）Redriver芯片技术：Redriver芯片作为信号中继器，通过放大信号振幅、修正信号时序偏移来保证信号质量，成本较低，但提升信号质量效果不佳；3）Retimer芯片技术：Retimer芯片主要通过重新生成信号来保证传输质量，信号传输质量佳，可用于长距离高速传输。在解决散热及功耗问题后，相较于前两种方案，Retimer芯片在成本以及信号质量上可以取得平衡。 AI服务器相对于传统服务器对Retimer需求量有较高提升。AI服务器收集、处理巨量数据集对总带宽大小及传输速度、传输稳定性具有较高需求，大规模数据训练带来的分布式计算、存储需求同样需要快传输速度及高传输质量。此外，为保证训练模型质量，保障原始训练数据的完整性、真实性，减少数据错误及损失同样至关重要。因此AI服务器往往存在大量PCIe 5.0插槽接口需求，同时单插槽接口也将具有多条lane以提供更多、更快的数据传输，潜在Retimer芯片需求量大。据澜起科技表示，目前一台配8块GPU的主流AI服务器有8颗甚至16颗PCIe 5.0 Retimer芯片需求。 风险 AI服务器出货量不及预期，PCIe 5.0渗透率不及预期。 Retimer芯片：信号损耗优选解决方案之一 PCIe协议：代际速度高增，致力于高速传输 PCIe协议采用串联方式保证信号稳定在CPU与终端之间高速通行。PCIe协议是一种高速串行计算机扩展总线标准，为主板与显卡等外围设备连接提供标准化的方案。其脱胎于PCI及PCI-X系产品，由PCI-SIG开放式行业联盟研发、维护及制定标准。PCI-SIG联盟形成于1991年，由Intel率先牵头发起，至今已包含Intel、AMD、NVIDIA、Dell、HP等诸多知名企业，致力于提供更好的PCIe协议技术，并在软硬件相关领域推广统一标准。回顾PCI协议发展历史，1992年PCI 1.0出现，凭借32bit位宽下128MB/s的传输速度取代ISA的市场地位；1998年PCI-X v1.0为PCI总线技术的扩展版，在32bit位宽下提供达533MB/s的传输速度；2003年PCI-SIG发布PCIe 1.0技术，以串行架构取代过去的并联架构，具有信号互扰少、传输速度快的优势。 PCIe协议兼取并联之长，吞吐效率受通道数量影响。受到PCI及PCI-X并联通道启发，PCIe协议利用并联技术优势，可提供不同通道数量传输需求。PCIe 1.0单通道提供约250MB/s单向传输速度，同时可提供x1、x4、x8、x16、x32不同通道数量规格。单个lane由两对差分线组成，一对用于接收信号，一对用于发送信号，每对差分线由两根并行、传输相反信号的导线构成，接收器检测到两信号差值，而噪声与干扰往往以相同方式影响线路，故而噪声会相互抵消掉，信号传输具有更好质量。此外，差分设计还有利于降低信号的衰弱及失真、减少邻近导线扰动，因而差分线可使用更高的时钟脉冲频率。相较PCI的并行数据信号技术而言，PCIe技术单通道使用更短的信号线即可达到更大的总线带宽。PCIe串行总线技术同时兼有并行优势，自2003年PCIe 1.0技术创始起，即可响应多条通道数量同时进行，PCIe card产品可根据需求自由设计不同尺寸的插槽与配置，多条通道成倍数提升传输速度，提升数据吞吐效率。 PCIe协议迭代频率稳定，代际间传输速度翻倍增长，高速传输中存在信号损失问题。PCIe协议保持稳定迭代速度，自2003PCIe1.0出现至2010每3~4年迭代一次，2017至2021年每2年迭代一次，均向后兼容前代版本。受益于编码方式从8b/10b转变为128b/130b，2017年推出的PCIe 4.0单通道传输速度提升至约2GB/s，PCIe 5.0、PCIe6.0单通道传输速度分别提升至4GB/s及8GB/s。PCIe协议作为高速串行计算机扩展总线标准，是PCI-SIG联盟制定与管理的行业规范，并不直接提供产品。PCIe技术迭代需求主要受相关行业需求影响，PCI-SIG联盟涵盖硬件厂商、系统集成商、软件开发商及其他技术公司，相关行业对于带宽速度要求的不断增长推动PCIe的技术迭代。高速传输中信号损失高等问题难以避免，保障信号传输质量为关键需求。