PCIe 7.0 Protokolltest fuer KI-Infrastruktur

Steigende Rechenanforderungen im Bereich kuenstlicher Intelligenz erfordern extrem breitbandige Verbindungsstrukturen fuer Beschleuniger, Prozessoren und Speichersysteme. Die PCI Express 7.0 Spezifikation adressiert diesen Bedarf mit einer Verdopplung der Rohdatenrate auf 128 GT/s, stellt Entwicklungs- und Testingenieure jedoch vor komplexe Herausforderungen bei der Signalintegritaet, dem Verbindungsaufbau und der Protokollvalidierung.

Signalkomplexitaet und Validierungsherausforderungen bei 128 GT/s
Mit dem Uebergang zu PCIe 7.0 verdoppelt sich die Bandbreite gegenueber der Vorgaengergeneration auf 128 GT/s pro Lane. In hochintegrierten Rack-Scale-Architekturen fuer Rechenzentren und KI-Cluster verbinden diese Schnittstellen Grafikprozessoren, anwendungsspezifische Beschleuniger, Switch-Fabrics und koharente Speicherstrukturen. Auf physikalischer und logischer Ebene fuehrt diese Geschwindigkeitssteigerung zu hoeheren Daempfungsverlusten, engeren Jitter-Budgets und erhoehter Fehlerratenanfaelligkeit.

Fuer Entwickler verschiebt sich der Schwerpunkt zunehmend auf die Protokollebene. Die korrekte Aushandlung ueber die Link Training and Status State Machine, die fehlerfreie Verarbeitung der FLIT-basierten Codierung sowie die Erkennung von Paketfehlern auf Transaktionsebene muessen unter realen Betriebsbedingungen verifiziert werden. Fehlerhafte Zustandsuebergaenge oder Paketverluste fuehren ohne fruehzeitige Testwerkzeuge zu zeitintensiven Design-Iterationen in der Siliziumphase.

Architektur und Funktionsweise der Testplattform
Die Plattform von Keysight Technologies umfasst einen Protokollanalysator, einen Exerciser x16, eine Test-Backplane sowie eine dedizierte Analysesoftware. Das System dient als aktiver Link-Partner zur Emulation realer Endpunkte und Host-Systeme waehrend der Inbetriebnahme neuer Halbleiterkomponenten.

Durch eine optimierte Signalverarbeitung ermoeglicht die Architektur die Erfassung von Protokoll-Traces ohne vorheriges manuelles Abgleichen des Analysators. Entwickler koennen LTSSM-Statuswechsel, FLIT-Paketstrukturen und Fehlerkorrekturmechanismen direkt beim Verbindungsaufbau ueberwachen. Der vollstaendige Workflow deckt damit die Phasen von der ersten Bring-Up-Validierung des Siliziums ueber funktionale Interoperabilitaetstests bis hin zu formalen Konformitaetspruefungen gemaess PCI-SIG-Standards ab.

Interoperabilitaet und Integration im Halbleiterdesign
Zur Absicherung der Protokollinteroperabilitaet wurde die Testloesung im Zusammenspiel mit praxiserprobter Silizium-IP eingesetzt. Neeraj Paliwal, Senior Vice President fuer Silicon IP Product Management bei Synopsys, betonte die technische Bedeutung stabiler 128-GT/s-Verbindungen zwischen serienreifer IP und Messtechnik fuer die Zuverlaessigkeit kommender Rechenzentrums-Designs.

Dr. Joachim Peerlings, Vice President der Network and Data Center Solutions Sparte bei Keysight, fuehrte aus, dass neben der reinen Bandbreitenskalierung vor allem eine funktionierende Interoperabilitaet im Oekosystem erforderlich ist, um Risiken bei Halbleiter- und Systementwicklungen fuer KI-Workloads zu reduzieren. Neben den Protokollwerkzeugen umfasst das Pruefportfolio korrespondierende Loesungen fuer Transmitter- und Empfaengertests, um auch die physikalische Schicht gemaess den Spezifikationen zu charakterisieren.

Zusaetzlicher Kontext:
Dieser Abschnitt enthaelt technische Spezifikationen und ein wettbewerbsfaehiges Benchmarking, die nicht in der urspruenglichen Produktankuendigung enthalten waren.

Die Evolution des PCI-Express-Standards verdeutlicht den technologischen Sprung der Generation 7.0:

PCIe 5.0 arbeitet mit einer Rohdatenrate von 32 GT/s unter Verwendung einer klassischen Non-Return-to-Zero-Modulation (NRZ) und 128b/130b-Blockcodierung.

PCIe 6.0 fuehrte den Uebergang zu PAM4 (Pulse Amplitude Modulation mit 4 Stufen) bei 64 GT/s ein und etablierte feste 256-Byte-FLITs (Flow Control Units) in Kombination mit Vorwaertsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC), um die hoehere Bitfehlerrate von PAM4 auszugleichen.

PCIe 7.0 verdoppelt diesen Durchsatz auf 128 GT/s bei Beibehaltung der PAM4-Signalisierung und der FLIT-Architektur, wodurch ein x16-Link eine bidirektionale Bandbreite von bis zu 512 GB/s erreicht.

Im Bereich der Protokollanalyse fuer Hochgeschwindigkeitsschnittstellen konkurriert Keysight primaer mit etablierten Testplattformen wie Teledyne LeCroy (beispielsweise der Summit-Serie fuer PCIe 6.0 und fruehe PCIe 7.0 Entwicklungen). Waehrend Teledyne LeCroy traditionell weite Verbreitung bei Konformitaetstests und tiefgehender Aufzeichnung komplexer Transaktionsschichten aufweist, positioniert sich Keysights integrierte Plattform insbesondere durch die nahtlose Verknuepfung von physikalischer Schichtanalyse (Oszilloskope, Bit Error Rate Tester) mit automatisierter Link-Training-Transparenz ohne langwieriges Tuning fuer Entwicklungszyklen im KI- und Server-Segment.

Edited by Sucithra Mani, Induportals editor – adapted by AI.

www.keysight.com