Intel展示3nm的Serdes芯片：PAM 6、224Gb/s

今年的ISSCC會議在舊金山舉行，來自英特爾、AMD、臺積電，甚至人工智能初創公司的多場演講都在談論他們過去的所作所為。然而，關于他們未來的工作的演講總是吸引很多人參加。該展會還設有演示區，擁有硅片可供演示的公司將在此展示他們的硬件。除了 IBM 的 NorthPole（可能會得到自己的報道）、Axelera 的新型 AI 芯片、Rebellion 的 Atomus AI 芯片等之外，英特爾還展示了其最新的 3nm 硅內設計。

這不是 CPU 核心，而是SERDES連接。當芯片在封裝上相互通信或與外界通信時，會建立一些連接，為了使該連接快速，數據從數字轉換為模擬，然后串行化和反串行化。SER（序列化）和DES（反序列化）。PCIe 是使用 SERDES 連接的最常見接口，但 QPI 和網絡等其他芯片到芯片協議也需要它們。在某些計算機中，它是現有最快的信號 IP，旨在傳輸片外數據。在新一代基于小芯片的系統中，芯片之間的連接將定義可以實現的帶寬。因此，在過去 10 年中，我們看到了 SERDES 連接速度的增長——通道和絕對傳輸速度的增長。

例如，多年來使用 SERDES 的 PCIe 傳輸速率已從每秒 1 GB 提高到每秒 32 GB。然后，PCIe 利用多個 SERDES 鏈路（例如 x1、x2、x4、x8、x16）來倍增連接的整體帶寬。PCIe作為一種協議引入了編碼開銷，因此SERDES鏈路的傳輸速率實際上高于PCIe的報價帶寬，這對于SERDES鏈路類型來說是常見的。

到目前為止，我一直在假設 SERDES 鏈接只是發送 1 和 0，例如傳統的二進制模式。在模擬世界中，這稱為NRZ，或不歸零。這意味著信號可以是 1 或 0，在開發高速鏈路時，確保能夠區分這兩者至關重要。該領域的工程師和公司通常喜歡展示“眼圖”，以表明其設計中 1 和 0 之間的差異。為了得到這個圖，他們疊加了數千甚至數百萬個連接周期，顯示 1 或 0 不會互相干擾。

增加鏈路帶寬（例如 8 GB 鏈路）的另一種方法是每次傳輸編碼更多位。我們現在不再關注 NRZ，而是關注脈沖幅度調制 (PAM)。展示這一點的最簡單方法是一個示例，其中信號中有四個級別，稱為 PAM-4：

該信號現在傳輸四個值之一：11、10、01 或 00。因此，我們不能使用 PAM-4 提交兩位信息，而不是使用 NRZ 傳輸一位信息。因此，PAM-4 處的 8 GT/s SERDES 鏈路的理論帶寬為 16 Gbps。

對于更高速的連接，我報告了隨著時間的推移，56 Gbps 和 112 Gbps 連接進入市場的情況。這些是多鏈路 SERDES 連接以及編碼方案的變化的混合。這些技術不僅適用于網絡或連接到 FPGA 的收發器，而且 GPU 到 GPU 連接也利用了這些高速連接。

隨著連接帶寬的增加，公差和制造精度也大幅提高。因此，由于成本原因，我們經?？吹竭@些高速連接首先在較舊的工藝節點（例如 28 納米或 16 納米）中展示，然后才進入可以提供更高效率的更密集的工藝節點。此外，根據應用的不同，如果可以應用更復雜的編碼方案，則可以更容易地以較低的比特率開始傳輸。

考慮到這一切，英特爾在 ISSCC 2024 上展示了一些令人印象深刻的芯片。它不僅適用于一些最快的 SERDES 連接帶寬數字，而且還采用 3nm 硅——一種尚未商用的工藝節點。最重要的是，他們集成了 PAM-6 編碼方案。該芯片名為 Bixby Creek。

PAM6 意味著每次傳輸編碼更多位，但區分這些位也變得更加困難。與常規 NRZ 相比，如果 PAM4 提供 2 倍的帶寬，那么 PAM6 總體上應提供 2.58 倍左右的帶寬。不過，所有這些都具有相同的功率，因此在這種情況下它提供了令人難以置信的功率效率。

英特爾之前曾在 IEEE 活動中展示過 224 Gb/s，傳輸 (Tx) 為每比特 1.9 皮焦耳，接收 (Rx) 為每比特 1.4 皮焦耳（合計 3.3 pJ/位）?，F在，當每秒傳輸 GB 字節時，該值可能很高 - 以 3.3 pJ/bit 的速度傳輸 1 Terabit 相當于 3.3 瓦。這一新演示將傳輸功率降低至每比特 0.92 pJ，將傳輸側的功率減半，并在英特爾即將推出的工藝節點之一上實現。所有這些都在 0.15mm2 的硅中實現。

這在宏偉的計劃中意味著什么？流程節點技術與任何流程節點非常相似，需要驗證各種 IP 塊，以便客戶能夠使用它們。對于任何構建新節點的代工廠來說，這意味著確保設計的數字邏輯和模擬部分協同工作。

對于英特爾來說，他們正在為其新節點實施一種滴答平臺 - 在intel 4 上，只有高速邏輯和一些 SERDES 將得到驗證，但對于intel 3 來說，將為客戶提供大量 IP，這就是為什么 Intel 3 是作為代工廠的一部分提供的。與intel 20A 類似，它專注于高速邏輯和一些 SERDES，但18A將為客戶準備好并經過驗證的全套 IP。

即便如此，英特爾仍將在內部和外部（臺積電、三星）的各種節點上創建IP以供使用。它是僅供內部使用還是作為可許可的知識產權提供，取決于產品的性質。本文和演示的主要作者之一確認，英特爾在臺積電和英特爾上提供了大量高速 SERDES 連接。

原文鏈接 https://morethanmoore.substack.com/p/intel-demonstrates-high-speed-3nm




審核編輯：劉清