从测试工具厂商看全球PCIeGen5研发面临的挑战和趋势

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四家业内知名的PCIe测试工具厂商，即SerialTek, SerialCables, SanBlaze, Quarch大概从一年半前开始都陆续发布了PCIe Gen5相关的产品，通过最近和这些厂商的密切沟通交流，以及和国内客户的沟通，针对Gen5产品开发我们发现存在下面几个挑战和趋势：

1)PCIe Gen5诊断分析工具存在很大挑战

其实这部分调整不仅仅体现在测试工具上面，同时也体现在下述涉及的搭建Gen5测试环境。在研发阶段，不仅需要高性能的示波器，对于大部分芯片开发来讲也需要PCIe Gen5协议分析仪。众所周知，协议分析仪必须将对应接口的interposer串接在链路中间，由于Gen5对于信号的高要求，目前这种机制已经带来了大量的问题，包括建链不成功，无法复现故障，抓不到数据，抓到的全是错误，等等。据SerialTek公司VP介绍，在美国，自从2021年下半年起遇到大量客户涌入要求试用Gen5分析仪，其中包括不少已经购买了Gen5分析仪的公司，这从侧面间接也说明了信号问题的严重性。

2)PCIe Gen5测试环境搭建成为目前的突出问题

目前Intel仅提供桌面级的Gen5 CPU，几个主要的主板厂商的Gen5 x16插槽信号质量都不大好。我们大概两个月前购买并测试了A厂商的产品，Gen5 x16 host card插入其唯一的Gen 5 x16 slot只能和Intel Gen 5 CPU协商成Gen 3，大概2周前A公司发布新的BIOS，升级后总算可以协商成Gen 4。B公司产品到目前为止也仅能协商成Gen 4。总体来看，两台设备的Gen5插槽信号质量堪忧。

一些前期的Gen 5用户，采用转接卡进行转接的时候信号质量出现严重衰减。Gen 5对于PCB板材，过孔，接插件的要求非常高，并且目前在全球物料短缺的情况下很多物料很难买到。PCIe Gen5的信号质量成为一个突出问题，尤其是涉及到转接，延长等问题的时候。这个在Gen 5问题诊断的时候给用户带来了极大的挑战。国外一些专家甚至建议在采用PCIe Gen 5系统设计的时候每隔一个比较短的距离就增加一个Gen5 retimer。

3)PCIe Gen5 SSD的接口选择的趋势

下面是上周和Quarch CTO沟通的总结：

Quarch在2021年全年各类产品出货中，各种接口的测试模块的顺序如下：

Gen 4 NVMe SSD测试模块出货量最大的是U.2, 其次是U.3和EDSFF (E1)。

Gen 5 NVMe SSD测试模块，目前出货量最大的仍然是U.2, 其次是EDSFF (E3) ，后面才是U.3。Gen 5 插卡模块也很受欢迎，主要用于芯片等验证卡的早期产品测试，例如芯片早期bring-up等测试。根据目前的趋势来看，2022年U.2和EDSFF E3将增长非常迅速。EDSFF接口总体上将非常快的受到市场的欢迎。

另外，根据我们和SanBlaze VP的沟通，目前SanBlaze大量出货的PCIe Gen5 RM5默认配置就是16个Gen5 E3.S插槽（对比Gen4 RM4默认配置是16个U.2插槽）。同时，我们也看到一些存储系统业界主流厂商基于Gen 5 NVMe SSD的首发全闪存阵列也多采用E3.S。还有，国内目前开发企业级NVMe SSD的公司很多都从我们公司购买了SerialCables公司的EDSFF各种转接卡和线缆。这些都从侧面印证了EDSFF会在2022年会获得不错的进展。

针对电源拉偏测试设备PPM（Programmable Power Module），销量按照U.2/U.3, EDSFF, AIC和M.2依次递减。

当然，如果考虑到M.2在低功耗状况下各种问题的分析，针对电压/电流/Sideband Signal的实时和回溯分析监测产品PAM（Power Analysis Module）对于客户的吸引力显然更大，使用PAM进行问题分析的效率大大超过了使用示波器，Keysight后者吉时利Keithley传统电源类产品的效率，成为目前业内分析M.2低功耗问题的首选设备。

国内主流的M.2 SSD厂商、系统商（如笔记本厂商），以及第三方政府评测机构都大量采用这PAM设备做问题故障分析和横向对比评测。

4)国内领先的公司都在2022年开始PCIe Gen 5项目

这个不仅仅体现在SSD controller的drive盘领域，同时也涉及到其它各种需要使用高带宽的芯片和板卡设计领域。区别仅是2022年上半年还是下半年而已。

下面是Saniffer公司更新的针对PCIe Gen 5总线以及NVMe SSD的测试工具汇总白皮书6.0版本，该版本和之前的5.5版本做了很多改动，可以扫描下面的微信或者访问Saniffer官网链接下载。

a.增加了pdf文档的“书签”功能，方便工程师在阅读的时候在文档左边直接快速查找到所需内容。同时，也增加了页面底端的页码功能，方便交流的时候索引。

b.白皮书的页数从原来的约200页增加到446页，方便工程师作为日常参考书使用。重点增加了如下内容：

b.1 第2章增加了PCIe Gen 5协议分析仪的各种接口interposer的图片，包括最常用的AIC/Slot, U.2, U.3, M.2, E1.S, E1.L, E3,S E3.L, MCIO, Slim SAS, Mini-SAS-HD, Oculink等，使得SerialTek PCIe Gen 5 analyzer不仅适用于各种接口Gen5 NVMe SSD，也可以广泛用于各类插卡，服务器，存储等应用场景。

b.2 第3章增加了企业级NVMe SSD需要支持的各类新的功能介绍，涉及VDM, ZNS, SRIS, TCG, CMB/HMB, T10/DIF_DIX等等，工程师可以直接下载这些技术的白皮书，详细了解其功能定义，产生背景，以及协议层细节，包括如何使用SanBlaze测试这些功能。

b.3 第7章节增加了7.2 NAND颗粒筛选设备介绍，适用于生产前的颗粒筛选和分级。

b.4 第11章节附录增加了Saniffer的PCIe/NVMe初始化的文章，蛋蛋读NVMe和UFS系列，阿呆实战NVMe系列文章，以及PCIe协议层（DLLP/TLP）层面技术文章，包括热插拔原理，MSI-X，PCIe故障处理，SR-IOV等很多企业级NVMe SSD相关的技术主题。这些不仅方便工程师参阅，同时也有利于在校学生学习PCIe/NVMe技术使用。

提示：可以访问saniffer官方网站（https://www.saniffer.com/cn/downloads/）下载“PCIe Gen 4&5及NVMe SSD测试工具和环境搭建图解_ver6.0”文档以及“VDM, ZNS, SRIS,TCG, CMB/HMB/T10 DIF_DIX测试白皮书”，也可以扫描下面的微信获取。

关于Saniffer公司          

Saniffer公司位于上海张江高科技园区，是国内唯一专注于SSD以及存储系统测试工具领域的综合服务提供商，涉及测试工具覆盖了存储生态的各个环节，从芯片开发，底层固件和驱动开发/验证，测试工程，应用工程，RDT可靠性测试，一直到生产测试。测试的产品涉及存储控制器IP，芯片，HDD/SSD，存储系统，服务器，网络设备研发，设计，生产和制造。

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