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  高速串行收發(fā)器在 20 多年前出現(xiàn)時(shí)便迅速成為一種基礎(chǔ) FPGA 組件。隨著帶寬的爆發(fā)式增長(zhǎng)，它們變得越來(lái)越重要。這些高速收發(fā)器設(shè)計(jì)足夠靈活、可配置性強(qiáng)，能夠直接實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字串行通信協(xié)議，包括以太網(wǎng)、PCI Express (PCIe)、Compute Express Link (CXL)、串行數(shù)字接口 (SDI) 等。長(zhǎng)期以來(lái)，英特爾在高速串行收發(fā)器的開(kāi)發(fā)方面一直保持其先進(jìn)性 (如圖 1 所示)。

  圖1：英特爾® FPGA 收發(fā)器技術(shù)保持先進(jìn)性

  圖 1 顯示，由于采用了十分先進(jìn)的英特爾® FPGA 制程工藝，高速收發(fā)器數(shù)據(jù)速率已從 40 nm 制程節(jié)點(diǎn)的 10 Gbps 提升到了 116 Gbps;同時(shí)，英特爾已展示了一款 224 Gbps 高速收發(fā)器測(cè)試芯片，這預(yù)示著 FPGA 收發(fā)器技術(shù)的發(fā)展方向。

  新近英特爾® FPGA 家族，包括英特爾® Agilex? FPGA、英特爾® Stratix® 10 FPGA 和 SoC FPGA 在內(nèi)，都集成了單獨(dú)的、英特爾稱之為“Tile”的小芯片，用來(lái)實(shí)現(xiàn)高速收發(fā)器。這種基于 Tile 的 FPGA 構(gòu)建方法為快速且經(jīng)濟(jì)高效地開(kāi)發(fā)具有許多功能的廣泛器件系列提供了極大的靈活性。

  圖 2 顯示的是英特爾® Agilex? FPGA 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖中五個(gè)小芯片圍繞著一個(gè)中央半導(dǎo)體芯片，芯片內(nèi)含英特爾® Agilex? FPGA 的可編程邏輯結(jié)構(gòu)及其他邏輯電路，包括 DDR 和高帶寬內(nèi)存 (HBM) 控制器。五個(gè)小芯片中有四個(gè)標(biāo)記了“116G XCVR”、“CXL”、“PCIe 5.0”和“Other Chiplet”字樣，第五個(gè)標(biāo)記為“HBM”的小芯片實(shí)際上是一個(gè)包含了數(shù) GB HBM DRAM 的小芯片堆棧。

  圖 2：英特爾® Agilex? FPGA

  盡管根據(jù)高速串行協(xié)議標(biāo)記了不同的名稱，但“116G XCVR”、“CXL”和“PCIe 5.0”的要表達(dá)的意思相似。英特爾開(kāi)發(fā)了這些小芯片，以提供高速串行收發(fā)器功能。每個(gè) F-tile 收發(fā)器小芯片為 FPGA 增加了 20 條高速收發(fā)器通道。在每個(gè) F-tile 上的 20 個(gè)高速收發(fā)器中，有四個(gè) FHT 收發(fā)器 (每個(gè)收發(fā)器都能夠使用 PAM4 調(diào)制技術(shù)以快達(dá) 116 Gbps 的速度運(yùn)行)，有 12 個(gè) FGT 收發(fā)器 (每個(gè)收發(fā)器都能夠使用 PAM4 調(diào)制技術(shù)以 58.125 Gbps的速度運(yùn)行)。總的來(lái)說(shuō)，這 20 個(gè)高速收發(fā)器可提供超過(guò) 700 Gbps 的數(shù)據(jù)帶寬。對(duì)于最多有四個(gè) F-tile 的英特爾® Agilex? I 系列和 M 系列 FPGA，高速串行總帶寬超過(guò)了 2.4 Tbps。

  英特爾® Agilex? FPGA 家族的高速數(shù)據(jù)傳輸功能，這些功能由 F-tile 的高速收發(fā)器提供支持。演示中使用的是英特爾® SuperLite IV IP，一種低開(kāi)銷的串行流協(xié)議。SuperLite IV IP 利用了 F-tile 的 PHY 直連功能，該功能具有 PMA 直連模式，可繞過(guò) F-tile 媒體訪問(wèn)控制 (MAC) 和物理編碼子層 (PCS) 硬核 IP 模塊。在高速收發(fā)器中繞過(guò)這些元件可大大降低時(shí)延，因而使 SuperLite IV 協(xié)議成為芯片到芯片、板對(duì)板和背板應(yīng)用的理想選擇。

  演示中使用了 F-tile 上的 FGT 收發(fā)器，通過(guò) PAM4 調(diào)制技術(shù)以 53 Gbps 的速度運(yùn)行，并在有著四個(gè) F-tile 的英特爾® Agilex? I 系列 FPGA 中實(shí)現(xiàn)了大于 2.4 Tbps 的總帶寬。掃描下方二維碼觀看演示視頻。