AI伺服器中不容忽視的Retimer裝置 with MXIC NOR-flash

由AI伺服器這波浪潮催生下的Retimer晶片需求,Retimer晶片已悄悄應用於80%以上的AI伺服器。目前一台典型的配置8塊GPU的主AI伺服器需要8顆甚至16顆PCIe 5.0 Retimer晶片。

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什麼是Retimer?不為人知的Retimer,高速互連背後的功臣

Retimer的出現是PCIe發展到某一階段的必然產物。

在PCIe 4.0及更早版本之前,資料傳輸速率相對較低,對訊號完整性的要求不高,但到了PCIe 5.0時代,資料傳輸速率提高到32GT/s,訊號衰減和抖動問題開始突出,PCIe 6.0實現了更高的傳輸速度,達到64GT/s,是PCIe 5.0的兩倍。

自新冠疫情橫掃全球 隨之改變的環境方式,讓每個人的生活以及工作型態有了相當程度重大的轉折。而其中,最為明顯的變革就是快速走向「數位轉型」,而這數位化的趨勢,隨著5G的積極部署、以及AI的大量導入,這些應用都即將啟動數據的高速傳輸,因此產生的新一代PCI Express 標準以及USB 20/40/80Gbps的出現,甚至連Intel 也推出Thunderbolt 3/4 同樣支援20 /40 / 80Gbps,這些高速數位介面不論是在運算、傳輸、儲存或顯示等技術,都正加速進行世代交替。

USB & PCIE & Display Port Speed

在PCIe技術中,隨著資料傳輸速率的提高,插入損耗也會增加。PCIe 規範有精確的插入損耗預算,PCIe 6.0版本的插入損耗預算為32dB,意思是在設計時必須確保訊號在傳輸過程中的總損失不超過32dB,以保持訊號品質,在滿足在插入損耗預算的情況下,對於PCIe 6.0而言,PCB電路板的最大走線長度為3.4英吋(約8.64公分),超過這個長度可能會導致訊號品質下降,影響資料傳輸的可靠性。而且一個不可忽視的變化是,當今的AI伺服器由於配備了多個GPU和大型NVMe儲存陣列,其機箱尺寸通常比現在的1U伺服器在垂直和水平方向上都大得多。這就要求更長的PCIe傳輸距離,但PCIe Gen6能夠支援的最長距離卻在減少。

那究竟這個Retimer是什麼?其實早在2017年PCIe 4.0規範發佈時,首次正式定義了兩個術語「Redriver」「Retimer」

Redriver & Retimer

根據Semianalysis的描述,Redriver(重驅動器)本質上是一種類比訊號放大器元件,用於抵消PCB 引起的頻率相關衰減。形象來說,它就像「擴音器」一樣,可以增強訊號。

REDRIVER簡易功能說明

Retimer(重定時器)則是一種混合訊號數位/類比設備,具有協定感知能力,可完全恢復資料、提取嵌入式時脈並使用乾淨的時脈重新傳輸資料的新副本。簡單來說,它不是像重型驅動器那樣的“擴音器”,更像是一個高品質麥克風+專用音頻設備,將校正後的信號饋送到揚聲器。重定時器就是一個小型晶片,用來執行PCIe SerDes功能以及有關訊號完整性的監控和資料收集。


RETIMER簡易功能說明

根據Valuates Reports的報告,全球PCIe重定時器市場預計將從2023年的1.47億美元成長到2029年的11.069億美元,預測期內複合年增長率(CAGR) 為40.0%。亞太地區是最大的消費地區,市佔率接近37%。北美是僅次於亞太地區的第二大消費地區。

看似不起眼的Retimer晶片,儼然已成為資料中心領域內不可或缺的關鍵互連組件,用於連接CPU與GPU、NVMe SSD、Riser卡等高速外設時發揮著至關重要的作用。Retimer晶片將是PCIe 5.0和之後版本系統不可或缺的元件,「剛性化」直線上升之趨勢已然呈現。

如下AI伺服器架構中,Retimer的應用方式 (RT即為Retimer含意),其中Retimer晶片週邊,皆需搭配NOR-Flash來做相關重要資料及參數的儲存,故Retimer應用擴展的同時flash也成為必需的零件之一

資料來源 Astera Labs
常見問與答

Q : MXIC 1.8V低電壓NOR-flash 產品容量範圍?

A : MXIC 1.8V低電壓 NOR-flash容量從512Kb~2Gb皆齊全,供客戶選擇

Q : MXIC是否有特殊Wide Range NOR-flash 產品容量範圍?

A : MXIC Wide Range NOR-flash 提供2Mb~64Mb (支援1.65V-3.6V)

Q : MXIC有更低電壓NOR-flash 產品容量範圍?

A : MXIC 可提供1.2V超低電壓產品,容量為16Mb/64Mb/128Mb (支援1.14V-1.6V)

Q : MXIC工規NOR-flash 所支援的耐溫範圍為?

A : Industrial Grade (I) -40℃ to +85℃
     Industrial Grade (J) -40℃ to +105℃
     Industrial Grade (K) -40℃ to +125℃

Q : MXIC是否會推出 3D NOR-flash呢?

A : 192層3D NAND預計將2024年底~2025年初將完成發布,進而交給客戶運用
     由於涉及特定客戶的不宜多做透露,而新開發的3D NOR產品進展不錯,預計11月開始提供給客戶,2025年大量銷售。

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參考來源

MACNICA茂綸股份有限公司: https://www.macnica.com/apac/galaxy/zh_tw/products-support/technical-articles/retimer-redriver-introduction/