縱觀全球半導體市場，在地緣政治和創(chuàng)新浪潮的驅動下，中國本土半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展蓬勃有力，其中芯片設計產(chǎn)業(yè)以其技術領先性最強而率先進入國產(chǎn)替代的深水區(qū)。市場需求的變化、技術的創(chuàng)新更迭和變幻莫測的國際格局等因素，都對芯片設計企業(yè)的技術能力、資金能力和人才能力都提出了更高的要求。而這其中，那些勇闖深度替代并向高端芯片領域吹起進攻號角的產(chǎn)業(yè)玩家們則更需要一些孤勇和執(zhí)著。
近日，聚焦于開發(fā)和引領創(chuàng)新型產(chǎn)品的井芯微電子技術(天津)有限公司(以下簡稱“井芯微”或“井芯微電子”)繼發(fā)布240G網(wǎng)絡DPU芯片SDI2820后，再度向市場推出國產(chǎn)替代新產(chǎn)品——PRB0400型PCIe轉SRIO橋接芯片(以下簡稱“井芯PRB0400”)。井芯PRB0400是一款兼容PCIe Gen2和RapidIO Gen2協(xié)議的高性能數(shù)據(jù)傳輸橋接芯片，主要用于滿足高可靠低延時計算處理系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間的互連需求，實現(xiàn)PCIe協(xié)議網(wǎng)絡和RapidIO協(xié)議網(wǎng)絡之間數(shù)據(jù)互連互通，該芯片可以輕松實現(xiàn)SRIO(即Serial RapidIO)系統(tǒng)與PCIe系統(tǒng)的無縫連接，實現(xiàn)兩個生態(tài)系統(tǒng)的融合。
井芯PRB0400支持芯片到芯片、板到板間的高效能數(shù)據(jù)通信，可用于連接CPU、DSP、FPGA等構成的密集型電子系統(tǒng)，用于解決PCIe網(wǎng)絡與RapidIO網(wǎng)絡的連接問題，同時內(nèi)嵌DMA引擎和消息傳遞引擎，可以在無需主控處理器弱參與的情況下實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高效傳輸。作為一款PCIe轉SRIO橋接芯片，井芯PRB0400廣泛應用于各種處理器之間的點對點互連，或者處理器之間RapidIO數(shù)據(jù)交互等功能實現(xiàn)的場景，在基站傳輸，分布式計算，圖像處理等應用領域都有著巨大的市場空間。
深耕本土客戶特色需求，打造25項增強功能
圖 1 井芯PRB0400芯片結構圖
井芯PRB0400采用全正向研發(fā)，擁有PCIe接口、S-RIO 接口、消息引擎、映射引擎以及塊DMA引擎五大主要功能。并在產(chǎn)品定義初期進行了詳盡而嚴密的市場調查，在開發(fā)過程中廣泛吸收了眾多國內(nèi)客戶的應用建議，并針對客戶需求進行附加功能的開發(fā)。在兼容對標器件全部功能和不影響官方驅動前提下，相比于國際廠商的相關產(chǎn)品，井芯PRB0400增加了業(yè)務相關7項、適配相關6項、可維可測相關5項、魯棒性相關7項，共計25項功能增強，能夠更好地滿足本土客戶的應用需求。同時，井芯微研發(fā)團隊積累了深厚的使用和定位經(jīng)驗，能夠向本土客戶提供更好的本地化支持服務。
在井芯PRB0400芯片中，PCIe接口負責與PCIe相關的所有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層協(xié)議，S-RIO接口則實現(xiàn)與S-RIO相關的所有物理層和傳輸層協(xié)議。消息引擎用作RapidIO邏輯層消息傳遞，接收和發(fā)送通道均支持8個獨立的處理引擎。映射引擎則是用于PCIe和RapidIO之間的映射和轉換，可根據(jù)需要進行分割和重組。而其中的塊DMA引擎支持8個獨立的DMA通道，其中的每個DMA通道都可以根據(jù)描述符執(zhí)行讀或寫操作。
在系統(tǒng)設計上，井芯PRB0400可實現(xiàn)原位替代對標國際產(chǎn)品，并兼容其官方驅動。此外，井芯PRB0400兼容國內(nèi)主流CPU和 DSP，并完成了對應的生態(tài)測試。目前已完成與飛騰、龍芯、x86、Zynq等PCIe RC設備對應的生態(tài)測試，實現(xiàn)了對在國際廠商的相關產(chǎn)品硬件和軟件兩個層面的原位替代。
瞄準多個應用場景，開啟40億新基建市場
RapidIO協(xié)議是全球主流的嵌入式系統(tǒng)互連國際標準 (ISO/IEC18372) ，PCIe是一種高速串行計算機擴展總線標準。兩種協(xié)議在我國信息基礎設施中均有較為廣泛的應用，尤其在器件級、板卡級和系統(tǒng)級的設備中大規(guī)模地采用了PCIe協(xié)議和RapidIO協(xié)議。作為PCIe轉RapidIO協(xié)議芯片，井芯PRB0400在以新基建設施為典型應用的場景中擁有廣泛的市場空間。例如，在通信基站中為了保證實時性，一般都會采用高速實時傳輸總線RapidIO協(xié)議和PCIe協(xié)議，在RapidIO網(wǎng)絡的維護管理系統(tǒng)中， RapidIO交換芯片和PCIe轉SRIO橋接芯片用于各種處理器之間的點對點互連或RapidIO數(shù)據(jù)交互等功能實現(xiàn)。對于處理器與RapidIO網(wǎng)絡連接系統(tǒng)， PCIe轉RapidIO橋接芯片則用于解決系統(tǒng)應用的難題，并提升系統(tǒng)的運算效能。
在視頻和圖像應用中，系統(tǒng)設計人員需要將大量的DSP或者FPGA來執(zhí)行編碼/解碼/轉碼，或者對大型數(shù)據(jù)陣列進行FFT(快速傅里葉變換)，RapidIO協(xié)議最適合這種DSP/FPGA集群要求。然而，系統(tǒng)的模擬前端通常是一個傳感器，流數(shù)據(jù)端接在FPGA中(例如攝像頭子系統(tǒng))。這通常是在具有一個PC后端的PCIe網(wǎng)絡中。在這些應用中，井芯PRB0400可以幫助設計人員在PCIe網(wǎng)絡和RapidIO DSP/FPGA集群之間搭建橋梁。
在無線基站中，LTE、WCDMA和TD-SCDMA等制式的基帶處理卡使用的互連技術就是RapidIO。RapidIO在基帶處理器上本地連接一組DSP，處理器和FPGA集群，用于MAC和PHY層處理。然而，LTE標準提高了現(xiàn)有RapidIO的微處理器的性能。井芯PRB0400 為無線設備制造商提供了一個額外的選擇，在以RapidIO為主的基帶卡中使用具有卓越MIPs的x86處理器。在這些板卡設計中，RapidIO是設備之間的互連總線，并用于背板互連。x86處理器現(xiàn)在可以與基帶卡上的其他RapidIO設備一起使用，并且憑借RapidIO的消息性能應用在點對點的多處理器網(wǎng)絡當中。
在高性能處理應用中，井芯PRB0400支持將使用PCIe的處理器用于RapidIO背板，為系統(tǒng)設計人員提供了兩全其美的優(yōu)勢——最新一代X86解決方案的浮點和MIPs處理能力，以及RapidIO架構卓越的點對點網(wǎng)絡性能。通過將井芯PRB0400與井芯微交換芯片結合使用，帶有X86處理器的有效載荷處理器卡可以與工作在高達3.125 Gbaud的現(xiàn)有RapidIO 1.3背板一起使用，或者相同的卡可以與工作在5 Gbaud下的RapidIO Gen2兼容背板一起使用。
國內(nèi)新基建產(chǎn)業(yè)的浪潮、東數(shù)西算工程建設以及本土服務器芯片廠商的崛起，使得國產(chǎn)橋接芯片的需求非常強烈。例如在通信基站、分布式計算機系統(tǒng)、視頻會議、圖像處理系統(tǒng)等場景中，隨著用戶需求和體驗感的提高，各個領域對基本數(shù)據(jù)理量的要求也更加嚴格，由此帶來的處理算法的復雜度不斷提升，數(shù)據(jù)傳輸量也越來越大。據(jù)井芯微負責人員透露，該產(chǎn)品的前期市場調研中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)市場對PCIe轉RapidIO協(xié)議芯片需求迫切，未來整體市場容量有望超過40億元。此外，在井芯PRB0400的研制過程中，廣泛受到了國內(nèi)主流CPU廠商關注，并給予了高優(yōu)先級的技術支持。據(jù)了解，井芯PRB0400已開始進行客戶送樣，今年年底將實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)供貨。
深耕SDI互連技術，井芯微引領高端芯片國產(chǎn)化
在過去的五到十年里，本土半導體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了飛速增長，其中尤以芯片設計產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為快速，在模擬芯片和數(shù)字芯片等方面均實現(xiàn)了大范圍的國產(chǎn)替代。然而今時今日，進口替代已進入深水區(qū)，尤其是高端芯片的深度替代需要有企業(yè)擔起啃硬骨頭的重任，向“深水區(qū)”甚至“無人區(qū)”發(fā)起挑戰(zhàn)，互連技術便是其中需要攻克的難題之一，而傳統(tǒng)互連芯片技術目前仍被國外巨頭所壟斷。
作為互連技術的新方向，軟件定義互連(Software Defined Interconnection，SDI)技術在2009年由中國工程院鄔江興院士團隊所提出，其核心是打破現(xiàn)有網(wǎng)絡的剛性體系結構，實現(xiàn)從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層到業(yè)務層全維軟件定義的網(wǎng)絡體系，從而將剛性網(wǎng)絡變?yōu)槿嵝跃W(wǎng)絡，構建可定義、可重組、可重構、可重建的軟件定義體系架構。SDI技術可為新型數(shù)據(jù)中心、云計算等信息基礎設施提供高效扁平和靈活定義的互連，為自動駕駛、即時保密通信等情景網(wǎng)絡動態(tài)服務提供隨需而變的 “柔性骨骼” ，為物聯(lián)網(wǎng)時代大規(guī)模傳感節(jié)點的群體智能提供靈活定義的 “隨需連接” 。
將“為下一代網(wǎng)絡造芯”視作企業(yè)使命的井芯微，其核心技術團隊完整參與了SDI從概念提出到芯片實現(xiàn)的全過程，并通過成立SDI聯(lián)盟、研制基于SDI技術的芯片賦能新基建。井芯微核心創(chuàng)始團隊不僅在SDI技術上有深厚的積累，還擁有豐富的芯片開發(fā)經(jīng)驗。目前井芯微已獲得發(fā)明專利授權 80項、受通168項，已成功研發(fā)出RapidIO交換芯片-井芯NRS1800、軟件定義互連交換芯片-井芯SDI3210、內(nèi)生安全交換芯片-井芯ESW5610、PCIe轉SRIO橋接芯片-井芯PRB0400、240G智能網(wǎng)卡芯片-井芯SDI2820等多款國內(nèi)領先的芯片產(chǎn)品，另有10余款芯片在研，為5G基站建設、大數(shù)據(jù)中心建設等新基建設施提供核心技術支撐。
協(xié)議轉換芯片是SDI技術的一個重要分支，PCIe轉RapidIO橋接芯片-井芯PRB0400的發(fā)布，將作為井芯微電子“端到端全新SDI環(huán)境”版圖重要的一環(huán)，支撐井芯微驅動千億元數(shù)量級的市場空間。而作為SDI技術的引領者，井芯微通過不斷的拓展其基于SDI技術的產(chǎn)品路線圖，技術優(yōu)勢已經(jīng)逐漸被人們所熟知，市場認可度逐漸提高。據(jù)了解，井芯微2021年銷售額同比增速超300%，行業(yè)客戶已拓展至300余家，并在2022年3月完成了首輪5000萬元人民幣融資。
在深度布局SDI技術的基礎上，井芯微未來中遠期將探索以“SDI逼近神經(jīng)網(wǎng)絡、神經(jīng)網(wǎng)絡驅動智能”的技術與產(chǎn)業(yè)之路，通過SDI“神經(jīng)網(wǎng)絡”集成CPU、GPU、IPU、NPU、TPU、DSP等各種類型“神經(jīng)元”，攜手共建連接綠色安全的智能世界。
（井芯微）
