SDI方向發(fā)布PRB0400橋接芯片,井芯微引領(lǐng)高端芯片國產(chǎn)替代

縱觀(guān)全球半導體市場(chǎng)，在地緣政治和創(chuàng )新浪潮的驅動(dòng)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(shù)領(lǐng)先性最強而率先進(jìn)入國產(chǎn)替代的深水區。市場(chǎng)需求的變化、技術(shù)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(shù)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(lǐng)域吹起進(jìn)攻號角的產(chǎn)業(yè)玩家們則更需要一些孤勇和執著(zhù)。

近日，聚焦于開(kāi)發(fā)和引領(lǐng)創(chuàng )新型產(chǎn)品的井芯微電子技術(shù)（天津）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“井芯微”或“井芯微電子”）繼發(fā)布240G網(wǎng)絡(luò )DPU芯片SDI2820后，再度向市場(chǎng)推出國產(chǎn)替代新產(chǎn)品——PRB0400型PCIe轉SRIO橋接芯片（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“井芯PRB0400”）。井芯PRB0400是一款兼容PCIe Gen2和RapidIO Gen2協(xié)議的高性能數據傳輸橋接芯片，主要用于滿(mǎn)足高可靠低延時(shí)計算處理系統內部各組件之間的互連需求，實(shí)現PCIe協(xié)議網(wǎng)絡(luò )和RapidIO協(xié)議網(wǎng)絡(luò )之間數據互連互通，該芯片可以輕松實(shí)現SRIO（即Serial RapidIO）系統與PCIe系統的無(wú)縫連接，實(shí)現兩個(gè)生態(tài)系統的融合。

井芯PRB0400支持芯片到芯片、板到板間的高效能數據通信，可用于連接CPU、DSP、FPGA等構成的密集型電子系統，用于解決PCIe網(wǎng)絡(luò )與RapidIO網(wǎng)絡(luò )的連接問(wèn)題，同時(shí)內嵌DMA引擎和消息傳遞引擎，可以在無(wú)需主控處理器弱參與的情況下實(shí)現大量數據的高效傳輸。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(diǎn)對點(diǎn)互連，或者處理器之間RapidIO數據交互等功能實(shí)現的場(chǎng)景，在基站傳輸，分布式計算，圖像處理等應用領(lǐng)域都有著(zhù)巨大的市場(chǎng)空間。

深耕本土客戶(hù)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(jìn)行了詳盡而嚴密的市場(chǎng)調查，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中廣泛吸收了眾多國內客戶(hù)的應用建議，并針對客戶(hù)需求進(jìn)行附加功能的開(kāi)發(fā)。在兼容對標器件全部功能和不影響官方驅動(dòng)前提下，相比于國際廠(chǎng)商的相關(guān)產(chǎn)品，井芯PRB0400增加了業(yè)務(wù)相關(guān)7項、適配相關(guān)6項、可維可測相關(guān)5項、魯棒性相關(guān)7項，共計25項功能增強，能夠更好地滿(mǎn)足本土客戶(hù)的應用需求。同時(shí)，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(hù)提供更好的本地化支持服務(wù)。

在井芯PRB0400芯片中，PCIe接口負責與PCIe相關(guān)的所有物理層、數據鏈路層和傳輸層協(xié)議，S-RIO接口則實(shí)現與S-RIO相關(guān)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(gè)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，可根據需要進(jìn)行分割和重組。而其中的塊DMA引擎支持8個(gè)獨立的DMA通道，其中的每個(gè)DMA通道都可以根據描述符執行讀或寫(xiě)操作。

在系統設計上，井芯PRB0400可實(shí)現原位替代對標國際產(chǎn)品，并兼容其官方驅動(dòng)。此外，井芯PRB0400兼容國內主流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(shí)現了對在國際廠(chǎng)商的相關(guān)產(chǎn)品硬件和軟件兩個(gè)層面的原位替代。

瞄準多個(gè)應用場(chǎng)景，開(kāi)啟40億新基建市場(chǎng)

RapidIO協(xié)議是全球主流的嵌入式系統互連國際標準 (ISO/IEC18372) ，PCIe是一種高速串行計算機擴展總線(xiàn)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、板卡級和系統級的設備中大規模地采用了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(chǎng)景中擁有廣泛的市場(chǎng)空間。例如，在通信基站中為了保證實(shí)時(shí)性，一般都會(huì )采用高速實(shí)時(shí)傳輸總線(xiàn)RapidIO協(xié)議和PCIe協(xié)議，在RapidIO網(wǎng)絡(luò )的維護管理系統中， RapidIO交換芯片和PCIe轉SRIO橋接芯片用于各種處理器之間的點(diǎn)對點(diǎn)互連或RapidIO數據交互等功能實(shí)現。對于處理器與RapidIO網(wǎng)絡(luò )連接系統， PCIe轉RapidIO橋接芯片則用于解決系統應用的難題，并提升系統的運算效能。

在視頻和圖像應用中，系統設計人員需要將大量的DSP或者FPGA來(lái)執行編碼/解碼/轉碼，或者對大型數據陣列進(jìn)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，系統的模擬前端通常是一個(gè)傳感器，流數據端接在FPGA中（例如攝像頭子系統）。這通常是在具有一個(gè)PC后端的PCIe網(wǎng)絡(luò )中。在這些應用中，井芯PRB0400可以幫助設計人員在PCIe網(wǎng)絡(luò )和RapidIO DSP/FPGA集群之間搭建橋梁。

在無(wú)線(xiàn)基站中，LTE、WCDMA和TD-SCDMA等制式的基帶處理卡使用的互連技術(shù)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標準提高了現有RapidIO的微處理器的性能。井芯PRB0400 為無(wú)線(xiàn)設備制造商提供了一個(gè)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(xiàn)，并用于背板互連。x86處理器現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(diǎn)對點(diǎn)的多處理器網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)和MIPs處理能力，以及RapidIO架構卓越的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )性能。通過(guò)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。

國內新基建產(chǎn)業(yè)的浪潮、東數西算工程建設以及本土服務(wù)器芯片廠(chǎng)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、視頻會(huì )議、圖像處理系統等場(chǎng)景中，隨著(zhù)用戶(hù)需求和體驗感的提高，各個(gè)領(lǐng)域對基本數據理量的要求也更加嚴格，由此帶來(lái)的處理算法的復雜度不斷提升，數據傳輸量也越來(lái)越大。據井芯微負責人員透露，該產(chǎn)品的前期市場(chǎng)調研中發(fā)現，國內市場(chǎng)對PCIe轉RapidIO協(xié)議芯片需求迫切，未來(lái)整體市場(chǎng)容量有望超過(guò)40億元。此外，在井芯PRB0400的研制過(guò)程中，廣泛受到了國內主流CPU廠(chǎng)商關(guān)注，并給予了高優(yōu)先級的技術(shù)支持。據了解，井芯PRB0400已開(kāi)始進(jìn)行客戶(hù)送樣，今年年底將實(shí)現大規模量產(chǎn)供貨。

深耕SDI互連技術(shù)，井芯微引領(lǐng)高端芯片國產(chǎn)化

在過(guò)去的五到十年里，本土半導體產(chǎn)業(yè)實(shí)現了飛速增長(cháng)，其中尤以芯片設計產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為快速，在模擬芯片和數字芯片等方面均實(shí)現了大范圍的國產(chǎn)替代。然而今時(shí)今日，進(jìn)口替代已進(jìn)入深水區，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”甚至“無(wú)人區”發(fā)起挑戰，互連技術(shù)便是其中需要攻克的難題之一，而傳統互連芯片技術(shù)目前仍被國外巨頭所壟斷。

作為互連技術(shù)的新方向，軟件定義互連（Software Defined Interconnection，SDI）技術(shù)在2009年由中國工程院鄔江興院士團隊所提出，其核心是打破現有網(wǎng)絡(luò )的剛性體系結構，實(shí)現從物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層到業(yè)務(wù)層全維軟件定義的網(wǎng)絡(luò )體系，從而將剛性網(wǎng)絡(luò )變?yōu)槿嵝跃W(wǎng)絡(luò )，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(shù)可為新型數據中心、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(dòng)駕駛、即時(shí)保密通信等情景網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)服務(wù)提供隨需而變的 “柔性骨骼” ，為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大規模傳感節點(diǎn)的群體智能提供靈活定義的 “隨需連接” 。

將“為下一代網(wǎng)絡(luò )造芯”視作企業(yè)使命的井芯微，其核心技術(shù)團隊完整參與了SDI從概念提出到芯片實(shí)現的全過(guò)程，并通過(guò)成立SDI聯(lián)盟、研制基于SDI技術(shù)的芯片賦能新基建。井芯微核心創(chuàng )始團隊不僅在SDI技術(shù)上有深厚的積累，還擁有豐富的芯片開(kāi)發(fā)經(jīng)驗。目前井芯微已獲得發(fā)明專(zhuān)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等多款國內領(lǐng)先的芯片產(chǎn)品，另有10余款芯片在研，為5G基站建設、大數據中心建設等新基建設施提供核心技術(shù)支撐。

協(xié)議轉換芯片是SDI技術(shù)的一個(gè)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(dòng)千億元數量級的市場(chǎng)空間。而作為SDI技術(shù)的引領(lǐng)者，井芯微通過(guò)不斷的拓展其基于SDI技術(shù)的產(chǎn)品路線(xiàn)圖，技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)逐漸被人們所熟知，市場(chǎng)認可度逐漸提高。據了解，井芯微2021年銷(xiāo)售額同比增速超300%，行業(yè)客戶(hù)已拓展至300余家，并在2022年3月完成了首輪5000萬(wàn)元人民幣融資。

在深度布局SDI技術(shù)的基礎上，井芯微未來(lái)中遠期將探索以“SDI逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)智能”的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)之路，通過(guò)SDI“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )”集成CPU、GPU、IPU、NPU、TPU、DSP等各種類(lèi)型“神經(jīng)元”，攜手共建連接綠色安全的智能世界。