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AMI的设计:一个新的集成工作流建模56G PAM4服务器系统

Jonggab杀，Vijay卷，Ravindra Rudraraju，巴里·卡茨，特里普Worrell，理查德·奥尔雷德,沃尔特·卡茨

2020年7月21日

PCI Express Link是最流行的高速服务器设计之一。它服务于从消费者笔记本电脑和台式机到企业数据服务器的广泛应用程序。如图1所示，PCIE提供的带宽随着时间的推移呈指数级增长，以满足行业需求。在PCIE Gen1的早期阶段，由于速度较低，没有实现均衡方案，平台信号完整性是实现规范要求的主要解决方案。PCIE Gen2采用了TX去强调来补偿信道的损失。然后在PCIE Gen3规范中引入CTLE/DFE(连续时间线性均衡器/决策反馈均衡器)来解决进一步的信道退化问题。随着时间的推移，PCIE已经成功地响应了客户的需求，目前，PCIE第6代规范正在开发中，使用PAM4信令来满足使用重均衡方案的64Gbps数据速率。

图1所示。PCIE链路带宽

传统的信号完整性分析主要集中在给定信道的信号质量方面，包括插入损耗、反射损耗、串扰噪声和脉冲响应码间干扰。然而，有一个显著的范式转变，包括可靠的均衡方案的分析，因为没有信号完整性分析是可能的在一个不均衡的波形中，接收器的输入信号只显示20~30mV的峰对峰(p2p)摆动，几乎高于噪声。因此，均衡电路特性建模对于确保最终平台实现的成功和提供强大的信号完整性设计指南至关重要。在未来，电路实现的复杂性将急剧增加，高速SerDes系统的建模将继续是一个巨大的挑战。

解释型计算机语言和图形框图环境是为SerDes系统建模的流行工具，因为它们提供了简单而直观的路径来表达表示高速有线通信系统所需的复杂概念。包含数万行代码的精细模型，或者包含数千个元素的框图模型，分布在十几个抽象层上，都是很常见的。

不幸的是，通常需要完全重新设计详细的体系结构模型，以便为试图将芯片集成到其服务器系统设计中的焦急的客户提供IBIS-AMI模型。这种IBIS-AMI模型不可避免地会延迟，相关性差，并且缺乏完整的系统级分析所需的功能。

在本文中我们首先回顾一下将现有的详细体系结构模型转换为IBIS-AMI模型的常见挑战，以及我们解决这些挑战的一些方法。接下来是对英特尔56G PAM4 SerDes建模的工作流程的说明。

图2。从通信堆栈的所有层到芯片面积、功率和业务考虑，SerDes架构师的职责范围在他们使用的模型范围中得到说明。一个主要的挑战是创建一个抽象的SerDes物理层IBIS-AMI模型，而不需要对元素进行大量的返工、重构和重新关联。理想情况下，IBIS-AMI模型是直接从详细的体系结构模型中派生出来的，这样一个功能完备的模型(具有数据速率和样本间隔灵活性)是SerDes架构师工作流程的自然副产品。

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本文最初发表于DesignCon 2020．

Jonggab Kil于2006年加入位于福尔松的英特尔公司，担任工程师。从那时起，他在电路设计、电力输送和信号完整性方面积累了丰富的经验。他发表了多项关于信号完整性和高速I/O设计增强的专利。他还作为主讲人在JSSPI和DTTC上发表了关于芯片上和平台上功率/信号完整性分析的新方法的论文。他目前的研究方向包括电源/信号完整性设计自动化和效率改进。

Vijay Kasturi目前是Intel, Folsom的高级SI/PI工程师，致力于下一代IP产品的I/O建模和SI/PI解决方案。他在SI/PI领域拥有14年的经验，并参与撰写了多篇IEEE和Intel内部论文和专利。

Ravindra Rudraraju领导信号和电源完整性团队，作为英特尔混合信号IP解决方案团队的一部分。Ravi在密苏里大学罗拉分校获得电气工程硕士学位。他于2004年加入英特尔，在电磁学、信号完整性、电源完整性、电气验证等多个领域工作。他代表英特尔在MIPI联盟负责PHY规范定义。对MIPI PHY规范，该领域的其他出版物和专利做出了贡献。

Barry Katz是MathWorks®的高级开发经理。他领导的团队负责射频(RF Toolbox™和RF Blockset™)、电磁建模(Antenna Toolbox™)、信号完整性(SerDes ToolboxTM)和模拟混合信号(mixed-signal Blockset™)等产品。他还担任信号完整性软件(SiSoft)的总裁兼首席技术官，在那里他继续监督业务并领导负责量子通道设计器和量子si产品系列的团队。Barry的职业生涯始于Digital Equipment Corporation，担任高级软件工程师，在那里他开发了信号完整性工具来支持Alpha微处理器的设计。在他的职业生涯中，他一直致力于为高速系统设计人员所面临的问题提供信号完整性解决方案。他是IBIS质量委员会的创始主席。Barry拥有卡内基梅隆大学的MSECE学位和佛罗里达大学的BSEE学位。

Tripp Worrell在加入MathWorks之前，曾在SiSoft管理其屡获殊荣的EDA软件的开发3年，并在思科系统担任信号完整性工程师7年。他目前的职位是开发经理，负责监督SerDes ToolboxTM和Mixed-Signal BlocksetTM以及SiSoft产品组合，利用他的硬件和软件经验来支持MathWorks领先客户的需求。Tripp在北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)获得计算机和电气工程学士学位以及计算机工程硕士学位。

Richard Allred在Intel、Inphi、SiSoft和MathWorks拥有超过十年的信号完整性设计经验。他拥有一项信号完整性相关专利，撰写了数十个IBIS-AMI模型，目前正在MathWorks开发信号完整性工具。Richard于2006年在犹他大学获得硕士/学士学位。

Walter Katz博士，IBIS-AMI MathWorks专家。SiSoft(2016年被MathWorks收购)的正式首席科学家。在SiSoft，他是QSI和QCD信号完整性和信道分析产品的开发人员之一。Walter是IBIS-AMI标准的最初开发者之一。在MathWorks，他正在开发先进的SerDes建模软件，目前正在为最新一代IBIS-AMI模型进行优化和培训方法。他在罗切斯特大学获得博士学位，在布鲁克林理工学院(纽约大学坦顿工程学院)获得学士和硕士学位。