本文所說的大芯片，特指用于HPC和數(shù)據(jù)中心的芯片。過去大多數(shù)時(shí)間，這是一個(gè)由英特爾、AMD甚至IBM統(tǒng)治的市場。

但近年來，因?yàn)長LM的崛起，英偉達(dá)憑借GPU的領(lǐng)先優(yōu)勢在這個(gè)市場實(shí)現(xiàn)了反超。就連多次進(jìn)軍該市場無果的Arm也趁機(jī)找到了切入機(jī)會(huì)。

而在高通昨日宣布收購SerDes芯片供應(yīng)商Alphawave以后。大芯片市場格局，一夜巨變。

要了解筆者這句話，就要從芯片的關(guān)鍵說起。

SerDes，很重要

關(guān)于SerDes是什么，在過去已經(jīng)有了很多討論，我們在本文不再贅述?？偠灾?，作為通信的一個(gè)重要方式，SerDes在數(shù)據(jù)中心的地位與日俱增。

SerDes的背景是光纖和同軸電纜鏈路上的通信。當(dāng)然，原因顯而易見——串行發(fā)送字節(jié)比并行發(fā)送字節(jié)限制了電纜數(shù)量！如果只有一條或幾條電纜，那么最大化電纜吞吐量至關(guān)重要。SerDes的面積和功耗是次要考慮因素。

到了20世紀(jì)90年代末，SerDes邁進(jìn)了歷史上的一個(gè)重要時(shí)刻。當(dāng)時(shí)，OC-24（2488.32Mbps）已經(jīng)面世，人們正在規(guī)劃速率約為10Gbps的OC-192。幾年后（21世紀(jì)初），通過10Gb/s線路速率實(shí)現(xiàn)4的10Gb以太網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)（而XAUI則需要使用4個(gè)通道來實(shí)現(xiàn)10Gb/s的聚合）。

對于SerDes來說，另一項(xiàng)重要的發(fā)展也隨之而來——越來越多地用于 PCB 和背板上的芯片間通信，以取代并行鏈路。這一發(fā)展將使 SerDes 從重要的長距離通信電路轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)鍵的 SoC 組件。

知名分析機(jī)構(gòu)IPnest在2021年的一篇分析文章中說，在2017年，新興數(shù)據(jù)密集型計(jì)算應(yīng)用（如機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）對高速連接需求的急劇上升，增加了對高帶寬連接的日益增長的需求。同時(shí)，由于CMOS技術(shù)向先進(jìn)的FinFET發(fā)展，模擬混合信號體系結(jié)構(gòu)(從一開始就是SerDes設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn))變得極其難以管理，并且對工藝、電壓和溫度變化更加敏感。

他們在文章中指出，在現(xiàn)代納米FinFET技術(shù)中，考慮到晶體管的微小尺寸，構(gòu)建晶體管需要堆疊單個(gè)電子。因此，建造精確的模擬電路來承受壓力環(huán)境的變化是極其困難的。

但像7nm這樣的先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，你可以以平方毫米（每平方毫米1億個(gè)晶體管的密度）集成數(shù)量驚人的晶體管，因此，現(xiàn)在有可能利用數(shù)字信號處理（DSP）開發(fā)新的基于數(shù)字的架構(gòu)來完成絕大部分的物理層工作。 與以前的歷史模擬混合信號方法所使用的不歸零（NRZ或PAM2）相比，基于DSP的體系結(jié)構(gòu)可以使用更高階的脈沖幅度調(diào)制（PAM）調(diào)制方案。例如PAM 4使信道的數(shù)據(jù)吞吐量在不增加信道本身的帶寬前提下翻倍。

“在FinFET技術(shù)中，使用基于DSP的SerDes不僅是構(gòu)建耐用的接口所必需的，而且也是在56gbps以上將數(shù)據(jù)速率加倍的唯一方法?！盜Pnest分析師在同一篇文章中說。

大眾普遍認(rèn)為，當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)（如7nm及以下）時(shí)代，摩爾定律其實(shí)不再有效。但芯片集成仍在進(jìn)行，每平方毫米都會(huì)增加更多晶體管。然而，每一個(gè)新節(jié)點(diǎn)的每一晶體管成本都在不斷增加。于是，芯片組技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵舉措，它在使用舊的主流節(jié)點(diǎn)來服務(wù)芯片組的同時(shí)，推動(dòng)主SoC的集成度的提高。這種混合策略降低了直接將服務(wù)IP集成到主SoC中所帶來的成本和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

可以明見，高速 SERDES 技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字通信的基石，能夠跨各種平臺(tái)快速傳輸數(shù)據(jù)。SERDES 的核心是高速傳輸路徑中的一對功能模塊，能夠高效地在串行數(shù)據(jù)和并行接口之間雙向轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。這項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)支撐著我們?nèi)粘Ｋ蕾嚨脑S多數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，從支撐互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心到滲透我們生活的消費(fèi)電子產(chǎn)品。

IPnest也認(rèn)為，一方面，D2D IP收入（2021-2025）會(huì)推動(dòng)SerDes強(qiáng)勁增長，另外，創(chuàng)建異質(zhì)芯片市場，也擴(kuò)大高了端SerDes IP的需求。

這也正是各大芯片大廠過去幾年高度關(guān)注SerDes的原因。

芯片巨頭，暗斗SerDes

其實(shí)目前活躍在數(shù)據(jù)中心的每個(gè)芯片大廠，都在Serdes有深厚的積累。博通和Marvell這種時(shí)常把SerDes掛在嘴邊的巨頭自不必說。英偉達(dá)、英特爾、AMD甚至聯(lián)發(fā)科，都是SerDes市場的高端玩家。此外還有獨(dú)立的IP供應(yīng)商Synopysys、Cadence和剛被高通收購的Alphawave也是這個(gè)市場的重要角色。

這就是我為何在文章開頭說大芯片一夜巨變的原因。因?yàn)樵谶@單交易以后，圣地亞哥巨頭拿到了進(jìn)入數(shù)據(jù)中心市場的重要籌碼。

作為一家成立于2017年的新貴，Alphawave在短短幾年里已經(jīng)躍升全球第四的IP公司，其主要依賴的就是SerDes IP 方面的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，在過去七年間，公司的收入實(shí)現(xiàn)了從 0 增長至超過 2.7 億美元的突破。在此前于舊金山舉辦的光纖通信會(huì)議與展覽會(huì) (OFC) 上，他們還展示了包括 224 Gbps PAM4 SerDes 在內(nèi)的產(chǎn)品。

至于另外幾家芯片巨頭，如上所述，也是這個(gè)市場的優(yōu)秀選手。

英偉達(dá)方面，作為人工智能時(shí)代最炙手可熱的芯片廠商，除了領(lǐng)先的GPU架構(gòu)和豐富的CUDA開發(fā)生態(tài)外，英偉達(dá)的Nvlink也是公司不得不提的一個(gè)殺手锏。作為一種定制SerDes技術(shù)，英偉達(dá)第一代Nvlink在2014年伴隨P100芯片亮相。據(jù)當(dāng)時(shí)的介紹，兩塊GPU之間有4條NVlink，每條鏈路包含8條Lane，每條Lane的速率為20Gb/s。因此，整個(gè)系統(tǒng)的雙向帶寬為160GB/s，是PCIe3 x16的5倍。

在后續(xù)的發(fā)展中，英偉達(dá)迭代其Nvlink到了第五代，并使其領(lǐng)先于大多數(shù)競爭對手。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)演化出NVlink C2C（短距離 200G SerDes）和NVlink5（長距離 200G SerDes）。NVlink C2C（短距離 200G SerDes）。

其中，NVlink C2C 類似于 C2M 或 VSR 類型的以太網(wǎng) SerDes。傳輸距離短、功耗低、芯片面積小。NVlink5 類似于超級 KR 風(fēng)格的以太網(wǎng) SerDes。超長傳輸距離、大芯片面積、高功耗。

最近，該公司還將NVlink C2C作為 IP 模塊授權(quán)給第三方。這意味著合作伙伴公司可以將此硬件直接添加到其芯片設(shè)計(jì)中。

至于英特爾，早在2013年，他們就展示了最新的 224-Gb/s PAM-4 SerDes ，將高速串行連接提升到一個(gè)水平。這家總部位于加州圣克拉拉的公司表示，224G 收發(fā)器配備了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 基于數(shù)字信號處理 (DSP) 的 SerDes 模塊。

英特爾指出，除了能夠通過背板和無源電纜實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)高速連接外，英特爾的 LR SerDes 還支持極短距離 (VSR) 接口，用于通過單個(gè)連接器實(shí)現(xiàn)芯片到模塊（銅纜或光纖）的連接，連接距離最遠(yuǎn)可達(dá) 0.1 米。該 SerDes 還滿足中距離 (MR) 的要求，用于芯片到芯片和中板的連接，連接距離最遠(yuǎn)可達(dá) 0.25 米。

值得一提的是，英特爾曾經(jīng)收購過一家名為V Semiconductor Inc，而該公司就是由Alphawave創(chuàng)始人Tony Pialis創(chuàng)立并擔(dān)任總裁兼首席執(zhí)行官。Tony 也于 2012 年至 2017 年期間擔(dān)任英特爾公司模擬和混合信號 IP 副總裁。在英特爾任職期間，Tony 及其團(tuán)隊(duì)因成功基于英特爾 22nm 和 14nm 制程技術(shù)交付下一代以太網(wǎng)和 PCI-Express SerDes 解決方案而榮獲享有盛譽(yù)的英特爾成就獎(jiǎng)。

而AMD的 Infinity Fabric，乃至未來的 Chiplet（小芯片）互聯(lián)，都依賴高性能 SerDes 實(shí)現(xiàn)低延遲、高帶寬連接。

據(jù)了解，Infinity 可擴(kuò)展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (SDF) 采用兩種不同類型的SerDes鏈路 - Infinity Fabric On-Package ( IFOP ) 和Infinity Fabric InterSocket ( IFIS )。其中Infinity Fabric 封裝內(nèi)( IFOP ) SerDes 可處理同一封裝內(nèi)的芯片間通信。AMD 設(shè)計(jì)了一款相當(dāng)簡單的定制 SerDes，適用于較短的封裝內(nèi)走線長度。Infinity Fabric InterSocket ( IFIS ) SerDes 是第二種類型，用于封裝間通信，例如雙向多處理。IFIS 的設(shè)計(jì)使其能夠與PCIe和SATA等其他協(xié)議進(jìn)行復(fù)用。

就連聯(lián)發(fā)科，在去年的OCP全球峰會(huì)上，也展示示其經(jīng)過硅驗(yàn)證的長距離224G SerDes。這標(biāo)志著最高性能ASIC應(yīng)用在性能、可靠性和效率方面的重大飛躍。224G SerDes擴(kuò)展了聯(lián)發(fā)科技的產(chǎn)品組合，其中包括56G和112G ASIC、重定時(shí)器和AEC（有源電纜）解決方案。

由此可見，對于想在數(shù)據(jù)中心市場力爭上游的高通，購買屬于自己的SerDes，順理成章。因?yàn)樵谑召廚uvia補(bǔ)強(qiáng)CPU設(shè)計(jì)能力之后，連接成為高通最后的短板。

高通在新聞稿中也表示，收購 Alphawave Semi 旨在進(jìn)一步加速高通進(jìn)軍數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的步伐，并為其提供關(guān)鍵資產(chǎn)。高通 Oryon CPU 和 Hexagon NPU 處理器能夠滿足日益增長的高性能、低功耗計(jì)算需求，而這種需求正受到 AI 推理的快速增長以及數(shù)據(jù)中心向定制 CPU 過渡的推動(dòng)。

另外，考慮到Alphawave 不僅僅是一家 IP 公司，它還涉足 chiplet 和定制 ASIC 領(lǐng)域。上周，該公司宣布成功流片了業(yè)界首批基于臺(tái)積電 N2 工藝的 UCIe IP 子系統(tǒng)之一。該 chiplet 支持 36G 的 die-to-die 數(shù)據(jù)速率。 這讓高通面向Chiplet未來，走了更多的籌碼。

題外話，此前傳出有意搶購Alphawave的Arm，其實(shí)也是瞄著同樣的目的而來。

寫在最后

在強(qiáng)勢殺回?cái)?shù)據(jù)中心領(lǐng)域以后，高通未來會(huì)在CPU、AI市場、汽車市場大舉進(jìn)攻，他們也必將成為這個(gè)市場不容忽視的重要玩家。

再加上Arm往芯片走的決心愈來愈明顯。

對于英偉達(dá)、英特爾和AMD這些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心芯片巨頭來說，又一個(gè)“野蠻人”將成為他們最有力的競爭對手。博通、Marvell也被誤傷。

在蘋果拋棄、小米自研芯片、華為卷土重來的多種利空影響下，高通另覓出路無可厚非。

但大芯片江湖，留給初創(chuàng)公司的機(jī)會(huì)，愈來愈少了。