大芯片，巨变！

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在文章开始前，我们首先明确一点。本文所说的大芯片，特指用于HPC和数据中心的芯片。过去大多数时间，这是一个由英特尔、AMD甚至IBM统治的市场。

但近年来，因为LLM的崛起，英伟达凭借GPU的领先优势在这个市场实现了反超。就连多次进军该市场无果的Arm也趁机找到了切入机会。

而在高通昨日宣布收购SerDes芯片供应商Alphawave以后。大芯片市场格局，一夜巨变。

要了解笔者这句话，就要从芯片的关键说起。

SerDes，很重要

关于SerDes是什么，在过去已经有了很多讨论，我们在本文不再赘述。总而言之，作为通信的一个重要方式，SerDes在数据中心的地位与日俱增。

SerDes的背景是光纤和同轴电缆链路上的通信。当然，原因显而易见——串行发送字节比并行发送字节限制了电缆数量！如果只有一条或几条电缆，那么最大化电缆吞吐量至关重要。SerDes的面积和功耗是次要考虑因素。

到了20世纪90年代末，SerDes迈进了历史上的一个重要时刻。当时，OC-24（2488.32Mbps）已经面世，人们正在规划速率约为10Gbps的OC-192。几年后（21世纪初），通过10Gb/s线路速率实现4的10Gb以太网成为现实（而XAUI则需要使用4个通道来实现10Gb/s的聚合）。

对于SerDes来说，另一项重要的发展也随之而来——越来越多地用于 PCB 和背板上的芯片间通信，以取代并行链路。这一发展将使 SerDes 从重要的长距离通信电路转变为关键的 SoC 组件。

知名分析机构IPnest在2021年的一篇分析文章中说，在2017年，新兴数据密集型计算应用（如机器学习和神经网络）对高速连接需求的急剧上升，增加了对高带宽连接的日益增长的需求。同时，由于CMOS技术向先进的FinFET发展，模拟混合信号体系结构(从一开始就是SerDes设计的标准)变得极其难以管理，并且对工艺、电压和温度变化更加敏感。

他们在文章中指出，在现代纳米FinFET技术中，考虑到晶体管的微小尺寸，构建晶体管需要堆叠单个电子。因此，建造精确的模拟电路来承受压力环境的变化是极其困难的。

但像7nm这样的先进技术的优点是，你可以以平方毫米（每平方毫米1亿个晶体管的密度）集成数量惊人的晶体管，因此，现在有可能利用数字信号处理（DSP）开发新的基于数字的架构来完成绝大部分的物理层工作。 与以前的历史模拟混合信号方法所使用的不归零（NRZ或PAM2）相比，基于DSP的体系结构可以使用更高阶的脉冲幅度调制（PAM）调制方案。例如PAM 4使信道的数据吞吐量在不增加信道本身的带宽前提下翻倍。

“在FinFET技术中，使用基于DSP的SerDes不仅是构建耐用的接口所必需的，而且也是在56gbps以上将数据速率加倍的唯一方法。”IPnest分析师在同一篇文章中说。

大众普遍认为，当前的先进技术节点（如7nm及以下）时代，摩尔定律其实不再有效。但芯片集成仍在进行，每平方毫米都会增加更多晶体管。然而，每一个新节点的每一晶体管成本都在不断增加。于是，芯片组技术是一项关键举措，它在使用旧的主流节点来服务芯片组的同时，推动主SoC的集成度的提高。这种混合策略降低了直接将服务IP集成到主SoC中所带来的成本和设计风险。

可以明见，高速 SERDES 技术是现代数字通信的基石，能够跨各种平台快速传输数据。SERDES 的核心是高速传输路径中的一对功能模块，能够高效地在串行数据和并行接口之间双向转换数据。这项基础技术支撑着我们日常所依赖的许多数字通信标准，从支撑互联网的数据中心到渗透我们生活的消费电子产品。

IPnest也认为，一方面，D2D IP收入（2021-2025）会推动SerDes强劲增长，另外，创建异质芯片市场，也扩大高了端SerDes IP的需求。

这也正是各大芯片大厂过去几年高度关注SerDes的原因。

芯片巨头，暗斗SerDes

其实目前活跃在数据中心的每个芯片大厂，都在Serdes有深厚的积累。博通和Marvell这种时常把SerDes挂在嘴边的巨头自不必说。英伟达、英特尔、AMD甚至联发科，都是SerDes市场的高端玩家。此外还有独立的IP供应商Synopysys、Cadence和刚被高通收购的Alphawave也是这个市场的重要角色。

这就是我为何在文章开头说大芯片一夜巨变的原因。因为在这单交易以后，圣地亚哥巨头拿到了进入数据中心市场的重要筹码。

作为一家成立于2017年的新贵，Alphawave在短短几年里已经跃升全球第四的IP公司，其主要依赖的就是SerDes IP 方面的优势。数据显示，在过去七年间，公司的收入实现了从 0 增长至超过 2.7 亿美元的突破。在此前于旧金山举办的光纤通信会议与展览会 (OFC) 上，他们还展示了包括 224 Gbps PAM4 SerDes 在内的产品。

至于另外几家芯片巨头，如上所述，也是这个市场的优秀选手。

英伟达方面，作为人工智能时代最炙手可热的芯片厂商，除了领先的GPU架构和丰富的CUDA开发生态外，英伟达的Nvlink也是公司不得不提的一个杀手锏。作为一种定制SerDes技术，英伟达第一代NvLink在2014年伴随P100芯片亮相。据当时的介绍，两块GPU之间有4条NVLink，每条链路包含8条Lane，每条Lane的速率为20Gb/s。因此，整个系统的双向带宽为160GB/s，是PCIe3 x16的5倍。

在后续的发展中，英伟达迭代其Nvlink到了第五代，并使其领先于大多数竞争对手。这项技术现在也已经演化出NVLink C2C（短距离 200G SerDes）和NVLink5（长距离 200G SerDes）。NVLink C2C（短距离 200G SerDes）。

其中，NVLink C2C 类似于 C2M 或 VSR 类型的以太网 SerDes。传输距离短、功耗低、芯片面积小。NVLink5 类似于超级 KR 风格的以太网 SerDes。超长传输距离、大芯片面积、高功耗。

最近，该公司还将NVLink C2C作为 IP 模块授权给第三方。这意味着合作伙伴公司可以将此硬件直接添加到其芯片设计中。

至于英特尔，早在2013年，他们就展示了最新的 224-Gb/s PAM-4 SerDes ，将高速串行连接提升到一个水平。这家总部位于加州圣克拉拉的公司表示，224G 收发器配备了模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC) 基于数字信号处理 (DSP) 的 SerDes 模块。

英特尔指出，除了能够通过背板和无源电缆实现以太网高速连接外，英特尔的 LR SerDes 还支持极短距离 (VSR) 接口，用于通过单个连接器实现芯片到模块（铜缆或光纤）的连接，连接距离最远可达 0.1 米。该 SerDes 还满足中距离 (MR) 的要求，用于芯片到芯片和中板的连接，连接距离最远可达 0.25 米。

值得一提的是，英特尔曾经收购过一家名为V Semiconductor Inc，而该公司就是由Alphawave创始人Tony Pialis创立并担任总裁兼首席执行官。Tony 也于 2012 年至 2017 年期间担任英特尔公司模拟和混合信号 IP 副总裁。在英特尔任职期间，Tony 及其团队因成功基于英特尔 22nm 和 14nm 制程技术交付下一代以太网和 PCI-Express SerDes 解决方案而荣获享有盛誉的英特尔成就奖。

而AMD的 Infinity Fabric，乃至未来的 Chiplet（小芯片）互联，都依赖高性能 SerDes 实现低延迟、高带宽连接。

据了解，Infinity 可扩展数据结构 (SDF) 采用两种不同类型的SerDes链路 - Infinity Fabric On-Package ( IFOP ) 和Infinity Fabric InterSocket ( IFIS )。其中Infinity Fabric 封装内( IFOP ) SerDes 可处理同一封装内的芯片间通信。AMD 设计了一款相当简单的定制 SerDes，适用于较短的封装内走线长度。Infinity Fabric InterSocket ( IFIS ) SerDes 是第二种类型，用于封装间通信，例如双向多处理。IFIS 的设计使其能够与PCIe和SATA等其他协议进行复用。

就连联发科，在去年的OCP全球峰会上，也展示示其经过硅验证的长距离224G SerDes。这标志着最高性能ASIC应用在性能、可靠性和效率方面的重大飞跃。224G SerDes扩展了联发科技的产品组合，其中包括56G和112G ASIC、重定时器和AEC（有源电缆）解决方案。

由此可见，对于想在数据中心市场力争上游的高通，购买属于自己的SerDes，顺理成章。因为在收购Nuvia补强CPU设计能力之后，连接成为高通最后的短板。

高通在新闻稿中也表示，收购 Alphawave Semi 旨在进一步加速高通进军数据中心领域的步伐，并为其提供关键资产。高通 Oryon CPU 和 Hexagon NPU 处理器能够满足日益增长的高性能、低功耗计算需求，而这种需求正受到 AI 推理的快速增长以及数据中心向定制 CPU 过渡的推动。

另外，考虑到Alphawave 不仅仅是一家 IP 公司，它还涉足 chiplet 和定制 ASIC 领域。上周，该公司宣布成功流片了业界首批基于台积电 N2 工艺的 UCIe IP 子系统之一。该 chiplet 支持 36G 的 die-to-die 数据速率。 这让高通面向Chiplet未来，走了更多的筹码。

题外话，此前传出有意抢购Alphawave的Arm，其实也是瞄着同样的目的而来。

在强势杀回数据中心领域以后，高通未来会在CPU、AI市场、汽车市场大举进攻，他们也必将成为这个市场不容忽视的重要玩家。

再加上Arm往芯片走的决心愈来愈明显。

对于英伟达、英特尔和AMD这些传统数据中心芯片巨头来说，又一个“野蛮人”将成为他们最有力的竞争对手。博通、Marvell也被误伤。

在苹果抛弃、小米自研芯片、华为卷土重来的多种利空影响下，高通另觅出路无可厚非。

但大芯片江湖，留给初创公司的机会，愈来愈少了。

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