半导体行业观察 前天
英伟达“误伤”一颗芯片
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近日,英伟达与英特尔两大芯片巨头的联姻引爆了市场。

这场旨在融合 AI 加速计算与 x86 生态优势的战略联盟,其核心支点直指 NVIDIA NVLink 技术的架构互联能力——这一曾与 PCIe 分庭抗礼的高速互连方案,如今借由英特尔的入局获得了前所未有的权重与影响力。

相较于英特尔主导超二十年的 PCIe 标准,NVLink 以数倍的带宽跃升与延迟突破等性能优势,在 AI 训练、超大规模计算等场景中展现出碾压性竞争力,正让 PCIe 技术路线面临前所未有的挑战。

更耐人寻味的是,作为 PCIe 标准的奠基者,英特尔此次选择拥抱 NVLink 的举动更具象征意义。这种技术路线的 " 自我革新 ",如果真的能按照计划推进,不仅意味着 CPU 与 GPU 的互连范式将迎来重构,更可能会对让长期依赖 PCIe 高速信号补偿需求的 Retimer 芯片产生影响。(备注:我们所做的假设前提是双方计划真正实施,至于影响幅度大小,我们没有具体分析,但希望能够就技术的变动带来新的观察,仅供参考。)

在这场由 NVLink 掀起的技术路线重构与替代浪潮中,正应了那句 " 有人欢喜有人愁 " ——英伟达借合作打通了 AI 基础设施的 x86 生态通路,英特尔则凭定制化产品拓展了在高端计算领域的边界,双方无疑是 " 欢喜 " 的阵营;反观曾依托 PCIe 高速信号补偿需求站稳产业链的 PCIe Retimer 芯片,却恰恰沦为了 " 愁 " 的一方,成为这场产业迭代里最先直面冲击的角色。

PCIe Retimer 的 " 立身之本 "

要想了解 Retimer 芯片,我们需要先了解 PCIe 总线。

众所周知,总线是为电脑 / 服务器主板上不同的硬件进行互相数据通信的 " 道路 ",单位时间内数据传输量被称为带宽,即每秒传输的比特数。总线对硬件间数据传输速度起决定性作用,在服务器对计算速度和时延等要求不断提高背景下,计算机总线标准也在不断迭代。

目前最主流的总线为 PCIe 协议(PCI-Express),由 Intel 在 2001 年提出,以替代旧的 PCI、PCI-X 和 AGP 等总线标准。PCIe 协议近年来发展迅速,传输速率基本上实现了每 3-4 年翻倍增长,并保持良好的向后兼容特性。

尤其是在人工智能算力需求爆发式增长的今天,数据中心内部的高速数据传输正面临前所未有的压力。这推动了 PCIe 协议快速发展,从 PCIe 3.0、4.0,一路跃升至 5.0、6.0 时代,传输速率从 8GT/s、16GT/s 不断翻倍至 32GT/s、64GT/s。

然而,随着通信速率逐代提升,信号衰减问题愈发严重。在 PCIe 标准迭代中,一方面随着应用不断发展推动着 PCIe 标准迭代更新,速度不断翻倍;另一方面由于服务器的物理尺寸受限于工业标准并没有很大的变化,导致整个链路的插损从 PCIe3.0 时代的 22dB 增加到了 PCIe4.0 时代的 28dB,并进一步增长到了 PCIe5.0 时代的 36dB。如何解决 PCIe 信号链路的插损问题,提高 PCIe 信号传输距离是业界面临的重要问题。

Retimer 的出现是 PCIe 发展到一定阶段的必然产物。在 PCIe 4.0 及更早版本之前,数据传输速率相对较低,对信号完整性的要求不高。但到了 PCIe 5.0、PCIe 6.0 时代,数据传输速率提高到 32GT/s、64GT/s,信号衰减和抖动问题开始愈发突出,插入损耗也随之增加。

PCIe 规范有精确的插入损耗预算,例如,PCIe 6.0 版本的插入损耗预算为 32dB,意思就是在设计时必须确保信号在传输过程中的总损失不超过 32dB,以保持信号质量。

对此,PCIe Retimer 芯片成为解决信号衰减问题的主流方案。

Retimer 芯片是一种混合信号模拟 / 数字芯片,其原理是使用内部的时钟恢复电路,重新定时输入信号以消除时钟偏移和抖动,并校正信号的相位和时间偏差(jitter)。它可以延长接口的传输距离并提高信号质量,PCIe Retimer 芯片主要解决数据中心、服务器通过 PCIe 协议在数据高速、远距离传输时,信号时序不齐、损耗大、完整性差等问题。

Retimer 芯片内部构成

(图源:PCI-SIG 官网)

相比于市场其他技术解决方案,现阶段 Retimer 芯片的解决方案在性能、标准化和生态系统支持等方面具有一定的比较优势。值得一提的是,Retimer 芯片可以灵活地切换 PCIe 或 CXL 模式,更符合未来 CXL 互连趋势。

这种功能特性,使其通用服务器与 AI 服务器市场天然具备高价值。

在通用服务器领域,随着云计算、大数据中心的扩张,PCIe 5.0 及以上版本服务器渗透率的快速提升,每台服务器需搭载 2-4 颗 Retimer 芯片(用于 CPU 与 PCIe 插槽、高速存储的连接),叠加边缘计算服务器的增长,其市场需求呈指数级上升。

此外,随着 AI 浪潮的兴起,AI 服务器成为 Retimer 芯片主要增量应用场景之一。

据了解,AI 服务器里 PCIe Retimer 芯片的数量,与服务器配置的 GPU 数量直接相关。这是因为 GPU 的通道数(lane)直接决定了 PCIe 链路的配比。

AI 服务器中通常需要多块 GPU 协同运算,单台 AI 服务器常搭载 4-8 块甚至更多 GPU,GPU 与 CPU、GPU 之间的 PCIe 链路不仅长,还需同时传输海量训练数据—— Retimer 芯片正是破解 " 多 GPU 互连信号瓶颈 " 的关键,能让 AI 算力集群的协同效率大幅提升。

目前一台典型的配 8 块 GPU 的主流 AI 服务器需要 8 颗甚至 16 颗 PCIe 5.0 Retimer 芯片。

可见,Retimer 芯片在 AI 时代与服务器领域拥有广阔的市场空间。

双寡头引领与多强竞逐 " 黄金赛道 "

在 PCIe 高速互连的黄金时代,Retimer 芯片市场形成了 " 双寡头引领、多强竞逐 " 的格局。

当前全球市场主要由服务器数模芯片厂商与传统模拟巨头共同分割,其中 AsteraLabs 与澜起科技的竞争尤为瞩目——前者凭借 PCIe 5.0 的先发优势占据全球主要份额,后者则以国产替代之势快速崛起,二者共同主导高端市场;谱瑞(Pericom)、IDT(被瑞萨收购)凭借技术积累占据传统阵地,而 TI、Microchip 等巨头则以通用型产品覆盖中低端领域,构成多层次竞争生态。

追溯发展历程,不同厂商的技术路径呈现鲜明差异。

作为市场早期入局者,谱瑞凭借 PCIe 3.0/4.0 时代的先发优势,其产品率先通过 Intel、AMD 等主流平台认证,成为服务器厂商的核心供应商,目前已形成覆盖 PCIe 3.0-5.0 的完整产品线,相关芯片的传输速率和低延迟特性站稳高端市场。

IDT 则依托在定时芯片领域的技术积累,早期在多代 PCIe 协议兼容上占据优势,被瑞萨收购后其 Retimer 技术与瑞萨的模拟芯片能力深度整合,持续向 PCIe 5.0/6.0 领域延伸。

美国厂商 AsteraLabs 凭借 "Smart Retimer" 概念打破传统,其 PCIe 4.0 产品 2024 年实现量产,PCIe 5.0 产品通过管脚兼容设计降低客户升级成本,并联合云服务厂商建立 Cloud-Scale Interop Lab 生态,快速占领 AI 服务器市场,成为当前 4.0/5.0 时代的份额主导者。

国内龙头澜起科技则展现出强劲的替代能力,从内存接口芯片领域跨界切入后,其 PCIe 4.0 Retimer 已稳定量产,PCIe 5.0 产品自 2024 年起连续两个季度出货翻倍,在手订单饱满,更于 2025 年初率先推出 PCIe 6.x/CXL 3.x Retimer 并送样,传输速率达 64GT/s,技术壁垒持续强化。

传统模拟巨头则以差异化策略分食市场。TI 凭借广泛的工业客户基础,提供适配多场景的通用型 Retimer 芯片,虽未专注高端 AI 领域,但在中低速 PCIe 链路中仍具竞争力;Microchip 早在 2020 年便发布支持 PCIe 5.0 与 CXL 2.0 的 Retimer 系列,其产品已成为英特尔平台参考设计的常用选择,在传统服务器市场占据一席之地。

在国产替代与技术升级的双重红利下,这场围绕高速互连的竞逐正迎来机遇期。

有行业数据预测显示,2025 年全球 PCIe Retimer 芯片市场规模将达到 18 亿美元。在此市场潜力下,Retimer 芯片一度被视为 "PCIe 高速化浪潮下的必选组件 ",是半导体产业链中与 AI 算力、服务器扩张深度绑定的 " 黄金赛道 "。

nvtel 联盟,带来微妙变化

然而,这场由英伟达与英特尔联手掀起的技术革命,或可能给 PCIe Retimer 市场带来微妙的变化。

当英伟达以 50 亿美元战略入股英特尔,并开放 NVLink 技术生态,这位 PCIe 标准的长期挑战者终于获得了撬动产业格局的关键支点——而英特尔作为 PCIe 协议的奠基者选择 " 倒戈 ",更让这场冲击具备了颠覆技术阵营的深层力量。

首先是技术代差的碾压效应首当其冲。据了解,第五代 NVLink 技术已实现 1.8TB/s 的总带宽,是 PCIe Gen5 的 14 倍以上,且凭借芯片级集成设计将信号传输损耗降至最低。这种优势直接消解了 PCIe Retimer 的价值。例如,在英伟达 GB200 NVL72 机架系统中,576 个 GPU 通过 NVLink 形成超 1PB/s 的全域带宽,无需任何信号补偿芯片即可实现稳定互连;而传统方案中,8GPU AI 服务器需配置 8-16 颗 PCIe 5.0 Retimer 才能避免信号失真。

NVLink 为 x86 架构提供了比传统 PCIe 更高带宽、更低延迟的互联能力,这可能会改变数据中心内部的计算和数据流动模式。

当黄仁勋在发布会上强调 " 要把最好的 CPU 和最好的 GPU 通过 NVLink 结合 " 时,实际已宣告了高速互连领域 " 补偿时代 " 的终结。

更致命的是,英伟达 GPU 在 AI 时代具有绝对的统治力,在独立显卡市场占据 92% 份额,PC 用 GPU 份额也提升至 24%,而 AI 训练场景几乎完全依赖其芯片。在数据中心领域,定制化 NVLink x86 CPU 将替代通用 PCIe 接口方案;个人计算领域,英特尔集成 RTX GPU 芯粒的 SoC 将减少对独立 PCIe 显卡的依赖。

另一方面,Retimer 芯片的主要作用就是 " 信号放大 "。当 PCIe 信号在长距离传输中衰减时 Retimer 会接收、重构并重新发送信号,确保数据完整性。当服务器采用模块化设计,CPU 和 GPU 分散在不同板卡上时,长距离的信号传输就必须依赖 Retimer。如果 CPU 和 GPU 在同一块大型主板上,信号链路较短,则 Retimer 的用量就会减少。

总之,当开发者围绕 NVLink 优化软件栈,当云服务商批量部署 NVLink 集群时,PCIe Retimer 的生存空间将被系统性挤压。

此外,生态迁移的连锁反应更具破坏性。英特尔将为英伟达定制 x86 CPU,这些芯片将直接集成 NVLink 接口进入 AI 基础设施平台——这意味着一部分 PCIe 服务器市场将转向 NVLink 架构。

此前,要将一个私有协议推向行业标准,对抗开放的 PCIe 联盟,单靠英伟达一家虽颇有成效,但终归独木难支。而在这盘大棋中,Intel 正是那个最关键、也最微妙的 " 棋子 "。一旦 Intel 的服务器 CPU 开始支持 NVLink,整个服务器生态系统将被迫跟进,这将极大加速 NVLink 的普及,形成事实上的行业标准。

如果这套方案真正跑通了,不难想象,未来的 AI 服务器设计、主板布局、芯片接口都将围绕 NVLink 展开,任何想要接入这个高性能计算生态的芯片(无论是 CPU 还是其他 AI 芯片),都必须兼容 NVLink Fusion 协议。这将形成一种强大的捆绑效应,将整个产业链从主板制造商、服务器厂商到最终用户,都牢牢锁定在英伟达的生态圈内。而一旦掌握了协议主导权,英伟达便可以通过授权、认证等方式,从每一个接入其生态的硬件中获利,成为数据中心时代的 " 高通 "。

乍看之下," 英伟达入股 Intel" 的动作似乎是 GPU 霸主向 CPU 巨头的示好或渗透,意图补全其在通用计算领域的版图。但这不仅是一次投资,更是一场意图重塑未来数据中心底层协议、构建英伟达除了 CUDA 之外的第二道 " 护城河 " 的深远布局,对 NVLink 互联协议的超前布局。

这场冲击的本质,是产业标准从 " 通用兼容 " 向 " 垂直整合 " 的范式转移——当 CPU 与 GPU 的领导厂商直接定义互连协议,第三方 Retimer 芯片的价值自然大幅缩水,市场格局的重构或已露端倪。

换个角度思考,英伟达与英特尔的合作在战略协同层面也具备优势: 面对共同的挑战(如 ARM 架构在服务器市场的侵蚀、AMD 在 CPU 和 GPU 领域的攻城略地),Intel 与英伟达可以形成 "CPU+GPU/ 互联 " 的 nvtel 联盟,共同定义下一代计算平台的架构。

写在最后

综合来看,当英伟达携 NVLink 技术入股英特尔,以 " 协议定义护城河 " 的战略升维撬动高性能计算的架构格局时,PCIe Retimer 市场确实告别了过去 " 高速增长无虞 " 的黄金时代——这场由两大芯片巨头联手掀起的互连革命,可能会短暂影响依托 PCIe 链路站稳脚跟的 Retimer 芯片。

但这仅仅是一种初步见解,因为在很多分析人士看来,PCIe Retimer 的市场空间,仍扎根在诸多无法被 NVLink 完全覆盖的场景里——在长距离传输与复杂拓扑中,GPU 服务器的机头与机尾、GPU 与交换机的铜缆连接,仍需它以自适应均衡能力抵消信号衰减;在非 GPU 设备互联领域,SSD、网卡与 CPU 的高速链路,尤其是复杂布线场景下,Retimer 仍是保障数据 " 零丢包 " 的关键;更不用说采用 OAM 架构的服务器,其通用基板(UBBP)设计天然依赖 Retimer 芯片维持信号完整性。

这种不可替代性,也让 PCIe Retimer 市场底色尚存,依然是 AI 时代算力网络中 " 不可或缺的拼图 "。

* 免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。

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