英偉達「誤傷」一顆芯片

格隆匯
09/26

近日,英偉達英特爾兩大芯片巨頭的聯姻引爆了市場。

這場旨在融合AI加速計算與x86生態優勢的戰略聯盟,其核心支點直指NVIDIA NVLink技術的架構互聯能力——這一曾與PCIe分庭抗禮的高速互連方案,如今藉由英特爾的入局獲得了前所未有的權重與影響力。

相較於英特爾主導超二十年的PCIe標準,NVLink以數倍的帶寬躍升與延遲突破等性能優勢,在AI訓練、超大規模計算等場景中展現出碾壓性競爭力,正讓PCIe技術路線面臨前所未有的挑戰。

更耐人尋味的是,作為PCIe標準的奠基者,英特爾此次選擇擁抱NVLink的舉動更具象徵意義。這種技術路線的「自我革新」,如果真的能按照計劃推進,不僅意味着CPU與GPU的互連範式將迎來重構,更可能會對讓長期依賴PCIe高速信號補償需求的Retimer芯片產生影響。(備註:我們所做的假設前提是雙方計劃真正實施,至於影響幅度大小,我們沒有具體分析,但希望能夠就技術的變動帶來新的觀察,僅供參考。)

在這場由NVLink掀起的技術路線重構與替代浪潮中,正應了那句「有人歡喜有人愁」——英偉達借合作打通了AI基礎設施的x86生態通路,英特爾則憑定製化產品拓展了在高端計算領域的邊界,雙方無疑是「歡喜」的陣營;反觀曾依託PCIe高速信號補償需求站穩產業鏈的PCIe Retimer芯片,卻恰恰淪為了「愁」的一方,成為這場產業迭代裏最先直面衝擊的角色。

PCIe Retimer的「立身之本」

要想了解Retimer芯片,我們需要先了解PCIe總線。

衆所周知,總線是為電腦/服務器主板上不同的硬件進行互相數據通信的「道路」,單位時間內數據傳輸量被稱為帶寬,即每秒傳輸的比特數。總線對硬件間數據傳輸速度起決定性作用,在服務器對計算速度和時延等要求不斷提高背景下,計算機總線標準也在不斷迭代。

目前最主流的總線為PCIe協議(PCI-Express),由Intel在2001年提出,以替代舊的PCI、PCI-X和AGP等總線標準。PCIe協議近年來發展迅速,傳輸速率基本上實現了每3-4年翻倍增長,並保持良好的向後兼容特性。

尤其是在人工智能算力需求爆發式增長的今天,數據中心內部的高速數據傳輸正面臨前所未有的壓力。這推動了PCIe協議快速發展,從 PCIe 3.0、4.0,一路躍升至5.0、6.0時代,傳輸速率從 8GT/s、16GT/s 不斷翻倍至 32GT/s、64GT/s。

然而,隨着通信速率逐代提升,信號衰減問題愈發嚴重。在PCIe標準迭代中,一方面隨着應用不斷發展推動着PCIe標準迭代更新,速度不斷翻倍;另一方面由於服務器的物理尺寸受限於工業標準並沒有很大的變化,導致整個鏈路的插損從PCIe3.0時代的22dB增加到了PCIe4.0時代的28dB,並進一步增長到了PCIe5.0時代的36dB。如何解決PCIe信號鏈路的插損問題,提高PCIe信號傳輸距離是業界面臨的重要問題。

Retimer的出現是PCIe發展到一定階段的必然產物。在PCIe 4.0及更早版本之前,數據傳輸速率相對較低,對信號完整性的要求不高。但到了PCIe 5.0、PCIe 6.0時代,數據傳輸速率提高到32GT/s、64GT/s,信號衰減和抖動問題開始愈發突出,插入損耗也隨之增加。

PCIe規範有精確的插入損耗預算,例如,PCIe 6.0版本的插入損耗預算為32dB,意思就是在設計時必須確保信號在傳輸過程中的總損失不超過32dB,以保持信號質量。

對此,PCIe Retimer芯片成為解決信號衰減問題的主流方案。

Retimer芯片是一種混合信號模擬/數字芯片,其原理是使用內部的時鐘恢復電路,重新定時輸入信號以消除時鐘偏移和抖動,並校正信號的相位和時間偏差(jitter)。它可以延長接口的傳輸距離並提高信號質量,PCIe Retimer芯片主要解決數據中心、服務器通過PCIe協議在數據高速、遠距離傳輸時,信號時序不齊、損耗大、完整性差等問題。

Retimer芯片內部構成

(圖源:PCI-SIG官網)

相比於市場其他技術解決方案,現階段Retimer芯片的解決方案在性能、標準化和生態系統支持等方面具有一定的比較優勢。值得一提的是,Retimer芯片可以靈活地切換PCIe或CXL模式,更符合未來CXL互連趨勢。

這種功能特性,使其通用服務器與AI服務器市場天然具備高價值。

在通用服務器領域,隨着雲計算、大數據中心的擴張,PCIe 5.0及以上版本服務器滲透率的快速提升,每臺服務器需搭載2-4顆Retimer芯片(用於CPU與PCIe插槽、高速存儲的連接),疊加邊緣計算服務器的增長,其市場需求呈指數級上升。

此外,隨着AI浪潮的興起,AI服務器成為Retimer芯片主要增量應用場景之一。

據瞭解,AI服務器裏 PCIe Retimer芯片的數量,與服務器配置的 GPU數量直接相關。這是因為GPU的通道數(lane)直接決定了PCIe鏈路的配比。

AI服務器中通常需要多塊GPU協同運算,單臺AI服務器常搭載4-8塊甚至更多GPU,GPU與CPU、GPU之間的PCIe鏈路不僅長,還需同時傳輸海量訓練數據——Retimer芯片正是破解「多GPU互連信號瓶頸」的關鍵,能讓AI算力集羣的協同效率大幅提升。

目前一臺典型的配8塊GPU的主流AI服務器需要8顆甚至16顆PCIe 5.0 Retimer芯片。

可見,Retimer芯片在AI時代與服務器領域擁有廣闊的市場空間。

雙寡頭引領與多強競逐「黃金賽道」

在PCIe高速互連的黃金時代,Retimer芯片市場形成了「雙寡頭引領、多強競逐」的格局。

當前全球市場主要由服務器數模芯片廠商與傳統模擬巨頭共同分割,其中AsteraLabs與瀾起科技的競爭尤為矚目——前者憑藉PCIe 5.0的先發優勢佔據全球主要份額,後者則以國產替代之勢快速崛起,二者共同主導高端市場;譜瑞(Pericom)、IDT(被瑞薩收購)憑藉技術積累佔據傳統陣地,而TI、Microchip等巨頭則以通用型產品覆蓋中低端領域,構成多層次競爭生態。

追溯發展歷程,不同廠商的技術路徑呈現鮮明差異。

作為市場早期入局者,譜瑞憑藉 PCIe 3.0/4.0 時代的先發優勢,其產品率先通過 Intel、AMD 等主流平臺認證,成為服務器廠商的核心供應商,目前已形成覆蓋PCIe 3.0-5.0的完整產品線,相關芯片的傳輸速率和低延遲特性站穩高端市場。

IDT則依託在定時芯片領域的技術積累,早期在多代PCIe協議兼容上佔據優勢,被瑞薩收購後其Retimer技術與瑞薩的模擬芯片能力深度整合,持續向PCIe 5.0/6.0領域延伸。

美國廠商AsteraLabs憑藉「Smart Retimer」概念打破傳統,其PCIe 4.0產品2024年實現量產,PCIe 5.0產品通過管腳兼容設計降低客戶升級成本,並聯合雲服務廠商建立Cloud-Scale Interop Lab生態,快速佔領AI服務器市場,成為當前4.0/5.0時代的份額主導者。

國內龍頭瀾起科技則展現出強勁的替代能力,從內存接口芯片領域跨界切入後,其PCIe 4.0 Retimer已穩定量產,PCIe 5.0產品自2024年起連續兩個季度出貨翻倍,在手訂單飽滿,更於2025年初率先推出PCIe 6.x/CXL 3.x Retimer 並送樣,傳輸速率達 64GT/s,技術壁壘持續強化。

傳統模擬巨頭則以差異化策略分食市場。TI憑藉廣泛的工業客戶基礎,提供適配多場景的通用型Retimer芯片,雖未專注高端AI領域,但在中低速PCIe鏈路中仍具競爭力;Microchip早在2020年便發佈支持PCIe 5.0與CXL 2.0的Retimer系列,其產品已成為英特爾平臺參考設計的常用選擇,在傳統服務器市場佔據一席之地。

在國產替代與技術升級的雙重紅利下,這場圍繞高速互連的競逐正迎來機遇期。

有行業數據預測顯示,2025年全球PCIe Retimer芯片市場規模將達到18億美元。在此市場潛力下,Retimer芯片一度被視為「PCIe高速化浪潮下的必選組件」,是半導體產業鏈中與AI算力、服務器擴張深度綁定的「黃金賽道」。

nvtel聯盟,帶來微妙變化

然而,這場由英偉達與英特爾聯手掀起的技術革命,或可能給PCIe Retimer市場帶來微妙的變化。

當英偉達以50億美元戰略入股英特爾,並開放NVLink技術生態,這位PCIe標準的長期挑戰者終於獲得了撬動產業格局的關鍵支點——而英特爾作為PCIe協議的奠基者選擇「倒戈」,更讓這場衝擊具備了顛覆技術陣營的深層力量。

首先是技術代差的碾壓效應首當其衝。據瞭解,第五代NVLink技術已實現1.8TB/s的總帶寬,是PCIe Gen5的14倍以上,且憑藉芯片級集成設計將信號傳輸損耗降至最低。這種優勢直接消解了PCIe Retimer的價值。例如,在英偉達GB200 NVL72機架系統中,576個GPU通過NVLink形成超1PB/s的全域帶寬,無需任何信號補償芯片即可實現穩定互連;而傳統方案中,8GPU AI服務器需配置8-16顆PCIe 5.0 Retimer才能避免信號失真。

NVLink為x86架構提供了比傳統PCIe更高帶寬、更低延遲的互聯能力,這可能會改變數據中心內部的計算和數據流動模式。

當黃仁勳在發佈會上強調「要把最好的CPU和最好的GPU通過NVLink結合」時,實際已宣告了高速互連領域「補償時代」的終結。

更致命的是,英偉達GPU在AI時代具有絕對的統治力,在獨立顯卡市場佔據92%份額,PC用GPU份額也提升至24%,而AI訓練場景幾乎完全依賴其芯片。在數據中心領域,定製化NVLink x86 CPU將替代通用PCIe接口方案;個人計算領域,英特爾集成RTX GPU芯粒的SoC將減少對獨立PCIe顯卡的依賴。

另一方面,Retimer芯片的主要作用就是 「信號放大」。當PCIe信號在長距離傳輸中衰減時Retimer會接收、重構並重新發送信號,確保數據完整性。當服務器採用模塊化設計,CPU和GPU分散在不同板卡上時,長距離的信號傳輸就必須依賴Retimer。如果CPU和GPU在同一塊大型主板上,信號鏈路較短,則Retimer的用量就會減少。

總之,當開發者圍繞NVLink優化軟件棧,當雲服務商批量部署NVLink集羣時,PCIe Retimer的生存空間將被系統性擠壓。

此外,生態遷移的連鎖反應更具破壞性。英特爾將為英偉達定製x86 CPU,這些芯片將直接集成NVLink接口進入AI基礎設施平臺——這意味着一部分PCIe服務器市場將轉向NVLink架構。

此前,要將一個私有協議推向行業標準,對抗開放的PCIe聯盟,單靠英偉達一家雖頗有成效,但終歸獨木難支。而在這盤大棋中,Intel正是那個最關鍵、也最微妙的「棋子」。一旦Intel的服務器CPU開始支持NVLink,整個服務器生態系統將被迫跟進,這將極大加速NVLink的普及,形成事實上的行業標準。

如果這套方案真正跑通了,不難想象,未來的AI服務器設計、主板佈局、芯片接口都將圍繞NVLink展開,任何想要接入這個高性能計算生態的芯片(無論是CPU還是其他AI芯片),都必須兼容NVLink Fusion協議。這將形成一種強大的捆綁效應,將整個產業鏈從主板製造商、服務器廠商到最終用戶,都牢牢鎖定在英偉達的生態圈內。而一旦掌握了協議主導權,英偉達便可以通過授權、認證等方式,從每一個接入其生態的硬件中獲利,成為數據中心時代的「高通」。

乍看之下,「英偉達入股Intel」的動作似乎是GPU霸主向CPU巨頭的示好或滲透,意圖補全其在通用計算領域的版圖。但這不僅是一次投資,更是一場意圖重塑未來數據中心底層協議、構建英偉達除了CUDA之外的第二道「護城河」的深遠佈局,對NVLink互聯協議的超前佈局。

這場衝擊的本質,是產業標準從「通用兼容」向「垂直整合」的範式轉移——當CPU與GPU的領導廠商直接定義互連協議,第三方Retimer芯片的價值自然大幅縮水,市場格局的重構或已露端倪。

換個角度思考,英偉達與英特爾的合作在戰略協同層面也具備優勢: 面對共同的挑戰(如ARM架構在服務器市場的侵蝕、AMD在CPU和GPU領域的攻城略地),Intel與英偉達可以形成「CPU+GPU/互聯」的nvtel聯盟,共同定義下一代計算平臺的架構。

寫在最後

綜合來看,當英偉達攜NVLink技術入股英特爾,以「協議定義護城河」的戰略升維撬動高性能計算的架構格局時,PCIe Retimer市場確實告別了過去「高速增長無虞」的黃金時代——這場由兩大芯片巨頭聯手掀起的互連革命,可能會短暫影響依託PCIe鏈路站穩腳跟的Retimer芯片。

但這僅僅是一種初步見解,因為在很多分析人士看來,PCIe Retimer的市場空間,仍紮根在諸多無法被NVLink完全覆蓋的場景裏——在長距離傳輸與複雜拓撲中,GPU服務器的機頭與機尾、GPU與交換機的銅纜連接,仍需它以自適應均衡能力抵消信號衰減;在非GPU設備互聯領域,SSD、網卡與CPU的高速鏈路,尤其是複雜佈線場景下,Retimer仍是保障數據「零丟包」的關鍵;更不用說採用OAM架構的服務器,其通用基板(UBBP)設計天然依賴Retimer芯片維持信號完整性。

這種不可替代性,也讓PCIe Retimer市場底色尚存,依然是AI時代算力網絡中「不可或缺的拼圖」。

*免責聲明:本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點,半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點,不代表半導體行業觀察對該觀讚好同或支持,如果有任何異議,歡迎聯繫半導體行業觀察。

注:本文來自公衆號半導體行業觀察《英偉達「誤傷」一顆芯片》;作者:L晨光

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