【每日一题】国产CPU硅前和硅后验证针对PCIe总线都需要哪些专业应用？

结合我们最近和一些国内CPU公司开发、验证工程师的沟通和交流，我们今天将简单介绍一下SerialTek PCIe 5.0/6.0协议分析仪、Quarch故障注入卡、sideband信号长期追踪/记录/回溯等核心工具的功能、使用场景，并结合实际案例说明在芯片研发尤其是CPU设计验证过程中，包括DE/DV硅前以及硅后验证阶段，这些工具对于问题诊断、兼容性测试和稳定性验证的要紧作用。同时，我们也要求强调SerialCables PCIe 5.0/6.0转接卡、Golden Sample测试卡等辅助设备在构建完整测试环境中的必要性。

一、PCIe协议分析仪的核心作用与工艺需求

• PCIe 5.0 x16接口的CPU芯片开发，协议分析仪是必备工具，无论是在设计仿真阶段还是流片后的Bring Up阶段均需使用。

• 分析仪可用于抓取链路双向数据，诊断链路训练（LTSSM）、流控协商、性能瓶颈等疑问，尤其适用于解决开机枚举失败、通信中断、低功耗状态异常等复杂场景。

• 实际案例表明，即使采用成熟IP，仍可能因RC端（CPU）行为异常导致链路不稳定，而协议分析仪可提供明确证据定位问题源头。

二、关键测试工具介绍与选型建议

（一）PCIe协议分析仪 (PCIe protocol analyzer)

• PCIe协议分析仪必须配合Interposer卡利用，实现透明接入并抓取PCIe信号。

• 支持多种接口类型（AIC插卡、U.2、M.2、EDSFF的E1.S, E1.L, E3.S, E3.L等），可根据需求配置不同规格的Interposer。

• 类似于SerialTek这类高端分析仪其内部采用高端服务器等独立处理架构，解码速度快，不依赖客户端电脑性能，优于传统依赖PC端协议分析仪软件处理的分析仪。

（二）故障注入卡（Error Injection Card）

• 可主动模拟各种错误场景（如BIT ERROR、CRC ERROR、Code Violation等），用于验证CPU在异常信号下的恢复能力。

• 支撑任意差分通道的接收端进行错误注入，无需收集市面上“烂卡”即可完成CPU健壮性（鲁棒性）测试。

（三）长期追踪记录卡 （PAM - power analysis module + sideband signal logging)

• 可持续监控边带信号（如PERST#、CLKREQ#、POWER等）变化，采样精度最高4us，建议设置到64us或者128us采样一次，否则存储的数据量极其庞大，适用于偶发性死机疑问的回溯分析。

• 内容可实时存储至主机，结合软件平台查看电压、电流、功耗等参数，适合服务器厂商部署于多地现场后的挑战复现。

三、测试环境构建与配套设备

（一）PCIe分析仪的Interposer选型策略

• PCIe Interposer按x16/x8/x4划分，x4版本成本较低，但对于分析仪PCIe协议来讲没有很大区别。

• 尽管物理通道减少，但由于协议层交互与通道数量无关，x4分析通常足以覆盖大部分协议级问题。

• 英特尔内部亦采用多路x4切换方式做完全通道测试，建议可依据自研切换装置实现低成本全覆盖。

（二）PCIe转接卡与延长线

• 必须使用高质量转接卡或延长线，避免因劣质线材导致信号完整性破坏甚至硬件损坏。

（三）PCIe Golden Sample测试卡

• PCI-SIG官方认证的唯一Golden Sample卡SerialCables PCIe 5.0 x16主机卡，作为EP端基准设备，用于验证CPU RC端的兼容性与稳定性。

• 支持PCIe 5.0 x16，适用于建链测试，长时间压力测试与自动化回归测试。

简要总结

• PCIe协议分析仪是CPU芯片研发中不可或缺的关键工具，尤其在流片后Bring Up与系统级验证阶段具有不可替代的作用。

• 建议优先部署具备独立处理能力的高性能分析仪，并根据预算合理选择x4或x8配置以平衡成本与功能。

• 故障注入卡与长期追踪卡应作为补充工具纳入测试体系，提升对异常场景与偶发问题的应对能力。

• 测试环境中必须配备高质量的Interposer、转接卡及Golden Sample卡，杜绝因外围设备质量问题干扰测试结果。