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纵观全球半导体市场，在地缘政治和创新浪潮的驱动下，中国本土半导体产业发展蓬勃有力，其中芯片设计产业以其技术领先性最强而率先进入国产替代的深水区。市场需求的变化、技术的创新更迭和变幻莫测的国际格局等因素，都对芯片设计企业的技术能力、资金能力和人才能力都提出了更高的要求。而这其中，那些勇闯深度替代并向高端芯片领域吹起进攻号角的产业玩家们则更需要一些孤勇和执着。
近日，聚焦于开发和引领创新型产品的井芯微电子技术（天津）有限公司（以下简称“井芯微”或“井芯微电子”）继发布240G网络DPU芯片SDI2820后，再度向市场推出国产替代新产品——PRB0400型PCIe转SRIO桥接芯片（以下简称“井芯PRB0400”）。井芯PRB0400是一款兼容PCIe Gen2和RapidIO Gen2协议的高性能数据传输桥接芯片，主要用于满足高可靠低延时计算处理系统内部各组件之间的互连需求，实现PCIe协议网络和RapidIO协议网络之间数据互连互通，该芯片可以轻松实现SRIO（即Serial RapidIO）系统与PCIe系统的无缝连接，实现两个生态系统的融合。
井芯PRB0400支持芯片到芯片、板到板间的高效能数据通信，可用于连接CPU、DSP、FPGA等构成的密集型电子系统，用于解决PCIe网络与RapidIO网络的连接问题，同时内嵌DMA引擎和消息传递引擎，可以在无需主控处理器弱参与的情况下实现大量数据的高效传输。作为一款PCIe转SRIO桥接芯片，井芯PRB0400广泛应用于各种处理器之间的点对点互连，或者处理器之间RapidIO数据交互等功能实现的场景，在基站传输，分布式计算，图像处理等应用领域都有着巨大的市场空间。
深耕本土客户特色需求，打造25项增强功能
图 1 井芯PRB0400芯片结构图
井芯PRB0400采用全正向研发，拥有PCIe接口、S-RIO 接口、消息引擎、映射引擎以及块DMA引擎五大主要功能。并在产品定义初期进行了详尽而严密的市场调查，在开发过程中广泛吸收了众多国内客户的应用建议，并针对客户需求进行附加功能的开发。在兼容对标器件全部功能和不影响官方驱动前提下，相比于国际厂商的相关产品，井芯PRB0400增加了业务相关7项、适配相关6项、可维可测相关5项、鲁棒性相关7项，共计25项功能增强，能够更好地满足本土客户的应用需求。同时，井芯微研发团队积累了深厚的使用和定位经验，能够向本土客户提供更好的本地化支持服务。
在井芯PRB0400芯片中，PCIe接口负责与PCIe相关的所有物理层、数据链路层和传输层协议，S-RIO接口则实现与S-RIO相关的所有物理层和传输层协议。消息引擎用作RapidIO逻辑层消息传递，接收和发送通道均支持8个独立的处理引擎。映射引擎则是用于PCIe和RapidIO之间的映射和转换，可根据需要进行分割和重组。而其中的块DMA引擎支持8个独立的DMA通道，其中的每个DMA通道都可以根据描述符执行读或写操作。
在系统设计上，井芯PRB0400可实现原位替代对标国际产品，并兼容其官方驱动。此外，井芯PRB0400兼容国内主流CPU和 DSP，并完成了对应的生态测试。目前已完成与飞腾、龙芯、x86、Zynq等PCIe RC设备对应的生态测试，实现了对在国际厂商的相关产品硬件和软件两个层面的原位替代。
瞄准多个应用场景，开启40亿新基建市场
RapidIO协议是全球主流的嵌入式系统互连国际标准 (ISO/IEC18372) ，PCIe是一种高速串行计算机扩展总线标准。两种协议在我国信息基础设施中均有较为广泛的应用，尤其在器件级、板卡级和系统级的设备中大规模地采用了PCIe协议和RapidIO协议。作为PCIe转RapidIO协议芯片，井芯PRB0400在以新基建设施为典型应用的场景中拥有广泛的市场空间。例如，在通信基站中为了保证实时性，一般都会采用高速实时传输总线RapidIO协议和PCIe协议，在RapidIO网络的维护管理系统中， RapidIO交换芯片和PCIe转SRIO桥接芯片用于各种处理器之间的点对点互连或RapidIO数据交互等功能实现。对于处理器与RapidIO网络连接系统， PCIe转RapidIO桥接芯片则用于解决系统应用的难题，并提升系统的运算效能。
在视频和图像应用中，系统设计人员需要将大量的DSP或者FPGA来执行编码/解码/转码，或者对大型数据阵列进行FFT（快速傅里叶变换），RapidIO协议最适合这种DSP/FPGA集群要求。然而，系统的模拟前端通常是一个传感器，流数据端接在FPGA中（例如摄像头子系统）。这通常是在具有一个PC后端的PCIe网络中。在这些应用中，井芯PRB0400可以帮助设计人员在PCIe网络和RapidIO DSP/FPGA集群之间搭建桥梁。
在无线基站中，LTE、WCDMA和TD-SCDMA等制式的基带处理卡使用的互连技术就是RapidIO。RapidIO在基带处理器上本地连接一组DSP，处理器和FPGA集群，用于MAC和PHY层处理。然而，LTE标准提高了现有RapidIO的微处理器的性能。井芯PRB0400 为无线设备制造商提供了一个额外的选择，在以RapidIO为主的基带卡中使用具有卓越MIPs的x86处理器。在这些板卡设计中，RapidIO是设备之间的互连总线，并用于背板互连。x86处理器现在可以与基带卡上的其他RapidIO设备一起使用，并且凭借RapidIO的消息性能应用在点对点的多处理器网络当中。
在高性能处理应用中，井芯PRB0400支持将使用PCIe的处理器用于RapidIO背板，为系统设计人员提供了两全其美的优势——最新一代X86解决方案的浮点和MIPs处理能力，以及RapidIO架构卓越的点对点网络性能。通过将井芯PRB0400与井芯微交换芯片结合使用，带有X86处理器的有效载荷处理器卡可以与工作在高达3.125 Gbaud的现有RapidIO 1.3背板一起使用，或者相同的卡可以与工作在5 Gbaud下的RapidIO Gen2兼容背板一起使用。
国内新基建产业的浪潮、东数西算工程建设以及本土服务器芯片厂商的崛起，使得国产桥接芯片的需求非常强烈。例如在通信基站、分布式计算机系统、视频会议、图像处理系统等场景中，随着用户需求和体验感的提高，各个领域对基本数据理量的要求也更加严格，由此带来的处理算法的复杂度不断提升，数据传输量也越来越大。据井芯微负责人员透露，该产品的前期市场调研中发现，国内市场对PCIe转RapidIO协议芯片需求迫切，未来整体市场容量有望超过40亿元。此外，在井芯PRB0400的研制过程中，广泛受到了国内主流CPU厂商关注，并给予了高优先级的技术支持。据了解，井芯PRB0400已开始进行客户送样，今年年底将实现大规模量产供货。
深耕SDI互连技术，井芯微引领高端芯片国产化
在过去的五到十年里，本土半导体产业实现了飞速增长，其中尤以芯片设计产业发展最为快速，在模拟芯片和数字芯片等方面均实现了大范围的国产替代。然而今时今日，进口替代已进入深水区，尤其是高端芯片的深度替代需要有企业担起啃硬骨头的重任，向“深水区”甚至“无人区”发起挑战，互连技术便是其中需要攻克的难题之一，而传统互连芯片技术目前仍被国外巨头所垄断。
作为互连技术的新方向，软件定义互连（Software Defined Interconnection，SDI）技术在2009年由中国工程院邬江兴院士团队所提出，其核心是打破现有网络的刚性体系结构，实现从物理层、数据链路层、网络层到业务层全维软件定义的网络体系，从而将刚性网络变为柔性网络，构建可定义、可重组、可重构、可重建的软件定义体系架构。SDI技术可为新型数据中心、云计算等信息基础设施提供高效扁平和灵活定义的互连，为自动驾驶、即时保密通信等情景网络动态服务提供随需而变的 “柔性骨骼” ，为物联网时代大规模传感节点的群体智能提供灵活定义的 “随需连接” 。
将“为下一代网络造芯”视作企业使命的井芯微，其核心技术团队完整参与了SDI从概念提出到芯片实现的全过程，并通过成立SDI联盟、研制基于SDI技术的芯片赋能新基建。井芯微核心创始团队不仅在SDI技术上有深厚的积累，还拥有丰富的芯片开发经验。目前井芯微已获得发明专利授权 80项、受通168项，已成功研发出RapidIO交换芯片-井芯NRS1800、软件定义互连交换芯片-井芯SDI3210、内生安全交换芯片-井芯ESW5610、PCIe转SRIO桥接芯片-井芯PRB0400、240G智能网卡芯片-井芯SDI2820等多款国内领先的芯片产品，另有10余款芯片在研，为5G基站建设、大数据中心建设等新基建设施提供核心技术支撑。
协议转换芯片是SDI技术的一个重要分支，PCIe转RapidIO桥接芯片-井芯PRB0400的发布，将作为井芯微电子“端到端全新SDI环境”版图重要的一环，支撑井芯微驱动千亿元数量级的市场空间。而作为SDI技术的引领者，井芯微通过不断的拓展其基于SDI技术的产品路线图，技术优势已经逐渐被人们所熟知，市场认可度逐渐提高。据了解，井芯微2021年销售额同比增速超300%，行业客户已拓展至300余家，并在2022年3月完成了首轮5000万元人民币融资。
在深度布局SDI技术的基础上，井芯微未来中远期将探索以“SDI逼近神经网络、神经网络驱动智能”的技术与产业之路，通过SDI“神经网络”集成CPU、GPU、IPU、NPU、TPU、DSP等各种类型“神经元”，携手共建连接绿色安全的智能世界。
