2026-04-23 
Com o rápido desenvolvimento da inteligência artificial, os servidores de IA e os clusters de GPU tornaram-se a principal infraestrutura de computação dos data centers. Desde o treinamento de modelos de linguagem ampla até serviços de inferência em tempo real, esses aplicativos impõem demandas sem precedentes ao desempenho da computação e à taxa de transferência de dados. Na arquitetura subjacente que dá suporte a esses sistemas de alto desempenho, a tecnologia de transmissão de sinal de alta velocidade está enfrentando sérios desafios.
De acordo com instituições de pesquisa do setor, o mercado global de GPUs ultrapassou US$ 40 bilhões em 2024, com uma taxa de crescimento anual de mais de 30%. Um único servidor de treinamento de IA pode integrar 8 ou mais GPUs de alto desempenho, formando um pool de computação unificado por meio de interconexão de alta velocidade. Essa arquitetura de computação de alta densidade impõe requisitos extremamente altos à largura de banda de transmissão de dados e à qualidade do sinal dentro do servidor.
Enquanto isso, os sistemas de armazenamento também estão passando por uma transformação. O armazenamento SATA e SAS tradicional não consegue mais atender às necessidades das cargas de trabalho de IA, e os SSDs de alta velocidade baseados no protocolo NVMe estão se tornando comuns. A nova geração de CXL (Compute Express Link) aumenta ainda mais a expansão da memória e a convergência do armazenamento, permitindo que GPUs e CPUs acessem recursos remotos de memória e armazenamento de forma coerente com o cache.
Como o principal padrão para interconexão de dispositivos internos em servidores, o PCI Express (PCIe) evoluiu para sua 5ª geração e atingiu a maturidade. O PCIe 5.0 aumenta a taxa de transmissão por via de 16GT/s (PCIe 4.0) para 32GT/sdobrando a largura de banda por pista. Para placas de vídeo ou adaptadores de rede na configuração x16, a largura de banda bidirecional teórica pode chegar a 128 GB/s.
No entanto, taxas de transmissão mais altas também apresentam novos desafios de engenharia:
· Atenuação do sinal: Os sinais de alta velocidade sofrem perdas quando transmitidos por meio de traços e conectores de PCB; a atenuação piora em frequências mais altas. Os sinais do PCIe 5.0 têm uma distância de transmissão efetiva menor que a do PCIe 4.0, exigindo um projeto de roteamento mais rigoroso.
· Integridade do sinal: Os sinais de alta velocidade são mais vulneráveis a diafonia, reflexão e ruído, o que pode causar erros de transmissão de dados e degradar a estabilidade do sistema.
· Margem de tempo: Taxas de dados mais altas significam janelas de temporização mais estreitas, impondo requisitos mais rigorosos para a sincronização do relógio e a precisão da borda do sinal.
Para enfrentar os desafios da transmissão de sinais em alta velocidade, Reformador surgiu a tecnologia Retimer. Um Retimer é um dispositivo de regeneração de sinal colocado no caminho do sinal de alta velocidade, que detecta, recupera e retempera sinais atenuados para estender a distância de transmissão efetiva e melhorar a integridade do sinal.
Diferentemente dos amplificadores de sinal simples (Redrivers), os Retimers conseguem a regeneração do sinal por meio dos seguintes mecanismos:
· Equalização de sinal: Compensa a atenuação de alta frequência e restaura a amplitude do sinal.
· Recuperação de relógio e dados (CDR): Extrai o relógio do sinal de entrada para eliminar a instabilidade.
· Retiming de sinal: Gera novamente sinais de dados limpos usando o relógio recuperado.
· Transparência do protocolo: Não analisa o conteúdo dos dados e é totalmente transparente para os protocolos da camada superior.
Em servidores de IA e sistemas de armazenamento de ponta, os chips Retimer se tornaram componentes essenciais que garantem a transmissão confiável de sinais de alta velocidade. Eles desempenham um papel indispensável na interconexão entre GPUs e CPUs, bem como em conexões estendidas para SSDs NVMe.
O CXL (Compute Express Link) é um novo protocolo de interconexão de alta velocidade baseado na camada física do PCIe 5.0, mas com funções mais avançadas. O padrão CXL 2.0 é compatível com três protocolos:
· CXL.io: Compatível com os protocolos PCIe para descoberta e configuração de dispositivos.
· CXL.cache: Suporta a coerência do cache do dispositivo, permitindo que os dispositivos compartilhem o cache da CPU.
· CXL.memory: Suporta acesso semântico à memória, permitindo que os dispositivos acessem diretamente a memória do sistema.
O valor central da tecnologia CXL está em romper o gargalo da memória da CPU em arquiteturas tradicionais, permitindo que aceleradores como GPUs e FPGAs acessem pools de memória de grande capacidade de forma coerente com o cache. Isso é fundamental para o treinamento de IA e aplicativos de big data que exigem memória maciça.
MCIO (Mini Cool Edge IO) é um padrão de conector compacto de alta velocidade projetado para aplicativos PCIe e CXL de última geração. O MCIO oferece as seguintes vantagens:
· Maior densidade: Suporta mais canais de sinal em um espaço menor.
· Melhor integridade de sinal: O layout otimizado dos pinos e o design da blindagem reduzem a diafonia.
· Conexão do cabo: Suporta a conexão de dispositivos externos por meio de cabos, eliminando as limitações de espaço do chassi.
O treinamento de grandes modelos de IA exige a colaboração de centenas ou até milhares de GPUs. A interconexão de alta velocidade garante a troca de dados de gradiente e parâmetros de modelo entre GPUs com baixa latência e alta largura de banda. A tecnologia Retimer garante a integridade do sinal em backplanes complexos e cabos de longa distância.
Os aplicativos de HPC, como computação científica, simulação e sequenciamento de genes, têm demandas extremamente altas de largura de banda e capacidade de memória. A expansão da memória CXL combinada com o aprimoramento do sinal do Retimer pode criar pools de memória de grande capacidade e alta largura de banda para acelerar as tarefas de computação.
Os servidores de jogos em nuvem virtualizam várias instâncias de GPU em uma única máquina física para fornecer serviços de renderização em tempo real para diferentes usuários. O armazenamento de alta velocidade e o acesso à memória são essenciais para garantir experiências de jogos de baixa latência.
As soluções de armazenamento definido por software (SDS) baseadas em servidores padrão precisam conectar um grande número de SSDs NVMe. As placas de expansão PCIe 5.0 Retimer permitem a expansão de SSDs de alta densidade para criar pools de armazenamento de alto desempenho.
Diante das demandas cada vez mais complexas de interconexão de alta velocidade, os projetistas de sistemas devem considerar os seguintes fatores:
· Distância de transmissão: Avalie a distância física que os sinais precisam percorrer para determinar se o aprimoramento do Retimer é necessário.
· Configuração de pista: Selecione os modos de bifurcação PCIe apropriados (x16/x8/x4) com base nos requisitos do dispositivo.
· Suporte a protocolos: Confirme se o suporte ao protocolo CXL é necessário e os requisitos funcionais específicos do CXL.
· Projeto térmico: Os chips Retimer de alta velocidade têm um consumo de energia relativamente alto e exigem soluções térmicas adequadas.
· Verificação de compatibilidade: Certifique-se de que a placa de expansão seja compatível com placas-mãe, sistemas operacionais e dispositivos de destino.
O advento da era da IA está reformulando o design da arquitetura do data center. Desde a transmissão de alta velocidade do PCIe 5.0, a regeneração de sinal da tecnologia Retimer, até a expansão da memória do protocolo CXL, cada tecnologia suporta o desbloqueio do potencial de computação de IA.
Para as empresas que planejam a infraestrutura de IA, compreender os princípios e os cenários de aplicação dessas tecnologias subjacentes ajuda a fazer seleções de tecnologia mais racionais e a criar plataformas de computação de alto desempenho e alta confiabilidade.
A Linkreal (LR-LINK) é uma empresa nacional de alta tecnologia com foco em soluções de conectividade para servidores/data centers. Seu portfólio de produtos inclui adaptadores de rede Ethernet, placas de expansão de armazenamento, soluções de expansão de GPU, etc. Acompanhando as tendências de desenvolvimento das tecnologias PCIe 5.0 e CXL, a empresa fornece soluções de expansão de sinal de alta velocidade para servidores de IA, computação de alto desempenho, armazenamento definido por software e outros cenários de aplicativos.
