PCI Express®（PCIe®) 是現代電腦系統不可或缺的基礎互連技術，負責連接 CPU、GPU、加速器、儲存裝置、網路設備及其他周邊元件。PCIe 所提供的高頻寬，是伺服器、工作站、資料中心，以及日益普及的 AI 與高效能運算（HPC）系統所不可或缺的基礎。
隨著 PCIe 每一代技術持續提升傳輸速度，每個 Lane 所能提供的頻寬也隨之增加，但同時也對訊號完整性（Signal Integrity）帶來更高的挑戰。
因此，對半導體及系統廠商而言，PCIe 的測試與驗證變得更加重要。透過及早進行驗證，企業可以在晶片、電路板或完整系統設計定案之前，進一步最佳化產品效能與設計裕量（Margin）。
PCIe 在現代運算系統中的應用
PCIe 廣泛應用於各類運算與基礎架構系統，包括：
- CPU 與 GPU
- AI 加速器
- 伺服器／工作站
- NVMe 儲存裝置與系統
- 網路介面卡（NIC）
- PCIe Switch 與 Retimer
- FPGA 與加速卡
- 主機板／擴充卡
- Backplane 與連接器
PCIe 在 AI 與資料中心系統中扮演關鍵角色，而這些應用正是目前高速互連需求快速成長的主要驅動力之一。
對這類系統而言，能否充分發揮 PCIe 的效能，對避免系統瓶頸至關重要。
更高的速度 = 更緊的電氣裕量
隨著 PCIe 每一代持續提升傳輸速度，每個 Lane 所能提供的頻寬也同步增加。例如 PCIe 5.0 的傳輸速率達到 32 GT/s，是 PCIe 4.0 的兩倍。
更高的傳輸速度帶來龐大的頻寬優勢，但也讓整體通道（Channel）面臨更多挑戰，包括 Transmitter、封裝（Packaging）、PCB、Vias、連接器、線材以及 Receiver 等。
在高速傳輸環境下，下列因素往往成為維持可靠效能的關鍵：
- Jitter（抖動）
- Insertion Loss（插入損耗）
- Return Loss（回波損耗）
- Crosstalk（串擾）
- Equalization（等化）
- Reference Clock（參考時脈）
- Transmitter Characteristics（發射端特性）
- Receiver Sensitivity（接收端靈敏度）
- Power Integrity（電源完整性）
一個在特定條件下表現良好的設計，當工作於不同的溫度、電壓、通道特性或製程條件時，其效能裕量可能會明顯下降。
因此，對企業而言，僅在單一環境下通過 PCIe 測試並不足以完整了解產品的實際效能。
PCIe 的挑戰：從晶片到完整系統
從晶片到完整系統，都有多項因素會影響 PCIe Link 的效能。
對半導體廠商而言，PCIe Physical Layer（PHY）以及 Serializer/Deserializer（SerDes）的設計與效能至關重要。製程、電壓與溫度（PVT）的變化都可能影響高速介面的效能；此外，封裝特性、Clocking 以及電源完整性也可能產生影響。
到了電路板層級，Routing、Vias、Interconnects 以及 Channel Loss 等因素開始變得重要。
在系統層級，Endpoint、Root Complex、Switch、Retimer 與其他元件之間的互動，又可能帶來額外的挑戰。
這代表 PCIe Link 的問題可能發生在設計的任何一個層級，因此企業往往需要進行深入分析，才能快速且有效地找出問題並完成除錯。
常見的 PCIe 問題包括：
- Link Training 失敗：可能由 PVT 或 Channel Loss 所造成的邊際效能問題引起
- Equalization 問題：影響高速連結的整體效能
- Reference Clocking 不足
- Receiver Jitter Margin 不足
- 元件之間的 Interoperability 問題
這些問題往往不容易穩定重現，尤其是在只有特定操作條件或特定系統配置下才會發生的情況。
此外，PCIe 問題的 Root Cause 往往也不是單一因素。例如，Link Training 失敗可能源自 PHY 效能、Channel Margin、Equalization、Reference Clocking、Receiver Jitter，甚至可能是兩個裝置之間的 Interoperability 問題。
為什麼 Characterization 對半導體廠商如此重要？
對半導體廠商而言，PCIe Characterization 是產品設計流程中的重要環節，可以在產品進入量產之前，提供工程團隊有價值的效能資訊。
Characterization 通常會在初期 Silicon 上進行，協助工程師了解設計在不同操作條件下的實際表現。
這能讓半導體廠商及早發現潛在問題並最佳化產品效能，尤其是 Physical Layer（PHY）相關的效能。
常見的分析項目包括：
- Transmitter 與 Receiver 效能
- PHY 效能與特性
- Jitter、Equalization、Voltage 與 Temperature Tracking
- Process Corners
- Clocking Performance
- Signal Integrity
- Error Mechanisms
- Margin 與 Operating Conditions
Characterization 能讓企業更深入了解產品設計，包括實際的 Operating Margin 與設計限制。
在某些情況下，也可以透過在不同 PVT 與 Channel 條件下對 Link 進行 Stress Testing，找出產品開始發生失效的位置。
這些資訊有助於企業區分究竟是 PCIe 本身的效能問題，還是發生在後續 Signal Chain，例如 PCB 或完整系統中的問題。
Characterization 與 Compliance Testing：兩個不同的目的
Characterization 與 Compliance Testing 所回答的問題並不相同。
Compliance Testing 的目的，是依據特定規範驗證設計是否符合要求，也就是回答：
「我的設計是否符合規範？」
而 Characterization 更著重於了解特定設計的實際效能，也就是回答：
「我的設計實際表現如何？」
隨著 PCIe 傳輸速度不斷提升，這兩者之間的差異變得更加重要。
企業必須通過特定 PCIe Specification 所要求的 Compliance Testing，但在特定 Compliance Test Conditions 下通過測試，並不一定能完全反映產品在其他操作條件下的效能限制。
另一方面，Characterization 可以在 Compliance Testing 前發現潛在問題，讓工程團隊有機會在正式認證之前進行改善。
因此，Characterization 與 Compliance Testing 並不是相互取代的關係，而是互補的測試活動。兩者結合，才能更完整地確保產品效能。
超越 Physical Layer：Electrical 與 Protocol Layer 測試
PCIe 測試不只涵蓋 Physical Layer，也包括廣泛的 Electrical 與 Protocol 測試，以確保整體連結具備穩定且可靠的效能。
Electrical Testing 可以包括 Transmitter 與 Receiver 測試、Jitter Analysis，以及其他與 Signal Integrity 相關的項目。
同時，Protocol Layer 的問題也可能影響整體效能。常見的分析項目包括：
- Link Training
- Link Speed 與 Link Width Negotiation
- Equalization
- Configuration Space
- Transaction Layer Performance
- Data Link Layer Behavior
- PCIe Protocol 相關功能
Electrical Layer 的 Link Performance 也可能直接影響 Protocol Layer 的運作。
例如，一個處於邊際狀態的 PCIe Link，可能在特定條件下出現間歇性的 Protocol Failure。
透過同時分析 Electrical 與 Protocol 層級的問題，工程團隊可以更完整地了解產品設計的實際效能，並更有效率地進行問題除錯。
Interoperability Testing：PCIe 驗證的另一個重要面向
許多企業會將重點放在確認產品是否符合 PCIe Specification，但對於需要在不同系統與元件環境中運作的產品而言，Interoperability（互通性） 同樣重要。
例如，一個 Endpoint 裝置在產品生命週期中，可能會搭配不同的 CPU、主機板、PCIe Switch、Retimer、儲存裝置以及 Accelerator 使用。
即使每個元件個別都通過 PCIe Specification 測試，因不同廠商的實作方式存在差異，仍可能產生 Interoperability 問題。
常見的互通性挑戰包括：
- PCIe Link 無法正常完成 Training
- Link Speed／Width Negotiation 異常
- 間歇性 Link Failure 或 Link Loss
- 效能下降，包括實際可達頻寬低於預期
- Device Enumeration 問題
- 系統穩定性問題
因此，對許多企業而言，Interoperability Testing 是 PCIe 開發流程中的重要環節，尤其是針對伺服器、資料中心與儲存市場的產品。
這類測試能協助企業確認產品在不同系統與配置下，是否都能維持穩定可靠的運作。
對於需要整合至大型系統中的產品而言，Interoperability Testing 更為重要。
對 AI 與高效能伺服器來說，不同 GPU、CPU、Accelerator、Networking、Storage 與其他元件之間的互動，都可能對整體效能產生重大影響。
因此，隨著伺服器架構日益複雜，以及對頻寬、記憶體、電源與散熱的需求持續增加，PCIe Link 的 System-Level Testing 也變得更加重要。
Compliance Certification 與 PCI-SIG Integrators List
Compliance Testing 在 PCIe 開發流程中扮演關鍵角色，能協助企業確認產品能夠在 PCIe Ecosystem 中可靠運作。
對多數企業而言，Compliance Testing 是產品設計流程中的重要階段，可協助在產品上市前發現潛在問題。
同時，通過 Compliance Testing 也能提升產品在市場上的可信度，尤其是列入 PCI-SIG Integrators List 後，可進一步證明產品符合相關 PCIe 要求。
Integrators List 的列名也能讓客戶與合作夥伴更有信心，確認產品與其他 PCIe 裝置之間具備良好的相容性。
PCIe 5.0 將傳輸速率提升至 32 GT/s，相較前一代進一步提高可用頻寬。
然而，更高的資料速率也對 Signal Integrity 與系統設計帶來更多挑戰。
另一方面，這些高速能力也讓企業能夠在 AI 與高效能伺服器等應用中實現更高的系統效能。
因此，PCIe 5.0 Compliance Testing 的重要性也將持續提升。
GRL PCIe 測試與驗證服務
GRL 長期投入 PCIe 測試與驗證，支援企業從 IC Characterization、Pre-Compliance Testing 到 Interoperability Testing 等不同階段的 PCIe 驗證需求。
GRL 的 PCIe 測試服務包括：
- IC Characterization
- PHY 與 SerDes Characterization
- PCIe Electrical Testing
- Signal Integrity Analysis
- Protocol 與 Link Layer Validation
- Pre-Compliance Testing
- Interoperability Testing
- Debug 與 Engineering Support
- PCI-SIG Compliance Certification Testing
GRL 支援多種 PCIe 實作，包括 IC、Endpoint、Root Complex、Add-in Card、Storage Platform、System、Connector 以及其他 Subsystem。
GRL 的 PCIe 服務涵蓋完整的產品設計週期，協助企業從早期 Characterization 開始，逐步完成 PCIe 實作驗證並推向市場。
透過 Characterization 與 Compliance Testing 的結合，企業可以先針對產品進行 Debug 與效能最佳化，再於產品準備就緒後進入正式 Compliance Testing。
PCIe 5.0 32 GT/s Compliance Certification
近期，GRL 已獲得 PCI-SIG 核准，可執行 PCIe 5.0 Compliance Integrators List Testing，支援 Device Under Test（DUT）最高達 32 GT/s 的 Link Speed。
這項核准讓 GRL 能夠進一步支援製造商完成正式的 PCIe 5.0 Certification 流程。
除了 PCIe Compliance Testing 外，GRL 也提供新一代高速 PCIe Link 的 Pre-Compliance 與 Characterization 服務，協助製造商在正式 Certification Program 完整建立之前，即可提前進行新一代 PCIe 技術的產品開發與驗證。
從工程驗證到全球市場准入
GRL 已正式成為 SGS 的一員，結合 SGS 全球性的測試、檢驗、驗證與市場准入服務，以及 GRL 在高速連接技術上的工程與驗證專業。
對製造商而言，PCIe 工程驗證服務可以進一步與產品開發、生產及全球市場准入所需的其他服務結合，包括：
- 可靠度與環境測試
- EMC 測試
- 產品安規
- Cybersecurity 資安評估
- 法規符合性驗證
- 全球市場准入服務
對於 AI Server、Data Center、Storage System、Networking Equipment 以及 High-Performance Computing Platform 等複雜系統與基礎架構產品而言，這樣的整合能力有助於企業更有效率地處理產品所涉及的多項法規、可靠度與相容性要求。
面向下一世代 PCIe
展望未來，PCIe 4.0 以及後續更高速的 PCIe 世代，將持續對 Signal Integrity、PHY Performance、Channel Loss 以及 System Interoperability 帶來更高的要求。
對半導體企業而言，這代表需要在設計早期就充分了解 Silicon Performance；對系統廠商而言，則需要從完整 Signal Chain 的角度進行驗證，並最佳化各個元件之間的整體效能。
對兩者而言，Interoperability 與 PCIe Compliance Testing 都應該被視為產品設計流程的一部分，而不是產品完成後才進行的最後一道測試。
GRL 支援 PCIe Signal Chain 的不同階段，從 Silicon Characterization、PHY Optimization，到 Pre-Compliance、Interoperability 以及 PCI-SIG Compliance Testing。
憑藉 PCIe 5.0、最高 32 GT/s 的 Certification 能力，以及針對更新一代 PCIe 技術的工程驗證支援，GRL 與 SGS 能協助製造商從產品開發、驗證到全球市場上市，完成完整的產品生命週期支援。
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