最近幾個月,UCIe 周圍出現了幾個挺有意思的動作。
4 月初,UALink 聯盟一口氣發布了四份規範,其中的 UALink Chiplet Specification 1.0 明確寫了一句話:
Fully compliant with the UCIe 3.0 Specification for simplified integration.
8 月的 FMS 上,SK hynix 和 SanDisk 透過 OCP 發布了首版 High Bandwidth Flash(HBF) 標準。HBF 面向 AI 推論場景,把大容量 NAND 放到處理器附近,而處理器與 HBF 之間採用 UCIe 連接。
再往前看,CXL 也是 UCIe 最早、最重要的承載協議之一。
從 AI 加速器之間的 Scale-up 互連 UALink,到靠近 xPU 的高頻寬 Flash HBF,再到承擔記憶體與裝置一致性連接的 CXL,都在不約而同地靠向 UCIe,答案或許很簡單。
UCIe 從一開始就是為多種上層協議而設計。
其目標,本就是在封裝內部提供一套標準化的 Die-to-Die 互連底座,讓不同類型的晶粒能夠透過統一的實體與鏈路機制連接起來。
一、UCIe 為什麼能承載多協議?
很多人第一次接觸 UCIe,會把它理解成「一套更快的 Die-to-Die PHY」。
這其實只說對了一半。
UCIe 的架構一開始就是分層設計:
Physical Layer(PHY)→ D2D Adapter → Protocol Layer
Adapter 的存在意義,就是讓多個不同的協議堆疊可靠地共享同一條鏈路。
因此,它並不只是在 PHY 和上層協議之間做一層「翻譯」。
當協議層只管「發什麼資料」,實體層只管「怎麼把電氣訊號送出去」時,中間大量的工作——可靠度、仲裁、狀態管理、多協議調度——都落在 Adapter 上。
對於一條實體鏈路上需要同時承載多個協議堆疊的場景,Adapter 提供兩種複用方式。
A、Stack Multiplexing(常規模式)
| 項目 | 說明 |
協議堆疊數量 | 2 個 |
協議要求 | 必須完全相同(同協議、同能力、完全對稱) |
頻寬分配 | 各占實體層總頻寬的 50%,固定對半 |
Flit 格式 | 統一 |
這裡有一個很關鍵的約束:
發送端不能連續發送同一協議堆疊的 Flit。
必要時,Adapter 需要插入 NOP Flit,讓兩個協議堆疊的流量交錯傳送。
所以,常規模式並不是簡單地把頻寬「各分 50%」。
B、Enhanced Multi_Protocol_Enable(增強模式)
| 項目 | 說明 |
協議堆疊數量 | 2 個 |
協議要求 | 可以不同(例如一個跑 PCIe、一個跑 Streaming) |
頻寬分配 | 更靈活,以分時方式共享,單一協議堆疊可使用完整鏈路頻寬 |
Flit 格式 | 所有協議堆疊必須統一使用同一種 Flit 格式 |
因為協議不同,這種模式下 Adapter 的仲裁邏輯更加複雜,需要處理異質交易的調度以及 Flit 格式對齊。
| 常規模式
| 增强模式 |
|---|
協議是否相同 | 必須相同 | 可以不同 |
頻寬 | 各 50%,固定 | 分時共享,單一協議堆疊可跑滿 |
Flit 格式 | 統一 | 必須統一 |
實作複雜度 | 較低(對稱) | 較高(異質仲裁) |
典型場景 | 兩個相同的 CXL 記憶體控制器 | 共享一組 Lane 的 PCIe + Streaming、混合負載 |
Adapter 是體現 UCIe 價值的關鍵之一:負責封裝 Flit、執行 CRC 與 Retry、管理鏈路狀態、協商參數,並在多協議共存時負責仲裁與交錯調度。
UCIe 提供的不只是一條多車道高速公路,也賦予了這條高速公路一套「交通樞紐管理能力」。
二、Flit Format:「同一條路怎麼讓不同協議一起跑?」
要讓不同協議真正共享一條 UCIe,光有管理還不夠。
還有一個更基礎的問題亟待解決:
不同協議的資料,怎麼裝進同一種傳輸框架?
這就是 Flit Format 發揮作用的地方。
UCIe 定義了 Raw、68B、256B 等多種 Flit Format。
它們不只是幾種「不同大小的資料封包」,而是在有效負載、協議開銷、可靠度與傳輸效率之間做出不同取捨。
| Flit 格式 | 結構組成 | Adapter 是否介入可靠性 | 對應協議規格 | 典型用途 |
Raw | 64B 負載直通,不加 Header、不加校驗 | 不介入,由上層協議自行負責 | Streaming 類(AXI、CHI、對稱一致性等) | 流式資料;自帶可靠性機制的協議 |
68B | 2B Flit Header + 64B 負載 + 2B CRC | 介入(CRC + Retry) | CXL 1.1/2.0/3.0、PCIe non-flit mode | 相容既有協議堆疊 |
256B | 256B Flit,另有延遲最佳化變體 | 介入(CRC + Retry) | CXL 3.0、PCIe 6.0 | 新一代高頻寬/低延遲場景 |
這張表也順帶解釋了兩件事。
第一,為什麼 Enhanced 模式要求各協議堆疊統一 Flit Format?
Raw 不帶校驗,68B 與 256B 的 Header 與尾端結構又完全不同。
混在同一條鏈路上,Adapter 就無法使用同一套規則進行拆包、校驗與重傳。
所以,真正需要統一的,並不是上層協議本身:
PCIe 還是 PCIe,CXL 還是 CXL,UALink 也還是 UALink。
但到了 UCIe 這條鏈路上,它們需要按照共同的傳輸規則,被組織、仲裁與複用。
第二,為什麼產業會往 256B 走?
對於 PCIe/CXL 這類採用 68B Flit 的協議,UCIe 3.0 把這種模式的適用速率限制在 32 GT/s 及以下。
要在更高的資料速率上運行,就需要採用相應的 256B Flit 模式。
而對於 Raw Mode,UCIe 3.0 則進一步引入 continuous transmission,以支援對連續資料傳輸更加敏感的應用。
所以從系統角度看,UCIe 做的事情其實很清楚:
四層配合起來,才讓一條實體鏈路真正具備了承載多種協議的能力。
此外,在最新的 UCIe 3.0 中,又進一步加入了連續傳輸相關能力,並支援 48 GT/s 和 64 GT/s 資料速率。
也就是說,UCIe 正在從「把幾種協議裝進一條鏈路」,逐漸走向「讓更多類型的流量在統一基礎設施上高效運行」。
三、為什麼越來越多協議開始把這件事交給 UCIe?
原因其實很現實。
自己做一套完整的 D2D 互連方案,並不只是「把 PHY 電路做出來」。
還要處理:
Link Training
Lane Mapping
Sideband
參數協商
CRC
Retry
功耗狀態
Repair
不同晶粒之間的互操作
這些工作一旦每個協議都自己來做,就會出現一個很熟悉的問題:
大家都在重複造輪子。
UCIe 的意義,就是把這部分基礎設施逐步標準化。
所以,UALink 的 Chiplet 規範選擇直接與 UCIe 3.0 對齊,並不意味著 UALink 和 UCIe 是同一個協議。
恰恰相反:
UALink 仍然是面向加速器 Scale-up 的上層互連規範,而 UCIe 更多承擔封裝內 Die-to-Die 的承載與互操作基礎。
HBF 的思路也是類似。
所以,與其說「UALink 和 HBF 都在使用 UCIe」,不如說:
越來越多原本彼此無關的系統協議,開始接受一套共同的封裝內互連基礎設施。
四、真正難的地方,開始從 PHY 往上移
UCIe 解決「不同晶粒怎麼連」,Adapter 解決「不同協議怎麼共用這條鏈路」。
而當我們回到 IP 實作上,工程複雜度一點沒有降低,反而開始往上走。
第一,驗證空間是在做乘法,不是加法
協議種類、鏈路寬度、速率檔位、Flit Format,再疊加模組類型、電源狀態、鏈路訓練、Repair、錯誤恢復……
每多支援一種協議,並不是簡單地「多驗一套介面」。
不同協議之間的複用、仲裁,Flit 的交錯方式,以及異常情況下的 CRC、Retry 與狀態恢復,都會和原有功能產生新的組合。
所以真正難的不是把某一種協議「跑通」,而是:
讓多種協議在各種邊界條件下同時跑對。
第二,Chiplet:互操作本身就是產品的一部分
單體 SoC 時代,介面 IP 只要在自己的晶片裡正常工作,很多問題都可以在系統內部消化。
Chiplet 不一樣。
你的 Die 要和另一家公司的 Die 放進同一個封裝,雙方可能來自不同的設計團隊、不同的 IP 供應商,甚至不同的製程平台。
這時候,「功能正確」只是第一步。
參數協商是否正確、Link Training 能否收斂、協議映射是否符合規範、多協議場景下的行為是否一致,最終都要落到互操作與合規驗證上。
所以,互操作已經不是交付之後才需要考慮的問題,而是介面 IP 本身的一部分。
第三,介面 IP 的差異化也正在發生變化
過去談高速介面,很容易先看幾項指標:
多少 GT/s、多少 Tb/s/mm、多少 pJ/bit。
但當產業開始基於同一套標準搭建 Chiplet 互連之後,真正拉開差距的,將不只是 PHY 參數本身。
協議映射做得全不全、Flit Format 支援得好不好、多協議仲裁是否正確、異常恢復是否可靠,以及驗證覆蓋是否足夠——
這些原本藏在產品規格表後面的能力,會越來越直接地影響一套介面 IP 能不能真正落地。
UCIe 的競爭,正在從「PHY 能跑多快」,逐漸走向「整個 D2D 鏈路能承載多少協議、處理多少場景,以及能不能穩定地跑起來」。
寫在最後
回到開頭的問題:
為什麼都在靠近 UCIe?
答案不是簡單地數一個數字。
更準確地說,UCIe 正在變成一套可以承載多種協議、適配多類 Chiplet 場景的共同互連底座。
UALink 需要它來連接計算晶粒,CXL 需要它承載一致性與記憶體語義,HBF 則把它帶到了 NAND 這一全新的記憶體/儲存層級。
它們都建立在相同的 Die-to-Die 基礎設施之上。
這背後其實對應著 Chiplet 產業一個很明顯的變化:
介面正在從「連接兩顆晶片」,變成「連接一個生態」。
對介面 IP 廠商來說,競爭也隨之發生變化。
過去大家問的是:你能跑多快?
現在開始有人問:你能接多少種協議?能不能跨廠商互操作?多協議同時跑的時候穩不穩?
奎芯科技自 UCIe 標準化早期即投入 D2D 介面 IP 研發,並推出 M2LINK 晶粒互連方案。
圍繞協議映射、多協議處理以及互操作驗證所累積的能力,也正在成為 Chiplet 時代介面 IP 的重要組成部分。