持续跟跑还是自主引领？RapidIO技术浅谈（上）

来源:半导体行业观察发布时间:2023-05-098113浏览

来源：内容转载自公众号晶上联盟。

RapidIO技术优势助力新基建发展

RapidIO是由Motorola和Mercury等公司率先倡导的一种高性能、低引脚数、基于数据包交换的互连体系结构，主要应用于嵌入式系统内部互连。其关键特性和优势包括：超低互连、高扩展性、行业标准架构、高能效以及更低的总体拥有成本，是国际上公认的高性能嵌入式系统互连的最佳选择。

RapidIO分为并行Rapid IO和串行Rapid IO（SRIO ，Serial RapidIO），其中SRIO是指物理层采用串行差分模拟信号传输的RapidIO标准，主要应用于无线基站基础设施、高性能计算、数据中心、工业自动化、军事与航空航天等领域。

RapidIO支持芯片到芯片、板到板间的通讯，也可作为嵌入式设备的背板连接。如下图所示，通过系统背板，RapidIO支持直接点对点或通过交换器件可以实现各种拓扑结构，利用RapidIO技术，还可以实现交换网络的集群。

RapidIO 互连拓扑及交换网络集群▲

数据传输方面，RapidIO协议于2012年被下一代太空互连标准（NGSIS）选定为数字数据传输的可选技术。RapidIO在路由、交换、容错纠错、使用方便性上有完善的考虑，因此在嵌入式系统B3G/4G/5G移动通信基站、高性能数字信号处理系统中得到了广泛应用。

数据分析方面，RapidIO可以为移动边缘计算、数据中心分析和高性能计算提供更高带宽、更低延时、异构计算和可扩展性。而针对国防、航空和工业应用，采用RapidIO架构集群设计的交换和管理卡，可增加带宽，降低延时，并用于异构计算。

国际巨头提前布局，强势瓜分垄断市场

自1999年第一个标准RapidIO 1.0完成制定以来，AMCC、EMC、爱立信、飞思卡尔半导体、阿尔特朗讯、德州仪器、Tundra等国际巨头纷纷入局，并于2000年2月成立RapidIO行业协会。此后，RapidIO 技术逐步进入到成熟阶段，各大嵌入式芯片厂商相继推出芯片产品，在市场上得到了广泛应用。发展至今，RapidIO产业生态系统涵盖了RapidIO IP、芯片及产品，构建了完整的应用场景。

RapidIO产业生态（图：RapidIO行业协会网站）▲

从2005年美国德州仪器（TI）公司推出了世界首款集成高速串行RapidIO接口的高性能DSP TMS320C6455，到飞思卡尔半导体公司、Xilinx公司以及 Tundra 公司等各大DSP、FPGA芯片供应商推出支持SRIO接口的端点和交换样片，RapidIO产业生态的发展主要围绕RapidIO芯片演进，RapidIO芯片按照功能可分为端点芯片、交换芯片和桥接芯片三大类。

RapidIO端点芯片主要是带有SRIO接口的处理器、DSP、FPGA等芯片，国外RapidIO端点芯片的典型厂商主要有德州仪器、飞思卡尔（2015年被恩智浦NXP收购）、赛灵思（2022年被AMD收购）、英特尔，其代表性产品列于下表中。近年来，一些快速增长的提供IP和平台设计服务的供应商也纷纷加入RapidIO技术阵营。美国Mobiveil公司的25xN兼容RapidIO®规范Gen4.1的数字控制器IP已用于量产，增加了对高可用性的支持，成为航空航天和自主驾驶安全性至关重要的扩展应用程序。

表 1-典型RapidIO端点设备▲

RapidIO端点设备互连主要通过RapidIO交换芯片实现，国外研制开发RapidIO交换芯片的厂商主要是IDT（Integrated Device Technology）公司（2019年被瑞萨电子收购），其开发出多种高性能、低功耗的HCPS系列、RXS系列RapidIO交换芯片。

RXS系列产品信息（图：IDT官网）▲

RapidIO桥接芯片主要为了解决没有SRIO接口的处理器等器件无法接入RapidIO网络的问题，由于一般处理器都有集成PCIe接口，因此PCIe桥接芯片能够极大地扩展RapidIO的生态环境。RapidIO桥接芯片的代表厂商同样是瑞萨电子，其生产的Tsi721用于基于硬件的 PCIe Gen 2到 RapidIO Gen 2协议在桥接设备中的转换。

总体来看，RapidIO 端点芯片优势技术主要集中在美国巨头企业手中，而RapidIO交换芯片及桥接芯片则形成了IDT一家独大的市场格局。

奋起直追，国产替代硕果累累

芯片作为RapidIO产业生态发展的核心环节，是我国实现技术攻关、打破国际垄断的入手点，发展至今，我国已初步建立自主IP和交换芯片的产业形态。

端点芯片方面，国内研制出华睿、魂芯和飞腾等集成SRIO接口的DSP和CPU芯片，其相关产品均集成了第二代或第三代RapidIO端点接口。

在RapidIO交换芯片方面，国内井芯微电子技术（天津）有限公司等单位相继推出了第二代NMS1800、NMS1400和第三代RapidIO交换芯片NMS2410，可分别替代IDT公司的HCPS1848、HCPS1432和RXS2448，其中NMS2410不仅与IDT的RXS2448完全兼容，而且在典型功耗和最小延迟等关键技术指标上实现了超越。同时，也在布局第四代RapidIO交换芯片的技术研发，聚焦通道速率、长距传输等关键指标实现国产RapidIO交换芯片技术的进一步提升。据悉，井芯微电子技术（天津）有限公司将于2023年推出PRB0400的PCIe-RapidIO桥接芯片，使用上可原位替代Tsi721。

国内RapidIO自主交换芯片与IP成果 ▲

经过近20年的不断追赶和持续努力，国内在RapidIO技术方面已逐渐接近甚至超越国外水平，不论是在交换芯片、桥接芯片以及集成SRIO接口的处理器芯片等均有成果问世，打破了国外企业在此领域的技术和产品垄断，初步形成RapidIO互连技术生态，支撑国内上百家行业院所和科研单位基于SRIO互连技术的产品开发。

自主交换芯片作为现代电子信息装备的“神经中枢”，对互连技术提出了更高的要求。如何构建自主的RapidIO互连生态，并推动高性能嵌入式互连技术跨越式发展。我们将在下篇继续探讨，敬请期待！

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