IP 博客 | 重新审视 AI 基础设施：PCIe 交换机的崛起之路
本文翻译转载于：Cadence Blog
作者：Vanessa Do
觉得乏味？那就错了。PCIe 交换机可是人工智能背后的隐形动力
说到 AI，脑海中浮现的可能是未来感十足的机器人或自动驾驶汽车。而那些在幕后默默支持这些复杂系统的硬件组件英雄们，往往被人们忽略。在这些组件中，PCI Express (PCIe) 交换机听起来似乎是一个乏味的话题，更不用说去阅读相关文章了。但转折点就在这里——在赋能 AI 工作负载方面，它们具有革命性的意义。PCIe 交换机绝不仅仅是一个功能性的硬件，它是隐形的基石，负责加速数据处理、消除瓶颈，并确保现代 AI 系统以惊人的速度和极高的精度运行。
理解 PCIe 交换机：结构、功能与拓扑
PCIe 交换机是智能的多端口设备，是可扩展、高性能计算系统的骨干。从架构上看，PCIe 交换机包括一个连接到根端口（Root Port）的上游端口，以及多个连接到 GPU、SSD 或 FPGA 等端点（Endpoints）的下游端口。其内部包含非阻塞交叉开关（Cross bar）交换矩阵、路由逻辑、带有用于跨域通信的交叉链路（Cross-link）功能的非透明桥（NTB）以及遥测功能。
PCIe 交换机之所以在 AI 和数据中心环境中不可或缺，是因为它们能够提供超出 CPU 根复合体（Root Complex）所能提供的连接性和带宽扩展能力。例如，现代 PCIe 交换机支持端点之间的直接点对点（Peer-to-Peer）通信——这对于多 GPU AI 训练工作负载至关重要，因为加速器必须在无需 CPU 干预的情况下交换海量数据集。
PCIe 拓扑结构：交换机的角色定位
PCIe 拓扑结构定义了系统中设备的互连方式。最常见的拓扑结构包括：
PCIe 交换机作为中心枢纽，通过在设备之间高效路由流量来实现这些拓扑，从而实现灵活的系统设计和扩展。
PCIe 交换机、根端口与端点设备的区别
PCIe 交换机的核心功能
简而言之，虽然根端口和端点在 PCIe 拓扑中是固定功能的角色，但交换机是动态的使能者，以最小的延迟带来可扩展性、灵活性和性能优化。这种能力在 AI 驱动的系统中尤为关键，因为高效的数据流动是克服瓶颈的关键。
为何 PCIe 交换机对人工智能至关重要？
从本质上讲，AI 系统旨在处理海量数据流，无论是训练机器学习模型、运行神经网络，还是执行实时分析。为了实现这一目标，CPU、GPU 和 FPGA 等处理器必须以极高的速度交换数据。PCIe 提供的高速、低延迟通信协议使这成为可能。然而，随着 AI 应用要求更高的硬件集成度和更高的数据吞吐量，标准的 PCIe 链路已力不从心。这正是 PCIe 交换机大显身手的地方——提供可扩展、动态的连接，在幕后默默为 AI 性能提供动力。
与传统交换机不同，PCIe 交换机专为满足复杂系统的独特需求而设计。它们管理组件间的数据流，平衡工作负载，并确保无缝通信，使 AI 系统在日益严苛的工作负载下能够可靠运行。过去曾是小众组件的它，现在已成为各行各业构建 AI 系统不可或缺的部分。
重塑 PCIe 交换机的认知
PCIe 交换机可能不如炫目的新 AI 算法或突破性的机器人那样迷人，但它们承担的重任超乎想象。它们已悄然成为自动驾驶、医疗诊断和边缘计算等领域 AI 变革背后的隐藏驱动者。下次当你听到“PCIe 交换机”时，不要觉得它枯燥——请将其视为助力 AI 实现伟大飞跃的幕后功臣，它们绝非寻常。
