华为UB总线：目标替代PCIe/C2C/RoCE/NVLink

华为半导体总裁何庭波关于τ定律的演讲之后，外界关注的焦点更多集中在“时间缩微”和LogicFolding上——可参考我昨天的文章  从“缩小晶体管”到“压缩时间”?解读华为“τ定律” ，但其实昨天的演讲中，有一个同样关键、很少被媒体关注的技术——Unified  Bus(UB，统一总线)，想单独提出来和大家分享一下，这个总线可能代表了系统架构层面的另一条重要路线。

何庭波在演讲中提到，在大规模AI系统中，超过80%的能耗来自数据搬运，超过70%的成本来自数据存储，这意味着性能瓶颈已经从计算本身转向数据流动路径。

从当前计算系统来看，数据在不同处理单元之间传输，需要依赖多层协议：

• PCIe：负责CPU与外设连接

• C2C：用于封装内或近距离芯片互连

• RoCE / InfiniBand：承担数据中心网络通信

• NVLink：用于GPU之间互连

这些协议在各自领域经过多年发展，已高度成熟。但问题在于：它们是分层存在的，而AI系统正在跨层工作。当数据在不同节点之间流动时，往往需要经历：多次协议转换-多跳网络传输-甚至软件栈介入，这些开销在传统应用中尚可接受，但在AI训练和推理中，这种微秒级延迟被放大为系统瓶颈。

正是在这一背景下，华为提出UB的核心目标：用统一协议压平原本分层的互连体系，减少不必要的数据路径。

UB做了什么?

“从技术上看，Unified  Bus并不只是一个新的互连方案，而是试图通过统一通信模型，减少甚至替代传统分层协议体系中的一部分功能。”华为半导体首席科学家廖恒博士在媒体分享会上指出。

“因此在我们做时间折叠的时候，首先看到的是如何消除dominate的time factor，因此首先设计了unified  bus的protocol。这个UB最大的特点是打破了过去我们实现通信协议的几乎是宗教式的信仰，也就是说需要保持完美的前项兼容。”廖博士透露道。

常见的计算系统存在非常多种不同的协议，包括PCIe、以太网、RDMA，以及其他厂商所设计的芯片之间的互联，比如NVLink，也包括了IB这样的协议。这些协议固然历史存在带来了很大的不同领域的优势，但是当数据要跨越不同的接口时，必然会导致存储转发这个动作以及协议之间的转换。这些协议转换如果只是硬件级别，所带来的开销只是纳秒到微秒的级别，一旦更复杂的协议转换需要软件的干预，因此带来的延迟和开销势必是在微秒级别。

UB并不仅仅是一个更高速的互连协议，而是改变通信方式本身。通过内存语义通信，将延迟从微秒级降低至约100纳秒(约500倍降低)  ，让数据可以像访问本地内存一样，在节点之间直接访问。

最终的效果是，让大规模AI系统尽可能接近“System as one chip”——像一颗芯片一样运行。

对PCIe/C2C/RoCE/NVLink，UB是会“兼容”还是要“替代”?

廖恒博士明确指出，首先，UB不是兼容，和上述接口之间就是一种替代的关系。

廖博士指出，虽然说UB里面依然保留了一部分legacy的接口，是为了能和其他处理器，比如说AMD或英特尔的CPU对接，所以这个接口还是保留了。

NVIDIA的体系里面四个不同的协议，各自服务于不同层面。华为实际上是用一个协议服务了这四个目的。

“您可能会感到一种困惑，这怎么可能?但我试图给你一个更加形象的例子。”廖博士分享道，“如果回去找一个古董的1986年或者1984年的IBM  PC，你会发现上面的每一个设备都是一个不同的接口，鼠标是一个接口、键盘是一个接口、硬盘是一个接口、软盘是一个接口。随着总线的演进，它们越来越趋同，因为在总线尤其是芯片的角度来说最重要的是一个物理层，过去不同形状的连接器用来接鼠标、键盘，物理层完全不一样的。后来USB统一了这些接口。”

【编辑注：这么看来，当前AI系统中的PCIe、NVLink、RoCE等协议，正处于类似阶段。UB背后的一个关键判断是：物理层已经统一，但协议仍然割裂。】

“当几乎所有的接口走向比较高速的时候，都共同的converge到了几乎一模一样的SerDes，即高速的串并转换的接口。当他的物理层统一了之后，就有一个非常迫切的诉求就是：既然这些物理层都长的差不多，为什么要给他赋予一个专署于的接口?这个SerDes专门PCIe的、那个SerDes专门用来做以太网的。”廖博士指出。“当这些接口物理层已经趋同时，继续用不同协议去划分功能，本质上是一种浪费。”

廖博士举了一个更具体的例子：一个典型的数据中心的CPU，不管是英特尔还是AMD或者鲲鹏，上面也是有大致64到96个SerDes，甚至上百个SerDes。但是可以看到一个CPU的互联能力是非常差的，甚至完全没有盒子外面的互联能力。如果想要接到以太网上就要接一个以太网的network  adapter。但本来SerDes已经有上百个高速的接口，就是由于这些接口被赋予了不同目的，这个用来连PCIe的，那个接口用来连硬盘的，因此导致这些SerDes的互联能力全部浪费了。

回到协议的融合。例如USB，一个协议就把鼠标、键盘全部融合了，因为物理层面已经变得越趋同。到了UB时代，发现刚才讲的四种协议，除了C2C不太一样，但是只要是SerDes的协议属性基本上都是一样的，只不过由于legacy的原因，大家一直维持了这么复杂的有的长达30多年的体系，因此历史的包袱是非常沉重的。

UB开发者的软件porting难吗?

廖博士表示，目前看到的实际案例没有困难。

“为什么?因为无论是内存语义，或者是DMA的大块数据的搬运，其语义或者RPC远程函数、过程调用的语义，在历史上都有。一个处理器天生就是用来访问，一条指令就可以直接访问内存，只不过做很薄的适配层，把内存的资源做一定的管理呈现给处理器。DMA的通信方式和现有的方式虽然做了一些改进，但也基本具有血脉延续的关系。所以，简单来说就是软件适配并没有特别巨大的困难。”他指出。

华为UB：能否用一个协议重写整个AI互连体系?

UB能否成为未来系统架构的核心协议?

从技术角度来看，UB确实具备这一潜力：统一通信语义、减少协议层、支持系统级优化。但从产业现实看，其挑战同样明显：生态是否能建立(是否支持第三方芯片/是否具备软件支持)。

其长期成败，关键不在技术能力，而在生态开放程度与产业adoption，毕竟廖博士也提到，毕竟昇腾现在出货量还没起来。现实产业结构中，PCIe、NVLink、RoCE等分别处于不同层级，并形成了成熟生态，因此UB短期内或许更可能是在特定体系中实现替代与重构。