技术演进背景：高速数据传输的新挑战

随着人工智能、云计算和高性能计算的飞速发展，对数据传输速率的需求正在以前所未有的速度增长。成功实现224 Gbps PAM4信号传输需要对信号完整性和热效应进行精心分析。这一速率要求相比前几代技术有着质的飞跃，在互联方案、技术方法和实现手段上都带来了全新的挑战。本文将从技术角度深入分析224 Gbps PAM4系统的关键特性，探讨实现该速率所需的技术创新，并展望超越224 Gbps的未来发展路径。

集成化架构驱动技术创新

Samtec在互联行业拥有独特的组织结构优势，以完全集成的能力实现真正的协同创新。这种集成化的工作模式带来了创新的解决方案和有效的策略，支持整个信号通道的优化。从芯片级互联到系统级架构，每一个环节都需要精心设计和优化，才能在224 Gbps的速率下保持信号的完整性。

224 Gbps时代互联技术的关键作用

在224 Gbps部署中，信号完整性、电源传输和热管理问题都是需要重点关注的技术难题。随着数据速率的提高，芯片本身集成的功能也日益增多，导致设计中的"芯片外"部分损耗余量显著减少。通过选择合适的材料、设计技术、系统架构和资源配置，可以缓解信号完整性和热问题，同时支持224 Gbps系统增加的功率需求。

背板、中间板、近芯片/芯片上和前面板（铜缆和可插拔光模块）都需要高性能、高速、低延迟的互联解决方案。本文将为设计人员详细解析224 Gbps可用的互联架构选择，并展望448 Gbps的未来需求，其中包含用于比较的实测数据。

224 Gbps设计选项分析

近芯片连接器方案
在112 Gbps PAM4设计中，近芯片方法被广泛采用，其中连接器被放置在ASIC旁边并连接到双轴电缆，然后链接到前面板、背板或中间板。这种方法有效降低了通道的总损耗。在某些224 Gbps PAM4系统设计中，也可以部署这种近芯片方法，具体取决于设计密度和功率需求。

然而，近芯片方法也面临着技术挑战。设计人员必须将IO分配到BGA和PCB焊球，其尺寸受到当前镀通孔PCB技术的限制（即限制在0.8 mm BGA间距）。采用这种方法，很难实现达到并超越56 GHz的信号完整性。另一个问题是，分配给IO的互联资源现在无法用于同等要求的电源问题。

共封装连接器方案
近芯片电缆系统的另一个相关设计挑战是来自垂直封装组件的反射：BGA过孔、焊球和封装芯。如果将连接器直接放置在封装上——共封装铜缆或光模块解决方案——就可以避免这些反射并解决扩展问题，从而大大提高系统余量。当然，CPX解决方案必须足够薄，以便放置在散热器下方。

PCB特性扩展的速度远慢于采用硅CMOS的ASIC特性扩展，这就需要一种新的方法来弥合这一差距。当今的设计需求自然推动设计人员使用共封装铜缆，以满足所需的IO密度扩展。与近芯片方法相比，由于系统硬件分解的不同，CPX可在可分离接口中实现更高密度的占位面积以进行组装。CPX方法要精细得多，在基板处使用小型连接器，允许512个端口及更高的IO数量。

在224 Gbps数据速率下，CPX具有更高的价值，可以从封装反射和PCB走线路由损耗中恢复系统余量。Samtec多年来一直在开发直接到封装技术，最初用于112 Gbps，现在用于224 Gbps PAM4。

专为224 Gbps系统设计的新一代连接器

Samtec Si-Fly HD®连接器是专门为224 Gbps及更高速率开发的，它既可以放置在ASIC旁边，也可以放置在芯片封装本身上。在共封装配置中，没有通过PCB的走线，因此也没有随之而来的"每英寸损耗"。转向CPX配置可以节省多达3 dB的封装过孔、焊球和PCB路由损耗，这可能决定224 Gbps PAM4系统的成败。

硅芯片放置在芯片基板上，这是系统中最昂贵的部分，因此任何内置在芯片封装中的连接器都必须非常小。Si-Fly HD连接器尺寸为14 mm²，可以支持64个差分对（64根双轴电缆）。

CPX的处理方式有所不同，因为连接器需要焊接到芯片基板上。Si-Fly HD连接器使用Samtec的柱尾设计，用于在回流焊期间和之后保持焊点的先进结构完整性。这种非焊球设计提高了均匀性、可重复性和共面性。然后将铜缆或光缆直接插入芯片封装。具体的焊料（为SAC305设计，但也可以使用铟基低温焊料）、加强件和组装工艺可能因应用而异。

Si-Fly HD性能实测分析

Samtec根据IEEE 802.3等行业标准组织的通道模型测试其224 Gbps PAM4互联解决方案。在Samtec Si-Fly HD CPC上进行的测量超出了预期，与类似实现中的近芯片相比，插入损耗有显著改善。

实际上，从封装顶部连接提供了令人信服的反射和插入损耗优势。系统设计的仿真模型以及损耗和反射的测量验证显示了出色的性能。Si-Fly HD电缆组件测量显示了优异的插入损耗，在Samtec Eye Speed® Hyper Low Skew Twinax上具有平滑的插入损耗偏差。

在112 Gbps和224 Gbps时，插入损耗是一个关键的考虑因素。但最困难的电气性能标准之一是串扰。当被驱动到超高密度时，由于引脚之间的接近度，串扰通常会增加。幸运的是，在Si-Fly HD CPC上进行的测量显示了令人印象深刻的串扰性能。测量显示Si-Fly HD CPC实现了精确的相关性，以及0.36 mV rms的集成串扰噪声FEXT性能，远低于224 Gbps的目标值。

偏移问题及其规避策略

偏移是224 Gbps PAM4的另一个设计关注点，其影响可能很显著。类偏移失真可能表现为差分对内的延迟差异、差分对构造过程中互补迹线的不对称性，或驱动信号的差异。耦合的设计和反射量决定了影响的显著性。完整电缆组件的差分偏移与频率的关系图显示，这些偏移水平在18至36 dB范围内产生通道的信号共模比。

Samtec就偏移的影响进行了重要的研发，比较了Flyover®双轴电缆和PCB迹线中的影响。幸运的是，紧密耦合、共挤出的双轴电缆具有卓越的偏移性能，即使在现实的弯曲条件下，也能实现阻抗和插入损耗稳定性，使偏移完全在实施者的控制之下。这与其它双轴电缆结构形成鲜明对比。

对于224 Gbps PAM4系统，控制偏移对于可预测的性能至关重要，特别是因为一个单位间隔在224 Gbps PAM4时大约为9 ps。系统设计人员可以使用CPX和近芯片Flyover电缆将互联偏移降低到可管理的水平。

BONCHIP技术支持与供应链保障

作为Samtec产品的授权分销商，BONCHIP始终致力于为客户提供最先进的高速互联解决方案和最优质的供应链服务。我们深刻理解224 Gbps PAM4系统对互联技术的严苛要求，为此我们提供：

全线产品供应

• 完整的Samtec Si-Fly HD系列产品，包括共封装和近芯片解决方案

• Eye Speed® Hyper Low Skew电缆组件全系列产品

• 完整的测试和验证工具支持

• 技术文档和设计指南的全面提供

专业技术支持
我们的高速数字信号专家团队具备丰富的高速互联设计经验，可提供：

• 224 Gbps系统架构设计咨询

• 信号完整性分析和仿真支持

• 热管理解决方案设计指导

• 系统级测试和验证服务

快速交货保障
凭借完善的库存管理体系和全球化物流网络，我们确保客户研发和量产项目的顺畅推进，提供最具竞争力的交货期，为客户的产品上市计划提供可靠保障。

价值增值服务

• 技术研讨会和产品培训

• 参考设计和应用方案支持

• 现场技术支持和故障分析

• 成本优化和供应链管理建议

实现224 Gbps的完整解决方案

对于224 Gbps设计，Samtec提供一套完整的互联解决方案，包括旗舰产品Si-Fly HD高密度224 Gbps PAM4共封装和近芯片电缆系统。

共封装电缆系统提供从封装到前面板或背板的最低损耗信号传输，同时提供最高的信号密度。Si-Fly HD系统允许系统架构师使用相同的电气基板连接器，为短距离/纵向扩展互换铜缆，为扩展距离/横向扩展互换光模块。

共封装铜缆连接消除了BGA突破区和PCB中的插入损耗。这项技术使完整的224G无源DAC 224G通道成为可能，实现低功耗线性可插拔光模块前面板解决方案，这可能为一些新兴AI架构中的连接带来巨大潜力。

Si-Fly HD共封装解决方案对电可插拔共封装铜缆和/或共封装光模块使用相同的连接器，在95 mm x 95 mm或更小的基板上实现高密度、高性能互联。它支持每平方英寸高达170个差分对，专为高密度互联和封装基板设计。Si-Fly HD非常适合在期望224 Gbps出现带宽瓶颈的系统中的交换模块中使用。

Si-Fly HD包含Samtec的Eye Speed Hyper Low Skew电缆，其特点是泡沫电介质双轴和在224 Gbps PAM4下具有行业最佳信号完整性性能。

Samtec Si-Fly HD近芯片解决方案具有每平方英寸60个差分对的信号密度，专为与传统PCB基板一起使用而设计。连接器长度为15.90 mm，深度为21.65 mm。近芯片Si-Fly HD为系统架构师提供超高密度Flyover解决方案的信号完整性优势，同时通过PCB兼容占位面积保留传统系统配置项。

Samtec FOSFP-2 224 Gbps PAM4 Flyover面板组件使用Samtec Flyover电缆技术支持高达1.6 Tbps PAM4总数据速率，并具有直接连接触点以优化信号完整性。设计人员还可以选择Samtec的FOFSP 1600可插拔光模块前面板连接器。

Si-Fly HD系列还包括Si-Fly HD板对板中间板系统，支持每平方英寸60个差分对。它可用于全差分对，或差分、单端和电源的混合配置。Si-Fly HD板对板中间板系统非常适合在PCB和GPU之间使用，例如在刀片级网络中。

Si-Fly HD背板可配备32 AWG或28 AWG Eye Speed Hyper Low Skew Thinax™，用于64个差分对。

224 Gbps PAM4系统的设计人员也正在使用Samtec Bulls Eye®高性能测试系统，该系统设计用于测试200+ Gbps数据速率的芯片和系统，目前正用于表征高达448 Gbps的信号。

技术发展趋势与未来展望

Samtec继续根据标准机构不断发展的模型开发高速、高性能互联。实现下一级信号速度的关键在于先进技术的应用，例如先进焊膏技术。随着技术的不断发展，448 Gbps及更高速率的实现将成为可能，这将进一步推动人工智能、机器学习和高性能计算等领域的发展。

结语

BONCHIP作为Samtec高速互联产品的可靠合作伙伴，始终致力于为客户提供最先进的技术产品和最优质的供应链服务。我们的专业团队具备深厚的技术底蕴和丰富的行业经验，能够为客户的224 Gbps PAM4项目提供从架构设计到量产的全方位支持。

选择BONCHIP，就是选择专业的技术支持、可靠的产品质量和高效供应链服务的完美结合！