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Con el rápido desarrollo de la inteligencia artificial, la computación en la nube y la computación de alto rendimiento, la demanda de tasas de transferencia de datos está creciendo a un ritmo sin precedentes. La implementación exitosa de la transmisión de señal PAM4 de 224 Gbps requiere un análisis cuidadoso de la integridad de la señal y los efectos térmicos. Este requisito de tasa tiene un salto cualitativo en comparación con las generaciones anteriores de tecnología, y ha traído nuevos desafíos en soluciones de interconexión, métodos técnicos y métodos de implementación. Este artículo analizará en profundidad las características clave del sistema PAM4 de 224 Gbps desde una perspectiva técnica, explorará las innovaciones tecnológicas necesarias para lograr esta tasa y esperará el camino de desarrollo futuro más allá de 224 Gbps.
Samtec tiene una ventaja organizativa única en la industria conectada para lograr una verdadera innovación colaborativa con capacidades totalmente integradas. Este modo de trabajo integrado trae soluciones innovadoras y estrategias efectivas para apoyar la optimización de todo el canal de señal. Desde la interconexión a nivel de chip hasta la arquitectura a nivel de sistema, cada enlace debe diseñarse y optimizarse cuidadosamente para mantener la integridad de la señal a 224 Gbps.
El papel clave de la tecnología conectada en la era de 224 Gbps
En una implementación de 224 Gbps, la integridad de la señal, la transmisión de energía y los problemas de gestión térmica son problemas técnicos que requieren atención. Con el aumento de la velocidad de datos, las funciones integradas del chip en sí también están aumentando, lo que resulta en una reducción significativa en el margen de pérdida de la parte "fuera del chip" en el diseño. Al seleccionar los materiales adecuados, la tecnología de diseño, la arquitectura del sistema y la configuración de recursos, se pueden aliviar los problemas de integridad de la señal y calor, al tiempo que se admite el aumento de los requisitos de energía de los sistemas de 224 Gbps.
La placa posterior, la placa intermedia, el panel frontal y el panel frontal (cable de cobre y módulo óptico conectable) requieren soluciones de interconexión de alto rendimiento, alta velocidad y baja latencia. Este artículo analizará en detalle las opciones de arquitectura de interconexión disponibles de 224 Gbps para los diseñadores y esperará los requisitos futuros de 448 Gbps, incluidos los datos medidos para la comparación.
Solución de conector de chip cercano
En el diseño PAM4 de 112 Gbps, se adoptó ampliamente el método de cerca del chip, donde el conector se coloca al lado del ASIC y se conecta a un cable de doble eje, luego se une al panel frontal, placa posterior o placa intermedia. Este método reduce efectivamente la pérdida total del canal. Este enfoque cercano al chip también se puede implementar en algunos diseños de sistemas PAM4 de 224 Gbps, dependiendo de la densidad de diseño y los requisitos de potencia.
Sin embargo, el enfoque cercano al chip también enfrenta desafíos técnicos. Los diseñadores deben asignar IO a las bolas de soldadura BGA y PCB, cuyo tamaño está limitado por la tecnología actual de PCB con agujeros pasantes (es decir, limitado a 0.8mm de espaciado BGA). Con este enfoque, es difícil alcanzar y superar la integridad de la señal de 56 GHz. Otro problema es que los recursos conectados asignados a IO ahora no se pueden usar para problemas de energía igualmente exigentes.
Solución de conector de paquete total
Otro desafío de diseño relevante para los sistemas de cable de chip cercano es la reflexión de los componentes del paquete vertical: el orificio BGA, la bola de soldadura y el núcleo del paquete. Si coloca el conector directamente en el paquete, un cable de cobre coencapsulado o una solución de módulo óptico, puede evitar estas reflexiones y resolver el problema de la expansión, lo que aumenta en gran medida el margen del sistema. Por supuesto, la solución CPX debe ser lo suficientemente delgada como para colocarse debajo del radiador.
La expansión de las características de PCB es mucho más lenta que la expansión de las características de ASIC con CMOS de silicio, lo que requiere un nuevo método para cerrar esta brecha. Los requisitos de diseño actuales impulsan naturalmente a los diseñadores a utilizar cables de cobre coencapsulados para cumplir con las extensiones de densidad de IO requeridas. En comparación con el enfoque de chip cercano, el CPX puede lograr una mayor densidad de área de espacio en la interfaz separable para el ensamblaje debido a la diferente descomposición del hardware del sistema. El método CPX es mucho más fino, utilizando conectores pequeños en el sustrato, lo que permite 512 puertos y un mayor número de IO.
A una velocidad de datos de 224 Gbps, el CPX tiene un valor mucho mayor y puede restaurar el margen del sistema de la reflexión del paquete y la pérdida de enrutamiento de PCB. Samtec ha estado desarrollando tecnología de encapsulación directa durante años, originalmente para 112 Gbps y ahora para 224 Gbps PAM4.
Samtec Si-Fly HD®El conector está especialmente desarrollado para velocidades de 224 Gbps y más altas, y se puede colocar tanto al lado del ASIC como en el propio paquete de chips. En una configuración coencapsulada, no hay trazo a través de la PCB y, por lo tanto, no hay "pérdida por pulgada". El cambio a la configuración de CPX puede ahorrar hasta 3 dB de pérdida de enrutamiento por orificio, bola de soldadura y PCB, lo que puede determinar el éxito o el fracaso de un sistema PAM4 de 224 Gbps.
Los chips de silicio se colocan en el sustrato del chip, que es la parte más costosa del sistema, por lo que cualquier conector integrado en el paquete del chip debe ser muy pequeño. El conector Si-Fly HD mide 14 mm² y puede soportar 64 pares diferenciales (64 cables biaxiales).
El CPX se maneja de manera diferente porque el conector debe soldarse al sustrato del chip. El conector Si-Fly HD utiliza el diseño de cola de columna de Samtec para mantener la integridad estructural avanzada de las juntas de soldadura durante y después de la soldadura por reflujo. Este diseño de bolas sin soldadura mejora la uniformidad, la repetibilidad y la cosuperficie. El cable de cobre o cable óptico se inserta directamente en el paquete del chip. La soldadura específica (diseñada para el SAC 305, pero también se puede usar una soldadura criogénica a base de indio), el refuerzo y el proceso de ensamblaje pueden variar según la aplicación.
Samtec prueba su solución de interconexión PAM4 de 224 Gbps basada en un modelo de canal organizado por estándares de la industria como IEEE 802.3. Las mediciones realizadas en el CPC Samtec Si-Fly HD superaron las expectativas, con una mejora significativa en la pérdida de inserción en comparación con el chip cercano en una implementación similar.
De hecho, la conexión desde la parte superior del paquete ofrece ventajas convincentes de reflexión y pérdida de inserción. El modelo de simulación del diseño del sistema y la verificación de la medición de pérdidas y reflejos muestran un rendimiento excelente. La medición del conjunto de cable Si-Fly HD muestra una excelente pérdida de inserción en Samtec Eye Speed®El Hyper Low Skew Twinax tiene una desviación de pérdida de inserción suave.
A 112 Gbps y 224 Gbps, la pérdida de inserción es una consideración clave. Pero uno de los estándares de rendimiento eléctrico más difíciles es la diafonía. Cuando se conduce a una densidad ultra alta, la diafonía generalmente aumenta debido a la proximidad entre los pines. Afortunadamente, las mediciones realizadas en el CPC Si-Fly HD muestran un rendimiento de diafonía impresionante. Las mediciones muestran que el CPC Si-Fly HD logra una correlación precisa, así como un rendimiento FEXT de ruido de diafonía integrado de 0.36 mV rms, muy por debajo del valor objetivo de 224 Gbps.
El desplazamiento es otra preocupación de diseño para el PAM4 de 224 Gbps, y el impacto puede ser significativo. La distorsión de desplazamiento de clase puede manifestarse como la diferencia de retardo dentro del par diferencial, la asimetría de las trazas complementarias en el proceso de construcción del par diferencial o la diferencia en la señal de conducción. El diseño del acoplamiento y la cantidad de reflexión determinan la importancia de la influencia. El diagrama de desplazamiento diferencial versus frecuencia del conjunto de cable completo muestra que estos niveles de desplazamiento generan una relación de señal en modo común del canal en el rango de 18 a 36 dB.
Samtec realizó una importante investigación y desarrollo sobre el impacto de la compensación, comparando Flyover®Efectos en cables biaxiales y trazas de PCB. Afortunadamente, el cable de doble eje coextruido estrechamente acoplado tiene un excelente rendimiento de compensación, incluso en condiciones de flexión realistas, puede lograr la estabilidad de impedancia y pérdida de inserción, de modo que la compensación está completamente bajo el control del implementador.. Esto contrasta con otras estructuras de cable de doble eje.
Para los sistemas PAM4 de 224 Gbps, el desplazamiento de control es crítico para un rendimiento predecible, especialmente porque un intervalo de unidad es aproximadamente 9 ps a 224 Gbps PAM4. Los diseñadores de sistemas pueden usar CPX y cables Flyover cercanos al chip para reducir el desplazamiento de interconexión a un nivel manejable.
ComoDistribuidor autorizado de productos Samtec，BONCHIPSiempre comprometido con proporcionar a los clientesLa solución de interconexión de alta velocidad más avanzadaYLos mejores servicios de la cadena de suministro-No. Comprendemos los estrictos requisitos de los sistemas PAM4 de 224 Gbps para la tecnología de interconexión, y para ello ofrecemos:
Suministro de productos de línea completa
La gama completa de productos Samtec Si-Fly HD, que incluye soluciones coempaquetadas y casi en chip
Eye Speed®Hyper Low Skew conjunto de cables gama completa de productos
Soporte completo de herramientas de prueba y verificación
Acceso completo a documentación técnica y guías de diseño
Soporte técnico profesional
NuestroEquipo de expertos en señales digitales de alta velocidadCon una rica experiencia en diseño de interconexión de alta velocidad, puede proporcionar:
Consultoría de diseño de arquitectura de sistema de 224 Gbps
Análisis de integridad de la señal y soporte de simulación
Guía de diseño de soluciones de gestión térmica
Servicios de prueba y verificación a nivel de sistema
Garantía de entrega rápida
Con un sistema de gestión de inventario completo y una red logística global, garantizamos la I + D de los clientes y los proyectos de producción en masa.Avance suave, ProporcionarLa entrega más competitiva, Brindar una garantía confiable para los planes de listado de productos de los clientes.
Servicios de valor agregado
Talleres técnicos y capacitación sobre productos
Diseño de referencia y soporte de aplicaciones
Soporte técnico de campo y análisis de fallas
Recomendaciones de optimización de costos y gestión de la cadena de suministro
Para el diseño de 224 Gbps, Samtec ofrece un conjunto completo de soluciones conectadas que incluyen el buque insignia Si-Fly HD de alta densidad 224 Gbps PAM4 copaquete y un sistema de cable casi chip.
El sistema de cable copaquete proporciona la transmisión de señal de menor pérdida desde el paquete hasta el panel frontal o posterior, al tiempo que proporciona la mayor densidad de señal. El sistema Si-Fly HD permite a los arquitectos del sistema utilizar el mismo conector de sustrato eléctrico, intercambiando cables de cobre para extensión de corto alcance/longitudinal y intercambiando módulos de luz para extensión de distancia/extensión horizontal.
La conexión de cobre coencapsulada elimina la zona de ruptura BGA y la pérdida de inserción en la PCB. Esta tecnología hace posible un canal completo DAC 224G pasivo de 224G que permite una solución de panel frontal de módulo óptico conectable lineal de baja potencia, lo que puede brindar un gran potencial para la conectividad en algunas arquitecturas emergentes de IA.
La solución de co-empaquetado Si-Fly HD utiliza el mismo conector para cables de cobre co-empaquetados enchufables eléctricos y/o módulos ópticos co-empaquetados para lograr una interconexión de alta densidad y alto rendimiento en sustratos de 95 mm x 95 mm o menos. Admite hasta 170 pares diferenciales por pulgada cuadrada y está diseñado para la interconexión de alta densidad y los sustratos encapsulados. Si-Fly HD es ideal para su uso en módulos de conmutación en sistemas que esperan un cuello de botella de ancho de banda de 224 Gbps.
Si-Fly HD incluye el cable Eye Speed Hyper Low Skew de Samtec, que se caracteriza por un dieléctrico de espuma de doble eje y el mejor rendimiento de integridad de señal de la industria a 224 Gbps PAM4.
La solución de chip cercano Samtec Si-Fly HD tiene una densidad de señal de 60 pares diferenciales por pulgada cuadrada y está diseñada para su uso con sustratos de PCB tradicionales. El conector tiene una longitud de 15.90mm y una profundidad de 21.65mm. Casi Chip Si-Fly HD proporciona a los arquitectos de sistemas las ventajas de integridad de la señal de la solución Flyover de densidad ultra alta, al tiempo que conserva los elementos de configuración del sistema tradicional a través del área de espacio compatible con PCB.
Samtec FOSFP-2 224 Gbps PAM4 Flyover El componente del panel admite velocidades de datos totales de hasta 1.6 Tbps PAM4 utilizando la tecnología de cable Samtec Flyover y tiene contactos de conexión directa para optimizar la integridad de la señal. Los diseñadores también pueden elegir el conector del panel frontal del módulo óptico conectable FOFSP 1600 de Samtec.
La serie Si-Fly HD también incluye un sistema de placa intermedia de placa a placa Si-Fly HD que admite 60 pares diferenciales por pulgada cuadrada. Se puede utilizar para un par diferencial completo o una configuración híbrida diferencial, de un solo extremo y fuente de alimentación. El sistema de placa intermedia Si-Fly HD de placa a placa es ideal para usar entre PCB y GPU, por ejemplo, en redes de clase blade.
El panel posterior Si-Fly HD puede equiparse con 32 AWG o 28 AWG Eye Speed Hyper Low Skew Thinax™, Para 64 pares diferenciales.
Los diseñadores del sistema PAM4 de 224 Gbps también están usando Samtec Bulls Eye®El sistema de prueba de alto rendimiento, que está diseñado para probar chips y sistemas con velocidades de datos de 200 Gbps, se está utilizando actualmente para caracterizar señales de hasta 448 Gbps.
Samtec continúa desarrollando la interconexión de alta velocidad y alto rendimiento basada en el modelo en evolución de los organismos de normalización. La clave para lograr el siguiente nivel de velocidad de señal radica en la aplicación de tecnologías avanzadas, como la tecnología avanzada de pasta de soldadura. Con el desarrollo continuo de la tecnología, será posible lograr velocidades de 448 Gbps y más altas, lo que promoverá aún más el desarrollo de campos como la inteligencia artificial, el aprendizaje automático y la informática de alto rendimiento.
BONCHIP comoProductos de interconexión de alta velocidad SamtecSocios confiables, Siempre comprometido a proporcionar a los clientesProductos de tecnología de vanguardia y servicios de cadena de suministro de la más alta calidad-No. NuestroEquipo profesionalCon un profundo conocimiento técnico y una rica experiencia en la industria, puede brindar soporte integral desde el diseño arquitectónico hasta la producción en masa para los proyectos PAM4 de 224 Gbps de los clientes.
¡Elegir BONCHIP es la combinación perfecta de soporte técnico profesional, calidad de producto confiable y servicio de cadena de suministro eficiente!
