Background dell'evoluzione tecnologica: nuove sfide per la trasmissione dei dati ad alta velocità

Con il rapido sviluppo dell'intelligenza artificiale, del cloud computing e del calcolo ad alte prestazioni, la domanda di velocità di trasmissione dei dati sta aumentando a un ritmo senza precedenti. La segnalazione PAM4 a 224 Gbps di successo richiede un'attenta analisi dell'integrità del segnale e degli effetti termici. Questo requisito di tasso ha un salto di qualità rispetto alle precedenti generazioni di tecnologia e ha portato nuove sfide nelle soluzioni di interconnessione, nei metodi tecnici e nei metodi di implementazione. Questo articolo fornirà un'analisi approfondita delle caratteristiche chiave dei sistemi PAM4 224 Gbps da un punto di vista tecnico, discuterà le innovazioni tecnologiche necessarie per raggiungere questo tasso e esaminerà il percorso di sviluppo futuro oltre i 224 Gbps.

L'architettura integrata guida l'innovazione tecnologica

Samtec ha un vantaggio organizzativo unico nel settore connesso, consentendo una vera innovazione collaborativa con capacità completamente integrate. Questa modalità di funzionamento integrata porta soluzioni innovative e strategie efficaci per supportare l'ottimizzazione dell'intero percorso del segnale. Dalle interconnessioni a livello di chip alle architetture a livello di sistema, ogni passaggio deve essere attentamente progettato e ottimizzato per mantenere l'integrità del segnale a 224 Gbps.

224 il ruolo chiave della tecnologia di interconnessione nell'era Gbps

Nelle implementazioni a 224 Gbps, l'integrità del segnale, l'erogazione di potenza e la gestione termica sono sfide tecniche chiave. Con l'aumento della velocità dei dati, aumentano anche le funzioni integrate del chip stesso, con una significativa riduzione del margine di perdita della parte "off-chip" del progetto. Selezionando i materiali giusti, le tecniche di progettazione, l'architettura del sistema e le configurazioni delle risorse, l'integrità del segnale e i problemi termici possono essere mitigati supportando al contempo le maggiori richieste di potenza dei sistemi 224 Gbps.

Il backplane, il midplane, il near-chip/on-chip e il pannello frontale (moduli ottici in rame e collegabili) richiedono soluzioni di interconnessione ad alte prestazioni, ad alta velocità e bassa latenza. Questo articolo fornisce ai progettisti un'analisi dettagliata delle scelte dell'architettura di interconnessione disponibili a 224 Gbps e una visione dei requisiti futuri per 448 Gbps, con dati misurati per il confronto.

Analisi delle opzioni di progettazione 224 Gbps

Schema di connettore Near-chip
Nei progetti PAM4 a 112 Gbps, l'approccio near-chip è ampiamente adottato, in cui il connettore è posizionato accanto all'ASIC e collegato a un cavo twinax, che viene quindi collegato al pannello frontale, al backplane o al midplane. Questo metodo riduce efficacemente la perdita totale del canale. Questo approccio near-chip può anche essere implementato in alcuni progetti di sistemi PAM4 da 224 Gbps, a seconda della densità di progettazione e dei requisiti di potenza.

Tuttavia, l'approccio near-chip deve affrontare anche sfide tecniche. I progettisti devono allocare IO alle sfere di saldatura BGA e PCB, la cui dimensione è limitata dall'attuale tecnologia PCB a foro passante placcato (ovvero limitata al passo BGA di 0,8mm). Con questo approccio, è difficile raggiungere l'integrità del segnale fino a e oltre i 56 GHz. Un altro problema è che le risorse di interconnessione assegnate a IO non sono ora disponibili per problemi di alimentazione altrettanto impegnativi.

Schema di connettore co-confezionato
Un'altra sfida di progettazione correlata per i sistemi di cavi near-chip sono i riflessi dei componenti del pacchetto verticale: vias BGA, sfere di saldatura e core del pacchetto. Se il connettore è posizionato direttamente sulla confezione, una soluzione in rame o modulo ottico co-confezionato, è possibile evitare queste riflessioni e risolvere il problema di espansione, migliorando notevolmente il margine del sistema. Naturalmente, la soluzione CPX deve essere abbastanza sottile da essere posizionata sotto il radiatore.

L'espansione delle funzionalità PCB è molto più lenta dell'espansione delle funzionalità ASIC utilizzando CMOS in silicio, che richiede un nuovo approccio per colmare questo divario. I requisiti di progettazione odierni spingono naturalmente i progettisti a utilizzare cavi in rame co-confezionati per soddisfare l'espansione della densità IO richiesta. Rispetto all'approccio near-chip, CPX può ottenere un'impronta di densità più elevata nell'interfaccia separabile per l'assemblaggio a causa della diversa decomposizione dell'hardware del sistema. L'approccio CPX è molto più sofisticato, utilizzando piccoli connettori sulla piastra di base, consentendo 512 porte e conteggi IO più elevati.

A una velocità di dati di 224 Gbps, CPX ha un valore più elevato per recuperare il margine di sistema dalla riflessione del pacchetto e dalla perdita di instradamento della traccia di PCB. Samtec sviluppa da molti anni la tecnologia direct-to-package, inizialmente per 112 Gbps e ora per 224 Gbps PAM4.

Connettori di nuova generazione progettati per sistemi 224 Gbps

Samtec Si-Fly HD®Il connettore è sviluppato specificamente per 224 Gbps e superiori e può essere posizionato accanto all'ASIC o sul pacchetto di chip stesso. In una configurazione co-confezionata, non vi è alcun instradamento attraverso il PCB e quindi nessuna conseguente "perdita per pollice". Il passaggio a una configurazione CPX può far risparmiare fino a 3 dB di pacchetto tramite, sfera di saldatura e perdita di routing PCB, che possono determinare il successo o il fallimento di un sistema PAM4 da 224 Gbps.

Il chip di silicio è posizionato sul substrato del chip, che è la parte più costosa del sistema, quindi qualsiasi connettore integrato nel pacchetto del chip deve essere molto piccolo. Il connettore Si-Fly HD ha una dimensione di 14 mm² e può supportare 64 coppie differenziali (64 cavi twinassiali).

CPX viene gestito in modo diverso perché il connettore deve essere saldato al substrato del chip. I connettori Si-Fly HD utilizzano il design della coda del palo di Samtec per mantenere l'integrità strutturale avanzata dei giunti di saldatura durante e dopo il riflusso. Questo design a sfera non saldante migliora l'uniformità, la ripetibilità e la coflatness. Il cavo di rame o ottico viene quindi inserito direttamente nel pacchetto di chip. La saldatura specifica (progettata per SAC305, ma è possibile utilizzare anche saldature a bassa temperatura a base di indio), gli irrigidimenti e i processi di assemblaggio possono variare da applicazione a applicazione.

Misurazione e analisi delle prestazioni di Si-Fly HD

Samtec testa la sua soluzione di interconnessione PAM4 da 224 Gbps contro i modelli di canale di organizzazioni di standard di settore come IEEE 802.3. Le misurazioni sul Samtec Si-Fly HD CPC hanno superato le aspettative, con un significativo miglioramento della perdita di inserzione rispetto al chip vicino in un'implementazione simile.

In effetti, il collegamento dalla parte superiore del pacchetto offre vantaggi convincenti di riflessione e perdita di inserzione. Il modello di simulazione della progettazione del sistema e la verifica della misurazione della perdita e della riflessione mostrano prestazioni eccellenti. Le misurazioni dell'assemblaggio del cavo Si-Fly HD mostrano un'eccellente perdita di inserzione a Samtec Eye Speed®Deviazione liscia della perdita di inserzione su Hyper Low Skew Twinax.

La perdita di inserimento è una considerazione chiave quando 112 e 224 Gbps. Ma uno dei criteri di prestazione elettrica più difficili è il crosstalk. Quando viene guidato a densità ultra elevate, il crosstalk aumenta tipicamente a causa della vicinanza tra i perni. Fortunatamente, le misurazioni sul CPC Si-Fly HD mostrano prestazioni di crosstalk impressionanti. Le misurazioni mostrano che il CPC Si-Fly HD raggiunge una correlazione accurata e una prestazione FEXT del rumore crosstalk integrata di 0,36 mV rms, ben al di sotto dell'obiettivo di 224 Gbps.

Problema di compensazione e sua strategia di evitamento

L'offset è un'altra preoccupazione di progettazione per 224 Gbps PAM4 e l'impatto può essere significativo. La distorsione di tipo offset può manifestarsi come differenze di ritardo all'interno di una coppia differenziale, asimmetria di tracce complementari durante la costruzione della coppia differenziale o differenze nei segnali di azionamento. Il design dell'accoppiamento e la quantità di riflessione determinano il significato dell'effetto. La trama dell'offset differenziale rispetto alla frequenza per il montaggio completo del cavo mostra che questi livelli di offset producono il rapporto tra segnale e modalità comune del canale nell'intervallo da 18 a 36 dB.

Samtec ha condotto una significativa ricerca e sviluppo sull'impatto della compensazione, confrontando Flyover®Effetti in cavi twinassiali e tracce PCB. Fortunatamente, il cavo twinassiale coestruso e accoppiato ha eccellenti prestazioni di offset, anche in condizioni di flessione realistiche, può raggiungere l'impedenza e la stabilità delle perdite di inserzione, in modo che l'offset sia completamente sotto il controllo dell'implementatore. Questo è in netto contrasto con altre strutture di cavi twinassiali.

Per i sistemi PAM4 da 224 Gbps, l'offset di controllo è fondamentale per prestazioni prevedibili, soprattutto perché l'intervallo di una unità è di circa 9 ps a 224 Gbps PAM4. I progettisti di sistema possono utilizzare cavi Flyover CPX e near-chip per ridurre gli offset di interconnessione a livelli gestibili.

Supporto tecnico BONCHIP e garanzia della supply chain

ComeDistributori autorizzati di prodotti Samtec，BONCHIPSempre impegnato a fornire ai clientiSoluzioni di interconnessione ad alta velocità all'avanguardiaEServizi della migliore catena di approvvigionamento di qualità. Comprendiamo i requisiti rigorosi dei sistemi PAM4 da 224 Gbps per la tecnologia di interconnessione, che offriamo:

Fornitura completa di prodotti

• Famiglia Samtec Si-Fly HD completa, comprese le soluzioni di co-pacchetto e near-chip

• Velocità dell'occhio®Gruppi di cavi Hyper Low Skew Full Range

• Supporto completo dello strumento di test e convalida

• Disponibilità completa di documentazione tecnica e guide di progettazione

Supporto tecnico professionale
Il nostroSquadra di esperti del segnale digitale ad alta velocitàEsperienza nella progettazione di interconnessioni ad alta velocità per fornire:

• Consulenza per la progettazione dell'architettura di sistema 224 Gbps

• Analisi dell'integrità del segnale e supporto di simulazione

• Guida alla progettazione della soluzione di gestione termica

• Servizi di test e verifica a livello di sistema

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Con un solido sistema di gestione dell'inventario e una rete logistica globale, ci assicuriamo che i progetti di R & S e produzione di massa dei nostri clienti sianoPropulsione liscia, FornireIl tempo di consegna più competitivoPer fornire una protezione affidabile per i piani di lancio del prodotto dei clienti.

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Soluzione completa per 224 Gbps

Per i progetti da 224 Gbps, Samtec fornisce una soluzione di interconnessione completa, incluso il co-pacchetto PAM4 ad alta densità Si-Fly HD 224 Gbps prodotto di punta e sistemi di cavi near-chip.

I sistemi di cavi co-confezionati forniscono la trasmissione del segnale con perdita più bassa dalla confezione al pannello frontale o al backplane fornendo al contempo la massima densità di segnale. Il sistema Si-Fly HD consente agli architetti di sistema di utilizzare lo stesso connettore di substrato elettrico per scambiare cavi in rame per moduli ottici di breve distanza/espansione verticale e interscambio per una distanza estesa/espansione orizzontale.

Le connessioni in rame co-confezionate eliminano la perdita di inserzione nella zona di breakout BGA e nel PCB. Questa tecnologia consente canali DAC 224G passivi 224G completi, consentendo una soluzione per pannello frontale a modulo ottico collegabile lineare a bassa potenza, che può portare un grande potenziale di connettività in alcune architetture AI emergenti.

Le soluzioni di co-pacchetto Si-Fly HD utilizzano gli stessi connettori per moduli ottici in rame e/o co-confezionati collegabili elettricamente per ottenere interconnessioni ad alta densità e alte prestazioni su substrati 95 mm x 95 mm o più piccoli. Supporta fino a 170 coppie differenziali per pollice quadrato ed è progettato per interconnessioni ad alta densità e substrati del pacchetto. Si-Fly HD è adatto per l'uso in moduli di commutazione in sistemi in cui sono previsti colli di bottiglia di larghezza di banda 224 Gbps.

Si-Fly HD include il cavo Eye Speed Hyper Low Skew di Samtec, caratterizzato da un dielettrico in schiuma a doppio asse e dalle migliori prestazioni di integrità del segnale del settore a 224 Gbps PAM4.

La soluzione near-chip Samtec Si-Fly HD ha una densità di segnale di 60 coppie differenziali per pollice quadrato ed è progettata per l'uso con substrati PCB tradizionali. Il connettore ha una lunghezza di 15,90mm e una profondità di 21,65mm. Near-chip Si-Fly HD offre agli architetti del sistema i vantaggi dell'integrità del segnale delle soluzioni Flyover ad altissima densità, preservando gli elementi di configurazione del sistema legacy attraverso impronte compatibili con PCB.

L'assemblaggio FOSFP-2 pannello Flyover PAM4 da 224 Gbps Samtec utilizza la tecnologia del cavo Samtec Flyover per supportare la velocità dati totale PAM4 fino a 1,6 Tbps e dispone di contatti di connessione diretti per ottimizzare l'integrità del segnale. I progettisti possono anche scegliere i connettori del pannello frontale del modulo ottico collegabile FOFSP 1600 di Samtec.

La serie Si-Fly HD include anche il sistema mid-board-to-board HD Si-Fly, che supporta 60 coppie differenziali per pollice quadrato. Può essere utilizzato in coppie completamente differenziali o in una configurazione ibrida di alimentatori differenziali, single-ended e. I sistemi mid-to-board Si-Fly HD sono ideali per l'uso tra PCB e GPU, ad esempio nelle reti a livello di blade.

Backplane Si-Fly HD con 32 AWG o 28 AWG Eye Speed Hyper Low Skew Thinax™Per 64 coppie differenziali.

Anche i progettisti di sistemi PAM4 224 Gbps utilizzano Samtec Bulls Eye®Il sistema di test ad alte prestazioni, progettato per testare chip e sistemi a velocità dati di 200 Gbps, è attualmente utilizzato per caratterizzare segnali fino a 448 Gbps.

Tendenza allo sviluppo della tecnologia e prospettive future

Samtec continua a sviluppare interconnessioni ad alta velocità e ad alte prestazioni basate sul modello in evoluzione degli organismi di standard. La chiave per raggiungere il livello successivo di velocità del segnale risiede nell'applicazione di tecnologie avanzate, come la tecnologia avanzata della pasta per saldatura. Con il continuo sviluppo della tecnologia, saranno possibili 448 Gbps e superiori, che promuoveranno ulteriormente lo sviluppo dell'intelligenza artificiale, del ML e del calcolo ad alte prestazioni.

Conclusione

BONCHIPProdotti di interconnessione ad alta velocità SamtecUn partner affidabile., È sempre stato impegnato a fornire ai clientiProdotti tecnologici all'avanguardia e migliori servizi di supply chain. Il nostroSquadra professionaleCon un profondo background tecnico e una ricca esperienza nel settore, possiamo fornire un supporto completo dalla progettazione dell'architettura alla produzione di massa per i progetti PAM4 224 Gbps dei clienti.

La scelta di BONCHIP è la combinazione perfetta di supporto tecnico professionale, qualità affidabile del prodotto e servizi efficienti della catena di approvvigionamento!