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为何需要PCB板级光学互连技术?

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随着5G、云计算、虚拟现实、高清视频等宽带业务的发展,互联网数据流量呈指数增长,数据中心处于高速发展建设时期。大容量的数据交换业务要求数据中心服务器之间的互连具有大带宽、低延时、高密度和低功耗的特点。与此同时,高性能计算的发展对大规模集成电路芯片之间的互连带宽也提出了更高需求,电互连已无法满足需求,光互连技术脱颖而出。

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电互连瓶颈

数据处理速率不断升高,传统的电互连已无法满足数据处理的可靠性要求。由于金属互连线在高速率信号处理过程中会产生趋肤效应寄生效应和介质损耗等问题,造成信号的延迟衰减和串扰,导致金属互连线的数据处理速率受到限制,形成所谓的“电子瓶颈”。

 

112Gbps是目前铜互连技术的最快传输速率,较大的传输损耗限制了电信号传输距离,很难实现板级互连的距离要求(cm~m量级),并引起系统的能耗上升。与此同时,印制电路板(PCB)中电互连技术复杂度的提高也导致成本进一步地增加。ITRS指出未来的电子系统将会由芯片之间的互连所限制。因此,板级互连技术已成为限制数据中心及高性能计算机性能进一步提升的瓶颈。

 

光互连优势

通信领域已进入Tbps时代,而电互连还处于Gbps量级。由于“电子瓶颈”的存在,光互连脱颖而出。光互连因其带宽大、时延低、功耗小、集成密度高和抗电磁干扰能力强等优点,被认为是取代电互连的下一代高性能互连技术。从2010年以来,板级光互连技术受到世界各界政府、公司和学术界的重视,纷纷投入资源进行研究,为在下一轮技术竞争中占据有利地位。

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表1:光互连VS电互连

 

板级光学互连发展

板级光学互连通常指的是互连距离在cm–m级别的光互连技术,主要包括板间互连、MCM间互连和芯片间互连三种物理链路类型。

 

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表2:光互连的发展趋势

应用场景

光技术的成熟以及光器件的研制成功,极大地推动了板级光学互连技术的发展。使得板级光学互连技术适用于以下应用场景:

 

数据中心(DC)

大型数据中心的逐年增加,使得传统的板级电互连技术难以在带宽、设备开销、能耗、管理复杂度等方面同时满足数据中心的应用需求,板级光学互连技术以其低能耗、低开销、高带宽等特点则非常适配数据中心。

 

高性能计算机(HPC)

高性能并行计算机及并行核心路由器技术是计算机技术乃至整个信息技术发展的制高点,在高性能并行计算机中,高速互连网络是其重要的组成部分,是系统整体性能受制约的关键因素,直接影响系统的可扩展性。光互连作为一种新的互连技术,在信息高速传送和处理时具有光功率损耗小、抗电磁干扰等优点,在信息高速处理的系统中用光互连替代电互连,已成为共识。

 

消费类电子市场

随着 5G、4K/8K高清视频概念、VR等先进技术的兴起,人们对数据传输量的需求越来越大,对数据传输速率要求越来越快。板级光学互连在带宽、时延等方面的优势,使其在消费类电子市场中的应用也呈现必然趋势。

此外,板级光学互连技术在航天领域中也有应用。

 

机柜和系统级的光通信互连产品已商业化,随着GPU等高性能芯片的吞吐逐渐增加,电互连方案的带宽、插损等瓶颈会逐渐凸显,光互连可能会逐渐走向产业化的舞台。

——资料来源:中国通信标准化协会

文章转自某众号【易飞扬通信】,如有侵权联系删除。

 

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