為何需要PCB板級(jí)光學(xué)互連技術(shù)？

隨著5G、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、高清視頻等寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)增長，數(shù)據(jù)中心處于高速發(fā)展建設(shè)時(shí)期。大容量的數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)要求數(shù)據(jù)中心服務(wù)器之間的互連具有大帶寬、低延時(shí)、高密度和低功耗的特點(diǎn)。與此同時(shí)，高性能計(jì)算的發(fā)展對(duì)大規(guī)模集成電路芯片之間的互連帶寬也提出了更高需求，電互連已無法滿足需求，光互連技術(shù)脫穎而出。

電互連瓶頸

數(shù)據(jù)處理速率不斷升高，傳統(tǒng)的電互連已無法滿足數(shù)據(jù)處理的可靠性要求。由于金屬互連線在高速率信號(hào)處理過程中會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng)、寄生效應(yīng)和介質(zhì)損耗等問題，造成信號(hào)的延遲、衰減和串?dāng)_，導(dǎo)致金屬互連線的數(shù)據(jù)處理速率受到限制，形成所謂的“電子瓶頸”。

112Gbps是目前銅互連技術(shù)的最快傳輸速率，較大的傳輸損耗限制了電信號(hào)傳輸距離，很難實(shí)現(xiàn)板級(jí)互連的距離要求（cm～m量級(jí)），并引起系統(tǒng)的能耗上升。與此同時(shí)，印制電路板（PCB）中電互連技術(shù)復(fù)雜度的提高也導(dǎo)致成本進(jìn)一步地增加。ITRS指出未來的電子系統(tǒng)將會(huì)由芯片之間的互連所限制。因此，板級(jí)互連技術(shù)已成為限制數(shù)據(jù)中心及高性能計(jì)算機(jī)性能進(jìn)一步提升的瓶頸。

光互連優(yōu)勢

通信領(lǐng)域已進(jìn)入Tbps時(shí)代，而電互連還處于Gbps量級(jí)。由于“電子瓶頸”的存在，光互連脫穎而出。光互連因其帶寬大、時(shí)延低、功耗小、集成密度高和抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是取代電互連的下一代高性能互連技術(shù)。從2010年以來，板級(jí)光互連技術(shù)受到世界各界政府、公司和學(xué)術(shù)界的重視，紛紛投入資源進(jìn)行研究，為在下一輪技術(shù)競爭中占據(jù)有利地位。

表1：光互連VS電互連

板級(jí)光學(xué)互連發(fā)展

板級(jí)光學(xué)互連通常指的是互連距離在cm–m級(jí)別的光互連技術(shù)，主要包括板間互連、MCM間互連和芯片間互連三種物理鏈路類型。

圖表2：光互連的發(fā)展趨勢

應(yīng)用場景

光技術(shù)的成熟以及光器件的研制成功，極大地推動(dòng)了板級(jí)光學(xué)互連技術(shù)的發(fā)展。使得板級(jí)光學(xué)互連技術(shù)適用于以下應(yīng)用場景：

數(shù)據(jù)中心（DC）

大型數(shù)據(jù)中心的逐年增加，使得傳統(tǒng)的板級(jí)電互連技術(shù)難以在帶寬、設(shè)備開銷、能耗、管理復(fù)雜度等方面同時(shí)滿足數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用需求，板級(jí)光學(xué)互連技術(shù)以其低能耗、低開銷、高帶寬等特點(diǎn)則非常適配數(shù)據(jù)中心。

高性能計(jì)算機(jī)（HPC）

高性能并行計(jì)算機(jī)及并行核心路由器技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)乃至整個(gè)信息技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)，在高性能并行計(jì)算機(jī)中，高速互連網(wǎng)絡(luò)是其重要的組成部分，是系統(tǒng)整體性能受制約的關(guān)鍵因素，直接影響系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。光互連作為一種新的互連技術(shù)，在信息高速傳送和處理時(shí)具有光功率損耗小、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在信息高速處理的系統(tǒng)中用光互連替代電互連，已成為共識(shí)。

消費(fèi)類電子市場

隨著 5G、4K/8K高清視頻概念、VR等先進(jìn)技術(shù)的興起，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量的需求越來越大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越快。板級(jí)光學(xué)互連在帶寬、時(shí)延等方面的優(yōu)勢，使其在消費(fèi)類電子市場中的應(yīng)用也呈現(xiàn)必然趨勢。

此外，板級(jí)光學(xué)互連技術(shù)在航天領(lǐng)域中也有應(yīng)用。

機(jī)柜和系統(tǒng)級(jí)的光通信互連產(chǎn)品已商業(yè)化，隨著GPU等高性能芯片的吞吐逐漸增加，電互連方案的帶寬、插損等瓶頸會(huì)逐漸凸顯，光互連可能會(huì)逐漸走向產(chǎn)業(yè)化的舞臺(tái)。

——資料來源：中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)

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