----追光逐電 光引未來----
技術融合并不是新概念。該概念推斷不同技術隨著時間演變為更緊密的關聯或整合。一個簡單的例子是瑞士軍刀（見圖1）。誰能想到有人會需要剪刀、開瓶器和配上鋒利刀片的螺絲刀？
圖1 標志性的瑞士軍刀是整合的絕佳比喻。
這和224 Gbps的PAM4系統設計有什么關系？同樣的道理也適用。當多種技術結合時，如微型雙軸電纜、ASIC設計、互連、先進集成電路封裝等，匯聚即能提供獨特的系統級解決方案。許多人認為224 Gbps的PAM4系統性能需要融合。
帶寬需求似乎無窮無盡。新建的5G網絡開辟了全球互聯的新領域。消費者對流媒體視頻、社交媒體、增強現實/虛擬現實及其他應用的需求正在推動互聯網數據的指數級增長。近期全球新冠疫情迫使數百萬人在家辦公。帶寬有限的網絡正被極限所限。
數據中心架構師和系統設計師如何應對這種無盡的數據需求？他們正在推出支持56 Gbps PAM4/IEEE 200G系統性能的服務器、交換機和網絡設備。幸運的是，56 Gbps的PAM4 FPGA、網絡集成電路、收發機和定時解決方案持續不斷提升。業內專家預測明年初全面生產。初步的112G PAM4/IEEE 400G系統將再次倍增帶寬，但預計要到2025年才能實現。
光網絡連接在某些網絡應用中帶來了機遇。不過，這里也存在設計上的顧慮。機架、機架和系統解決方案需要徹底重新架構。銅基系統利用現有和攤銷基礎設施，而系統內光學的采用則需要大規模變革和制造基礎設施投資。長期且廣泛的光網絡采用是合理的，但2020年代可能不是那個年代。
當前基于PCB的系統架構提供有限的性能和有限的走線長度。基于光學的系統架構在短期內不可行。作為替代方案，微型雙軸電纜通過通過PCB路由信號，提供了更低損耗、長距離和系統靈活性。
我們的團隊研究了傳輸介質對信號插入損耗（IL）的影響。圖2展示了低偏度微型雙軸電纜與傳統PCB層壓材料的區別。在本案例研究中，低偏斜雙軸電纜在28 GHz奈奎斯特頻率（112 Gbps PAM4/56 Gbps NRZ）下，相較于MEGTRON6和MEGTRON7提升了IL性能。在56 GHz（超標）的奈奎斯特頻率下，差距更大，提供了通往224 Gbps PAM4系統性能的路徑。
圖2 傳輸介質影響信號的插入損耗（IL）;這張圖展示了低偏度微型雙軸電纜與傳統PCB層壓材料之間的差異。
除了性能外，低偏斜微型雙軸電纜還具備系統架構的靈活性。電纜組件的兩端可以通過多種方式連接。這種方法為整個數據中心提供了創新架構。例如，當前可插拔多源協議（MSA）基礎設施使用直接連接電纜（DAC）實現機箱對機箱或機架間連接。然而，下一代MSA，如QSFP-DD800，認識到微型雙軸電纜從前面板到ASIC信號路由的重要性。
微型雙軸電纜技術支持112 Gbps的PAM4數據速率。連接式微型雙軸電纜組件與系統ASIC一同連接在PCB上。穩定可靠的224 Gbps PAM4性能需要盡可能消除信號信道的損耗。還有其他有損信號通道組件可以去除嗎？
當前系統ASIC設計支持256通道/512動態路徑（DP），速度為112 Gbps，提供25.6 TB的總數據吞吐量，而下一代ASIC設計則將吞吐量翻倍。從大型ASIC封裝和BGA分線器中路由數百個DP，給SI工程師和PCB設計師帶來了噩夢。隔離問題加劇了挑戰，因為需要堅固的接地方案。ASIC封裝和BGA突破仍然是信號路徑中導致損耗的關鍵來源。
微型雙軸電纜組件或光纖可以直接連接到ASIC基板上嗎？這種做法有助于消除包裹和突破相關的損失。然而，為了實現期望的信道性能，必須演進和整合多種不同的技術。
將微型雙軸電纜組件或光纖連接到基板上需要靈活的互連設計。理想情況下，在同一機械連接系統中實現銅線和光學終端處理將簡化設計。諸如連接器鎖扣等可靠性功能將提升整體耐用性。
將連接器集成到封裝中也存在挑戰。高速互連設計以及先進的集成電路封裝和裝配協作是必不可少的。任何溶液也必須足夠小，以免干擾散熱片、熱界面材料（TIM）或液冷等熱緩解技術。
就像瑞士軍刀一樣，微型雙軸電纜、ASIC設計、互連、先進集成電路封裝及其他技術的融合提供了答案。如Samtec的Si-Fly 112 Gbps PAM4低矮高密度電纜系統（見圖3）等產品，將高速信號直接連接到硅封裝。這樣可以避免BGA的信號失真，并將IC封裝的信號通過長距離電纜路由。結合超高密度設計，該產品實現25.6 TB的總數據速率，路徑可達51.2 TB。
圖3 Samtec的Si-Fly等產品可直接連接到集成電路封裝。
性能怎么樣？在112 Gbps PAM4速度下，IEEE 802.3ck允許損耗時，銅制雙軸Si-Fly的覆蓋范圍為22英寸，而MEGTRON7 PCB的覆蓋范圍為4.5英寸。該系統設計后支持未來光連接。
直接連接到該軟件包可達224 Gbps的PAM4性能。在減少損失的情況下，可以在攻擊距離或性能上做出權衡。融合是224 Gbps PAM4系統設計的關鍵，而支持224 Gbps PAM4的解決方案只需一個硅片設計即可。
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