高速互连连接器及组件技术发展趋势.pdf

1高速互连连接器及组件发展趋势2Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 目录一、互连协议标准及高速芯片行业发展趋势一、互连协议标准及高速芯片行业发展趋势二二、高速互连应用场景面临的挑战、高速互连应用场景面临的挑战三三、高速互连端到端解决方案及自主可控“轩辕平台”发布、高速互连端到端解决方案及自主可控“轩辕平台”发布四、总结四、总结及及立立讯讯简介简介3Luxshare-Tech Proprietary and Confidential SourceSource：ITRS ITRS HighHigh-SPEEDSPEED IO Data RoadmapIO Data Roadmap互连行业标准演进趋势：全场景互连速率持续迭代提升，互连产品形态加速转型摩尔定律持续驱动高速IO速率迭代：基本每隔35年左右速率翻翻以太网网络以其高效及高速率在数据中心，汽车以太网及工业以太网持续向前迭代升级数据中心：112Gbps（单通道）预计2021年开始商用，而224Gbps(单通道)，已经在OIF展开224G技术研讨,预计在2024年开始商用；高性能服务器：PCIE5.0 32Gbps(单通道）预计在2021年商用，而PCIE6.0 64Gbps(PAM4技术)预计也同步在2021年启动，2024年开始商用车载及工业互联网：速率也快速从原先的1Gbps向10Gbps及25Gbps发展SourceSource：Ethernet AllianceEthernet Alliance4Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 交换芯片互连技术发展趋势:28Gbps向56Gpbs切换，在研112Gpbs速率产品，预研224Gbps技术Tomahawk芯片的发展历程OSFPDD56OSFPDD112QSFPDD56QSFPDD112SourceSource：OIF Cu(See you)Beyond 112G CiscoOIF Cu(See you)Beyond 112G CiscoIEEE802.3baIEEE802.3bjIEEE802.3cdIEEE802.3ck32xOSFP112 Or QSFP-DD112 1u64 QSFP112 2x1 2u32xQSFP1125Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 服务器芯片互连技术发展：8GT/s(PCIE3.0)向16GT/s(PCIE4.0)切换，在研32GT/s(PCIE5.0),预研64GT/s(PCIE6.0)可能受影响可能受影响6Luxshare-Tech Proprietary and Confidential TPU/GPU/DPU 等异构芯片快速发展：驱动多种互连协议快速走向应用，新型加速互连协议即将推出Source：中国计算机互连技术联盟 CCITA 郝沁汾7Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 高速互连应用场景变化挑战：1.CEI-112G-MCM/XSR标准对应芯片内部硅片间的3D堆叠设计和2.5D Chiplet设计，这一标准主要给芯片厂家使用。在这一标准中采用了CNRZ-5编码制式，其设计方式比目前普遍在用的PAM4编码制式略微复杂。2.CEI-112G-VSR标准用于MAC或PHY芯片到光模块IO口之间的链路设计，在28GHz频点最大允许16dB的链路损耗。3.CEI-112G-MR标准用于单板内部芯片到芯片之间的链路设计，在28GHz频点最大允许20dB的链路损耗。4.CEI-112G-LR标准用于跨背板的芯片间链路设计，在28GHz频点最大允许30dB的链路损耗。这是系统设计厂家除CEI-112G-VSR标准之外最受关注的一个链路设计标准，将决定网络设备系统的设计方式5.在112Gbps速率下仍然会继续使用PAM4信号制式，在更下一代的224Gbps速率上才有可能使用PAM6信号制式为了尽可能地减少互连链路上的损耗，MCM/XSR将芯片侧的链路从原来的2D向3D及2.5D发展。而VSR/MR/LR标准中同时考虑传统PCB走线联接及使用Copper Cable的联接方式都考虑在内。Copper Cable替代PCB上的走线，可以大幅降低芯片间链路的损耗，从而为112Gbps信号提供更好的数据传输通路，面临的挑战：背板线缆架构30AWG30AWG CableCable-0.118dB14Ghz/Inch0.118dB14Ghz/Inch；34AWG34AWG CableCable-0.23dB14Ghz/Inch0.23dB14Ghz/Inch；PCBPCB PTFEPTFE-0.468dB14Ghz/Inch0.468dB14Ghz/Inch；PCBPCB M6M6-0.778dB14Ghz/Inch0.778dB14Ghz/Inch；MCM/XSR:芯片间3D堆叠，2.5DChiplet设计,Co-Packed Optical 基于芯片侧互连方案正在研究VSR/MR/LR：PCB成为影响链路的设计的主要挑战因素，低损线缆组件取代PCB链路成为趋势VSR PCB与线缆结构OBO 及 CPO应于芯片侧封装裸线与PCB衰减比较 低损裸线的设计 连接器性能的提升 连接器与线缆结合的工艺 机箱内部综合布线能力 系统散热问题 线缆组件可靠性及可维护性8Luxshare-Tech Proprietary and Confidential PCIe6.0下一代内部互连协议，信噪比要求更严FEC算法的引入会带来另外一个问题：传输延时的增加。PCIE 6.0规范要求，发送端和接收端之间的传输延时在PCIE 5.0规范基础上的增加量不能超过10ns由于PCIE 6.0使用了PAM4信号制式，在36 dB损耗链路下，是无法达到1E-06误码率要求的。因此，PCIE 6.0规范不得不将整个物理通道的总损耗值降低到32dB在64 GT/s速率下，将很难达到主板PCIE信号13inch的走线长度。对于PCIE 4.0 16GT/s的速率，主板已使用Megtron4/Megtron 6板材。PCIE 5.0和PCIE 6.0时代，主板PCB板材将会进一步提升到Megtron6/Megtron 7设计挑战：1.PAM4信号第一次到内部互连，带来兼容性问题；并且对信噪比要求比NRZ高一个数量级2.链路的衰减从36dB降到32dB,需要更低损的设计3.支持平滑演进内部链路互连解决方案需要从PCIE5.0平滑升级到PCIE6.09Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 224G技术演进SourceSource：OIF Cu(See you)Beyond 112G”webinar,June 2020OIF Cu(See you)Beyond 112G”webinar,June 2020IO口每通道的速率大约每隔四年翻倍，每单位面积的芯片带宽相对于上一代面积减半，功耗大约3040%降低相较于上一代产品，交换机带宽每2年翻翻IO口复杂性增加，讯号完整性更加复杂，电缆组件每一代缩减3040%距离IO口发展趋势：下一代22G/通道IO口可以通过增加通道数或提升单通道数率来实现。各有优缺点，但总而之提升单通道数率将比增加通道数更有优势。Or CuOr Cu脉冲编码调制与基频之间的权衡：224G的技术参数：基频45G更高阶的调制方式 如Pam6链路36dB面对的挑战：芯片封装Loss,PCB Loss,线缆，BGA/VIA设计，连接器，端接，制程稳定性，及散势，电源设计都存在较大的挑战芯片侧继续向高度集成方向发展，分离器件仍有一定应用场景，预期铜（DAC)互连最后的节点？10Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 互连应用形态变化趋势：连线器与线缆的组合，应用于不同VSR互连场景，从而在部份场景替代PCB走线EDSFF/U.3 Cable SolutionsCable网卡/存储连接器与线缆结合组件：芯片侧连接器与线缆组件：IO口侧连接器与线缆结合组件：ULP BTB To 4xSFP11Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 延长线缆组件技术趋势：均衡及时钟恢复芯片应用于线缆组件增长线缆距离典型应用功能Retime ACC Chip AnalysisVendorEQ LevelMax Length26awgData RatePower consumptionInphi35dB13.28GHz9m56Gbps Pam41W/ChannelCredo30dB13.28Ghz9m56Gbps Pam40.9W/ChannelCTLE ACC Chip AnalysisVendorEQ LevelMax Length26awgData RatePower consumptionSpectra714dB14GHz7m56Gbps Pam40.15W/Channel光梓20dB14GHz7m56Gbps Pam40.22W/ChannelRetime ACC Chip AnalysisVendorEQ LevelMax Length30awgData RatePower consumptionAsteraLabs 36dB16Ghz5m16Gbps Nrz1.28W/channelTI20dB16GHz3m16Gbps Nrz0.18W/channel56Gbps PAM4 Retimer 芯片：56Gbps PAM4 EQ 芯片：PCIE5.0 Retimer芯片：N VM eN VM eFANFANFANFANFANFANR Re et ti i m m e er rR Re et ti i m m e er r背板背板中的走线M otherBoard 1CPUM otherBoard 2CPUMB的走线在Cable B走线Under developmentNotes:TI is Redriver chip and Asteralabs is Retimer chip12Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 数据中心光模块发展趋势：离散器件到硅光集成封装技术Source:JuniperSource:JuniperCW DFB13Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 光路仿真交换机交换机IOIO散热解决方案散热解决方案:风扇风扇：热仿真风扇风扇仿真技术仿真技术：热管理：散热将是下一代互连的最大挑战，定制散热产品，解决系统级散热问题模流仿真EMI仿真热热仿真技术仿真技术：模态仿真流场仿真空载电机电磁仿真应力仿真项目（8038）测试值转速14000rpm风压风量428pa,70cfm工作点噪声(67pa,13.6cfm)46.9dB；（115pa,18.3cfm)52.7dB。全速范围内噪声全速：73.5dB 50%转速：47.3dB 30%转速：33.5dB 20%转速：27.4dB 输入电流4.33A(max)输入功率52W(max)控制方式无位置传感器，正弦波驱动。EMC水平最高39.56dB，垂直最高35dB。满足6dB余量。14Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 立讯:提供高速链路芯片到芯片多场景端到端互连解决方案提供从芯片侧到另一芯片侧多场景高速互连多协议传输解决方案：PCIE/SAS/Ethernet/CXL/CCIX/Nvlink/UPI最新协议等支持多种系统架构配置：正交，背板，中板，背板线缆，Chip to IO,BTB等硬件架构支持多种外部互连接口：SFP/QSFP/QSFP-DD/OSFP等MSA背板连接器与背板线缆组件支持MR速率最高：112Gbps+/Lane通道数最高：96+pairs支持多各种系统架构内部连接器线缆组件支持VSR速率最高:PCIE5.0/112Gbps+通道数最高：16x支持从芯片到存储背板，芯片到芯片间VSR内部连接器及线缆组件支持VSR速率最高：56Gbps+/Lane通道数最高：12x支持从芯片到IO面板直接互连外部IO,线缆组件及光组件支持SR/LR/DR速率最高：112Gbps+/Lane通道数最高：8x支持从柜内及跨柜互连15Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 轩辕平台：独立创新，技术可控，自我演进，持续迭代，全链路自主可控互连解决方案立讯技术致力对高速互连产品的基础研究，界面创新及精密制造。从界面到内部设计，拥有独立自主，可迭代发展的自有核心技术及知识产权。1.Intrepid 背板及背板组件系列2.OmniEdge ASM系列3.OmniEdge ULP系列4.OmniPost 系列5.Future Co-packaged Copper FCPC系列Intrepid:背板与背板线缆组件通讯，高端交换机，路由机及高密传输等速率最高：112Gbps+通道数最高：96+pairs支持各种系统架构OmniEdge ASM:高速内部互连连接器及组件高性能务器，芯片及卡边缘速率最高：112Gbps+通道数最高：48+pairsFCPC（预研）:芯片一体式封闭装连接器及组件超算，高端交换机，路由机及高密传输等OmniPost:低配高，芯片侧一件式线缆互连组件通讯，高端交换机，路由机及高密传输等速率最高：112Gbps通道数最高：16+pairs配高：3.8mmOmniEdge ULP:低配高，芯片侧二件式可插拔互连组件通讯，高端交换机，路由机及高密传输等速率最高：112Gbps通道数最高：24+pairs配高：3.9mmT/CECA 45-2020数据通信用ASM系列矩形连接器及线缆16Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 立讯技术：射频组件、电连接、光连接、热管理产品线及精密制造齐头并进861534055057591,1761,5622,1903,3907,54611,51716,6492020E20192016201520172009201420132010201220112018+61%Luxshare Group revenue outlook from Year 2009 to 2020 Target(USD,in Millions)*2018 onward revenue include BCS and LuxVisions*立讯精密立讯精密（A A股上市公司：股上市公司：002475002475）20192019年：年：营收营收625625亿，同比增长亿，同比增长74.38%74.38%；研发费用研发费用43.843.8亿，同比增长亿，同比增长74%74%；市值约市值约36003600亿亿立讯技术：公司总部位于中国广东省东莞市松山湖中集产业城；主要生产经营连接线、基站天线，射频滤波器，高速连接器，高速线缆组件，光模块，AOC，VC，散热产品；产品应用于企业级产品，通讯产品，数据中心及周边领域；进军ICT行业10G时代发布25G NRZ技术发布56G PAM4技术2014年：IBU（立讯技术前身）成立进入企业级市场发布112G PAM4技术预研224G PAM6技术连接器连接器与线缆排名：与线缆排名：全球第六，中国第一高速先进互连研究实验室：电连接高速先进互连研究实验室：电连接/光连接光连接/热管理基础研究热管理基础研究17Luxshare-Tech Proprietary and Confidential 总结数据中心：国内高速互连接口预计从28Gbps向56Gpbs切换，而且在研112Gpbs速率产品，预研224Gbps技术；高性能服务器：量产产品从8GT/s(PCIE3.0)向16GT/s(PCIE4.0)切换，在研32GT/s(PCIE5.0),同步预研64GT/s(PCIE6.0)；这部份可以通过电缆组件及Retime来实现信号互联；随着信号速率每隔34年提升一倍，对于即将到来的112Gbps速率时代，IEEE规定的DAC电缆的最大互联长度已经变为2m,而在末来的224Gbps 铜互连是1m的传输距离；同时光的传输技术发展相当快，硅光技术将非常有可能被大批应用，硅光将会是在接下来的十年里改变基础设施架构的重要技术之一；在下一代的互连产品解决方案的提供者，需要拥有高度融合的电连接，光连接及热管理技术能力，同时具备自有高速互连介面设计及迭代能力的高速互连厂商。18Thanks！