Читатель на заднем плане спросил о соединении сигналов между стойкой/платой/модулем/чипом. Я суммирую это здесь для вашей справки.

Потери при передаче оптических сигналов в оптических волокнах составляют 0,2 д Б/км, тогда как типичные потери при передаче радиочастотных кабелей при скорости передачи сигнала 50 ГГц составляют 5 д Б/м. Таким образом, оптическое соединение выходит на первый план и становится единственным решением для передачи сигнала на большие расстояния. Расстояние соединения электрических сигналов обычно составляет менее 1 м, как показано на рисунке ниже.

(Изображение взято с https://community.cadence.com/cadence_blogs_8/b/breakfast-bytes/posts/photonics-keynote)

В центре обработки данных в соответствии с требованиями к подключению на разных расстояниях подключаемые оптические модули можно разделить на SR (ближний радиус действия), DR (диапазон центра обработки данных), FR (дальний радиус действия), LR (дальний радиус действия), ER (расширенный радиус действия). ), ZR (крайний диапазон) и т. д. Конкретное расстояние передачи и принятое оптическое решение показаны на рисунке ниже.

(Изображение взято с https://www.fibermall.com/blog/what-is-short-range-optical-communication.htm)

В настоящее время оптический модуль в основном соединяет серверы и коммутаторы. Сценарии межсоединений включают соединение между центрами обработки данных, соединение между уровнем Core-Spine в центре обработки данных, соединение между уровнем Spine и уровнем Leaf, соединение между уровнями Spine и Leaf. Уровень Leaf и TOR, а также соединение между TOR и сервером. Расстояние соединения варьируется от десятков километров до нескольких метров, как показано на рисунке ниже.

(Изображение с https://www.keysight.com/de/de/products/photonic-products/optical-transceiver-test-solutions.html)

Вышеупомянутое оптическое соединение в основном передает электрический сигнал в микросхеме переключателя на подключаемый оптический модуль на печатной плате. С помощью фотоэлектрического преобразования высокоскоростной сигнал преобразуется в оптический домен, а затем передается на другой переключатель. через оптоволокно или сервер. Высокоскоростные электрические сигналы проходят через длинную дорожку на печатной плате. Чтобы еще больше снизить энергопотребление и увеличить плотность полосы пропускания, возникла концепция совместной оптики. Основная идея состоит в том, чтобы разместить оптический механизм и микросхему переключателя на одной подложке, сократить расстояние между ними и электрическое соединение. снизить энергопотребление. Улучшить качество сигнала (целостность сигнала), как показано на рисунке ниже.

(Изображение взято с https://community.fs.com/article/a-comprehensive-overview-of-co-packaged-optics.html)

Подобно оптическому соединению, высокоскоростное соединение электрических сигналов на подложке/плате также можно разделить на MCM/XSR/VSR/MR/LR и т. д. в зависимости от расстояния передачи. Для случая 112 Гбит/с электрические стандарты ввода-вывода следующие:

(Изображение взято с https://www.oiforum.com/wp-content/uploads/00311c-OIF-112G-OFC-slides_ofc20_presentation.pdf)

В частности, MCM нацелен на 2,5D-чип-чиплет/3D-упаковку, а максимальное расстояние между соединениями составляет 25 мм. XSR предназначен для соединения между чипами 2.5D и соединения между чипами и оптическим механизмом. Расстояние между соединениями может составлять до 50 мм, а потери в канале — 6–10 д Б. Это относится к соединению между модулем CPO и. чип переключателя. VSR предназначен для соединения сигналов между чипами, а расстояние между соединениями может достигать 200 мм. VSR предназначен для сценария подключаемых оптических модулей, а потери в канале составляют 12-16 д Б. MR предназначен для сценариев приложений «чип-чип» и «средняя плата» на одной плате. Расстояние между соединениями составляет менее 500 мм, а потери в канале составляют 20 д Б. LR предназначен для сценария соединения между объединительными панелями. Расстояние между соединениями может достигать 1000 мм, а потери в канале — 28–30 д Б. Сценарии применения этих типов электрического ввода-вывода показаны на рисунке ниже.

(Изображение взято с https://semiwiki.com/eda/cadence/315096-clocking-for-high-speed-serdes/)

Вышеупомянутые электрические стандарты ввода-вывода в основном нацелены на высокоскоростную передачу электрических сигналов с использованием решения для передачи данных через последовательный порт. Из-за накладных расходов, вызванных SerDes, передача данных через параллельный порт имеет определенные преимущества в энергопотреблении и задержке при одинаковых условиях полосы пропускания. Ожидается, что параллельная передача данных будет применяться для соединения сигналов между кристаллами (D2D). Пропускная способность одного канала невелика, но за счет увеличения количества интерфейсов ввода-вывода она также может удовлетворить потребности высокой пропускной способности D2D. взаимосвязь. Intel объединилась с рядом компаний для запуска протокола соединения UCIe для сценариев соединения чиплетов, который привлек широкое внимание в отрасли.

(Изображение с https://awavesemi.com/silicon-ip/subsystems/die-to-die-ip-subsystem/)

Ayar Labs сравнила плотность полосы пропускания и коэффициент энергопотребления электрического и оптического соединения на разных расстояниях, как показано на рисунке ниже. В случае внешнего соединения доминирующее положение заняло оптическое соединение. В случае соединения на уровне пакета важную роль также играют CPO и Optical IO. Целью соединения сигналов в различных масштабах является увеличение плотности полосы пропускания, снижение энергопотребления и уменьшение задержки. Потребляемая мощность TeraPHY от Ayar Labs составляет менее 5 п Дж/бит, энергопотребление NVLink C2C уже может достигать 1,3 п Дж/бит, а энергопотребление UCIe может быть ниже 0,5 п Дж/бит. Оптическое соединение и электрическое соединение тесно связаны и дополняют друг друга. Так называемое «оптическое продвижение и отступление меди» может быть просто красивой идеей. Эти два понятия будут сосуществовать в течение длительного времени и отвечать за соединение сигналов на разных уровнях. Высокоскоростные электрические сигналы вычислительных и запоминающих микросхем сначала должны передаваться на определенное расстояние по корпусу, а затем соединяться с дальнейшими узлами через оптический ввод-вывод. Вспышка AIGC сделала потребности во взаимосвязи между чипами более важными. В долгосрочной перспективе расстояние между электрическими чипами и оптическими двигателями будет становиться все короче и короче, а связь станет более тесной.

(Изображение встроенного оптического ввода-вывода в сравнении с объединенной оптикой | Ayar Labs)

Если в статье есть какие-либо ошибки или неточности, я надеюсь, что вы укажете на это и приглашаем всех оставить сообщение для обсуждения.