技术融合并不是一个新概念。这一概念推断出，随着时间的推移，不同的技术会演变成更紧密的关联或集成。一个简单的例子是瑞士军刀(见图1)。谁会想到有人会需要剪刀、开瓶器和配有锋利刀片的螺丝刀呢?
图1标志性的瑞士军刀是一体化的一个很好的类比。
这与224 Gbps PAM4系统设计有什么关系?同样的概念也适用。当许多技术(如微双轴电缆、ASIC设计、互连、高级IC封装等)结合起来提供独特的系统级解决方案时，就会出现融合。许多人认为收敛是满足224 Gbps PAM4系统性能要求的。
设置数据中心表
带宽需求似乎没有尽头。新建的5G网络为全球连接开辟了新领域。消费者对流媒体视频、社交媒体、AR/VR和其他应用程序的需求正在推动互联网数据的指数级增长。最近的全球冠状病毒大流行迫使数百万人在家工作。带宽有限的网络正被强调到极限。
数据中心架构师和系统设计师如何应对这种对数据永不满足的需求?他们正在推出支持56 Gbps PAM4/IEEE 200G系统性能的服务器、交换机和网络设备。值得庆幸的是，56 Gbps PAM4 fpga、网络ic、收发器和定时解决方案继续增长。业内专家预计明年初将全面投产。初步的112G PAM4/IEEE 400G系统带宽再次翻倍，但预计要到2025年才能实现。
光网络连接为一些网络应用提供了机会。然而，这里也有设计方面的问题。底盘、机架和系统解决方案将需要完全重新架构。虽然基于铜的系统利用了现有的和摊销的基础设施，但系统内光学的采用将需要对制造基础设施进行广泛的改变和投资。长期的、广泛的光网络采用是有意义的，但21世纪20年代可能不是十年。
微型Twinax电缆拯救?
目前基于pcb的系统架构提供有限的性能和有限的迹线长度。基于光学的系统架构在短期内是不可行的。作为一种替代方案，微型双线电缆通过在pcb上布线而不是通过pcb，提供了更低的损耗、更长的覆盖范围和系统灵活性。
我们的团队研究了传输介质对信号插入损耗(IL)的影响。图2说明了低倾斜、微型双绞电缆与传统PCB层压板材料的差异。在本案例研究中，在28 GHz的奈奎斯特频率(112 Gbps PAM4/56 Gbps NRZ)下，与MEGTRON6和MEGTRON7相比，低斜双轴电缆提高了IL性能。在56 GHz的奈奎斯特频率(超出图表)时，差异甚至更大，提供了通往224 Gbps PAM4系统性能的路径。
图2传输介质对信号插入损耗的影响;该图显示了低倾斜、微型双绞电缆与传统PCB层压板材料之间的差异。
除了性能外，低斜微双绞电缆还提供了系统架构的灵活性。电缆组件的两端可以以任意数量的方式连接。这种方法提供了跨数据中心的创新架构。例如，当前的可插拔多源协议(MSA)基础设施使用直接连接电缆(DAC)实现机箱到机箱或机架到机架的连接。然而，下一代msa，如QSFP-DD800，认识到从前面板到ASIC的微双线电缆路由信号的重要性。
收敛到224 Gbps PAM4
微型双线电缆技术可实现112 Gbps PAM4数据速率。连接微型双轴电缆组件连接到pcb和系统专用集成电路。一致、可靠的224 Gbps PAM4性能要求从信号通道中消除尽可能多的损耗。是否有其他有损信号通道组件可以被移除?
目前的系统ASIC设计支持112 Gbps的256车道/512动态路径(DP)，提供25.6 TB的总数据吞吐量，而下一代ASIC设计将其翻番。从较大的ASIC包中路由数百个DPs和BGA突发是SI工程师和PCB设计师的噩梦。由于需要坚固的接地方案，隔离问题也成为挑战之一。ASIC封装和BGA突破仍然是信号路径中损耗的关键来源。
微型双轴电缆组件或光纤可以直接连接到ASIC基板?这种方法将有助于消除与包装和爆裂有关的损失。但是，必须发展和集成几种不同的技术才能实现所需的信道性能。
将微型双轴电缆组件或光纤连接到基板上需要灵活的互连设计。理想情况下，在同一机械连接系统中启用铜和光学终端将简化设计。可靠性特性，如连接器锁存器，将提高整体的坚固性。
在包中集成连接器也带来了挑战。高速互连设计和先进的集成电路封装和组装协作是必须的。任何解决方案也必须足够小，不会干扰任何热缓解技术，如散热器、热界面材料(TIM)或液体冷却。
就像瑞士军刀一样，微型双轴电缆的汇聚、ASIC设计、互连、先进的IC封装和其他技术提供了答案。Samtec的Si-Fly 112 Gbps PAM4 Low-Profile高密度电缆系统(见图3)等产品将高速信号直接连接到硅封装上。这消除了信号失真逃避BGA和路由信号从IC包通过长电缆。结合超高密度设计，该产品可实现25.6 TB的聚合数据速率和51.2 TB的路径。
图3 Samtec的Si-Fly等产品提供直接连接IC封装。
性能如何?当在112 Gbps PAM4和IEEE 802.3ck允许损耗下测量时，铜双轴Si-Fly显示出22英寸的延伸范围，而MEGTRON7 PCB的延伸范围为4.5英寸。该系统被设计为支持未来的光连接。
直接连接到封装提供了一条通往224 Gbps PAM4性能的路径。在减少损失的情况下，可以在覆盖范围或性能上进行权衡。收敛是224 Gbps PAM4系统设计的关键，而224 Gbps PAM4解决方案只需要一个硅设计。
