為何需要PCB板級光學(xué)互連技術(shù)？

隨著(zhù)5G、云計算、虛擬現實(shí)、高清視頻等寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)數據流量呈指數增長(cháng)，數據中心處于高速發(fā)展建設時(shí)期。大容量的數據交換業(yè)務(wù)要求數據中心服務(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)，高性能計算的發(fā)展對大規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(wú)法滿(mǎn)足需求，光互連技術(shù)脫穎而出。

電互連瓶頸

數據處理速率不斷升高，傳統的電互連已無(wú)法滿(mǎn)足數據處理的可靠性要求。由于金屬互連線(xiàn)在高速率信號處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生趨膚效應、寄生效應和介質(zhì)損耗等問(wèn)題，造成信號的延遲、衰減和串擾，導致金屬互連線(xiàn)的數據處理速率受到限制，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傳輸距離，很難實(shí)現板級互連的距離要求（cm～m量級），并引起系統的能耗上升。與此同時(shí)，印制電路板（PCB）中電互連技術(shù)復雜度的提高也導致成本進(jìn)一步地增加。ITRS指出未來(lái)的電子系統將會(huì )由芯片之間的互連所限制。因此，板級互連技術(shù)已成為限制數據中心及高性能計算機性能進(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。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等優(yōu)點(diǎn)，被認為是取代電互連的下一代高性能互連技術(shù)。從2010年以來(lái)，板級光互連技術(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)競爭中占據有利地位。

表1：光互連VS電互連

板級光學(xué)互連發(fā)展

板級光學(xué)互連通常指的是互連距離在cm–m級別的光互連技術(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(lèi)型。

圖表2：光互連的發(fā)展趨勢

應用場(chǎng)景

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

數據中心（DC）

大型數據中心的逐年增加，使得傳統的板級電互連技術(shù)難以在帶寬、設備開(kāi)銷(xiāo)、能耗、管理復雜度等方面同時(shí)滿(mǎn)足數據中心的應用需求，板級光學(xué)互連技術(shù)以其低能耗、低開(kāi)銷(xiāo)、高帶寬等特點(diǎn)則非常適配數據中心。

高性能計算機（HPC）

高性能并行計算機及并行核心路由器技術(shù)是計算機技術(shù)乃至整個(gè)信息技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)，在高性能并行計算機中，高速互連網(wǎng)絡(luò )是其重要的組成部分，是系統整體性能受制約的關(guān)鍵因素，直接影響系統的可擴展性。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中用光互連替代電互連，已成為共識。

消費類(lèi)電子市場(chǎng)

隨著(zhù) 5G、4K/8K高清視頻概念、VR等先進(jìn)技術(shù)的興起，人們對數據傳輸量的需求越來(lái)越大，對數據傳輸速率要求越來(lái)越快。板級光學(xué)互連在帶寬、時(shí)延等方面的優(yōu)勢，使其在消費類(lèi)電子市場(chǎng)中的應用也呈現必然趨勢。

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

機柜和系統級的光通信互連產(chǎn)品已商業(yè)化，隨著(zhù)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。

——資料來(lái)源：中國通信標準化協(xié)會(huì )

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