Altera在FPGA上導入光傳輸

　　LSI接口終于要實現(xiàn)“光纖”化了。美國阿爾特拉(Altera)公布了在FPGA中導入光纖接口的計劃。預定在2011年內(nèi)采用試制芯片進行演示，2012年以后產(chǎn)品化。產(chǎn)品主要面向高清視頻傳輸、云計算、三維游戲以及高性能視頻監(jiān)控等用途。在這些產(chǎn)品中，除了主板上的LSI間布線外，還可廣泛地用于機殼內(nèi)布線等用途。

　　美國英特爾等也正在探索LSI傳輸?shù)墓饫w化。英特爾很早就在推進開發(fā)通過光信號來交換數(shù)據(jù)的技術“Light Peak”。不過，在該公司于2011年2月發(fā)布的最大數(shù)據(jù)傳輸速度為10Gbit/秒的高速接口“Thunderbolt”中，卻采用了原來的電信號而非光纖傳輸。雖然預計英特爾最終也會在Thunderbolt中導入光布線，不過阿爾特拉率先實現(xiàn)光纖化的可能性增高。

　　從“對癥療法”到“根治療法”

　　美國阿爾特拉迅速決定向LSI導入光纖接口的原因是，該公司強烈希望打破高速化的極限。據(jù)該公司介紹，在傳輸距離為40cm左右的背板連接方面，利用老式電布線的FPGA的高速化已經(jīng)面臨極限。因為隨著信號高速化的發(fā)展，電布線部分產(chǎn)生的損耗越來越大。

　　在傳統(tǒng)的電布線中，隨著高速化的實現(xiàn)，傳輸損耗越來越大。為了彌補因傳輸損耗產(chǎn)生的信號劣化，美國阿爾特拉采取了在LSI中配備均衡器等有源電路的對策。隨著頻率的提高，該對策越來越難以實施。

　　目前已經(jīng)供貨的高性能FPGA產(chǎn)品中，配備了速度為每通道28Gbit/秒的接口。日本阿爾特拉表示，“如果將速度為每通道28Gbit/秒的信號直接發(fā)送出去，那么接收端的波形大部分會失真。因此，目前的應對措施是在FPGA中嵌入在發(fā)送端預先對波形進行強化然后再傳輸?shù)?lsquo;預加權 (Preemphasis)’、以及在接收端調(diào)整波形的‘均衡器’等復雜電路。不過，就算利用這些方法，也難以實現(xiàn)超過28Gbit/秒的高速化。所以我們決定通過光纖傳輸來打破這個極限”。

　　也就是說，美國阿爾特拉選擇了迅速導入光布線的“根治療法”，而不是費力延長電布線壽命的“對癥療法”。由此，在實現(xiàn)總數(shù)據(jù)傳輸速度為 100Gbit/秒的LSI間接口時，原來需要使用4通道每通道速度為25Gbit/秒的電布線，而在光布線中卻只需一根速度為100Gbit/秒的光纖線纜即可。

　　導入光布線后，可以獲得除高速化之外的許多好處。據(jù)美國阿爾特拉介紹，在數(shù)據(jù)中心等要求具備出色運算性能的用途中，向LSI中導入光纖接口后，與采用傳統(tǒng)的電布線相比可將耗電量削減70～80%，同時還可以大幅提高接口密度和帶寬。

　　在通信基礎設施和廣播電視設備等背板用途中，也無需使用高價位板卡材料和連接器，使用光布線可在迅速提高帶寬的同時，還可以避免出現(xiàn)因使用電布線而產(chǎn)生的信號完整性(Signal Integrity)問題。

　　將光纜直接連接到封裝上

　　對于決定向FPGA導入光布線的美國阿爾特拉來說，最大的課題是低成本化。原因是如果不能將設備廠商所負擔的系統(tǒng)成本，降至與電布線同等以下的水平，那么就沒有把握實現(xiàn)普及。

　　美國阿爾特拉的系統(tǒng)成本降低措施之一是FPGA封裝和光布線之間的連接方法。具體而言，是經(jīng)由連接器直接將光纖線纜連接到半導體封裝上。此時不會使所有布線均實現(xiàn)光纖化，只有需要超高速傳輸?shù)牟季€部分才采用光纖傳輸，其余的信號等仍采用傳統(tǒng)的電布線進行傳輸。

　　采用這種方法的原因是主板中無需使用特殊的印刷基板和材料。阿爾特拉(日本)表示，“如果想利用印刷基板布線來封裝光纖傳輸，就需要大幅改變傳統(tǒng)電布線使用的基板構(gòu)造，或采用特殊的基板材料。而我們的方法只有光纖接口部分采用光纖線纜進行傳輸，因此不存在這種擔心，可將成本抑制在最小限度”。

　　美國阿爾特拉今后將會在業(yè)界廣泛倡導LSI用光布線。原因是要想大力發(fā)展配備光纖接口的FPGA，就必須切實準備好連接器等支持部件。阿爾特拉(日本)表示，“我們已經(jīng)開始與連接器廠商等就光布線進行業(yè)務合作”。

　　針對記者提出的、FPGA封裝內(nèi)部配備的光電轉(zhuǎn)換電路是由美國阿爾特拉自己開發(fā)、與其他公司共同開發(fā)，還是由其他公司提供技術的提問，阿爾特拉(日本)表示“現(xiàn)在不便透露”。