為何需要PCB板級光學互連技術？

隨著5G、云計算、虛擬現(xiàn)實、高清視頻等寬帶業(yè)務的發(fā)展，互聯(lián)網數據流量呈指數增長，數據中心處于高速發(fā)展建設時期。大容量的數據交換業(yè)務要求數據中心服務器之間的互連具有大帶寬、低延時、高密度和低功耗的特點。與此同時，高性能計算的發(fā)展對大規(guī)模集成電路芯片之間的互連帶寬也提出了更高需求，電互連已無法滿足需求，光互連技術脫穎而出。

電互連瓶頸

數據處理速率不斷升高，傳統(tǒng)的電互連已無法滿足數據處理的可靠性要求。由于金屬互連線在高速率信號處理過程中會產生趨膚效應、寄生效應和介質損耗等問題，造成信號的延遲、衰減和串擾，導致金屬互連線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，很難實現(xiàn)板級互連的距離要求（cm～m量級），并引起系統(tǒng)的能耗上升。與此同時，印制電路板（PCB）中電互連技術復雜度的提高也導致成本進一步地增加。ITRS指出未來的電子系統(tǒng)將會由芯片之間的互連所限制。因此，板級互連技術已成為限制數據中心及高性能計算機性能進一步提升的瓶頸。

光互連優(yōu)勢

通信領域已進入Tbps時代，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、時延低、功耗小、集成密度高和抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，被認為是取代電互連的下一代高性能互連技術。從2010年以來，板級光互連技術受到世界各界政府、公司和學術界的重視，紛紛投入資源進行研究，為在下一輪技術競爭中占據有利地位。

表1：光互連VS電互連

板級光學互連發(fā)展

板級光學互連通常指的是互連距離在cm–m級別的光互連技術，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型。

圖表2：光互連的發(fā)展趨勢

應用場景

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

數據中心（DC）

大型數據中心的逐年增加，使得傳統(tǒng)的板級電互連技術難以在帶寬、設備開銷、能耗、管理復雜度等方面同時滿足數據中心的應用需求，板級光學互連技術以其低能耗、低開銷、高帶寬等特點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是計算機技術乃至整個信息技術發(fā)展的制高點，在高性能并行計算機中，高速互連網絡是其重要的組成部分，是系統(tǒng)整體性能受制約的關鍵因素，直接影響系統(tǒng)的可擴展性。光互連作為一種新的互連技術，在信息高速傳送和處理時具有光功率損耗小、抗電磁干擾等優(yōu)點，在信息高速處理的系統(tǒng)中用光互連替代電互連，已成為共識。

消費類電子市場

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

此外，板級光學互連技術在航天領域中也有應用。

機柜和系統(tǒng)級的光通信互連產品已商業(yè)化，隨著GPU等高性能芯片的吞吐逐漸增加，電互連方案的帶寬、插損等瓶頸會逐漸凸顯，光互連可能會逐漸走向產業(yè)化的舞臺。

——資料來源：中國通信標準化協(xié)會

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