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SerDes For Chiplets

关键目标是在极短的距离上实现低功耗和高带宽。

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OIF宣布的XSR 56G和112G互操作性协议(IAs)旨在覆盖由一对不超过50mm的信道组成的信道。XSR SerDes的主要定义应用是将芯片连接到“附近的”光学引擎。由于对这些信道的要求远不如对长距离信道的要求严格,XSR SerDes的功率预计比长距离SerDes低。

在谈论XSR SerDes时,有两个方面经常被混淆。一方面,XSR SerDes将两个芯片连接在由IAs定义的通道上(根据损耗和其他电气特性)。另一方面,XSR SerDes被视为纯粹的应用程序,即连接芯片到附近的光学引擎。随着业界关注在共享包中连接的芯片上实现应用程序的更通用方法,将XSR SerDes的这两个方面分开是很重要的。

由于XSR的主要应用是将芯片连接到光学引擎,因此假定XSR SerDes传输的流量受到端到端系统FEC的保护。FEC的设计目的是防止原始误码率(BER)为1E-5,甚至可能高达1E-4。因此,在这样的应用程序中使用的XSR serde只被假定具有比1E-5好几个数量级的误码率。这在CEI-56G-XSR的PAM-4信号的OIF标准化中是非常偶然的,因为PAM-4信号在不使用大量的前向纠错(FEC)技术的情况下,难以提供1E-9的误码率,这反过来又会导致更高的功耗和延迟。当达到112G时,情况甚至更糟,因为PAM-4天生容易受到以更高速率为主的反射的影响。误码率规定可能会进一步放宽至1E-6,甚至1E-5。

因此,OIF授权的XSR SerDes只能解决一个问题——使用端到端FEC进行隧道传输,该FEC能够从1E-5到1E-4的原始误码率恢复。这是否解决了连接到附近的光子引擎的问题?是的,但前提是忽略其他重要的实现方面,如功率、延迟等。它是否解决了连接由XSR SerDes指定的通道分隔的任何两个芯片的更普遍的问题?不。大多数此类应用都不假设端到端FEC,并且它们不要求比特的误码率远低于1E-15,比如1E-20或更低。PAM-4 XSR SerDes将无法提供这样的性能。

让我们来看看Glasswing的链接。当前版本的Glasswing是为USR链接构建的,即共享包中的链接,如多芯片模块。然而,通过稍微改变IP,它可以被设计成在XSR所针对的相同通道上工作,并且将具有与USR版本相同的特性,即非常低的功耗、非常高的带宽和出色的信号完整性。Glasswing的XSR版本将解决两个芯片之间的任何互连问题,因为Glasswing在这一代提供的比特误码率最多为1E-15,而在未来几代则下降到1E-20。

与XSR SerDes相比,Glasswing可以通过一个ip提供大量带宽——当前版本提供500gbps双向流量,正在开发中的下一代将使带宽翻倍。56G XSR SerDes可以传输56 Gbps, 112G XSR SerDes可以传输112 Gbps。因此XSR带宽约为Glasswing的12.5%。这有利有弊。这很好,因为对于光学引擎的连接,每个XSR通道可能都必须采用不同的时钟。XSR的“细管”结构,即一次只交付一个通道,允许跨通道的异构时钟。然而,当前版本的Glasswing以相同的方式对所有比特进行计时,以降低功耗。因此,Glasswing是一个“胖管道”,提供了一个时钟相同的巨大带宽。

这并非巧合。玻璃翼设计用于传输大量的比特与令人印象深刻的低功率。那么,如何在XSR SerDes的设置中使用它呢?解决方案是一个薄的多通道物理介质附件(PMA)层,该层将传入的比特框起来,并通过在出口上使用基于芯片的时钟生成和在入口上使用数字锁相环,将它们发送到光学引擎和从光学引擎发送出去。这一层将在光学引擎内部实现,与VSR (C2M)模块SerDes位于同一位置。

一个重要的方面是所提议的解决方案的威力。Glasswing的功耗大约是商用级XSR解决方案的30%到40%。这种实力优势有多种原因。有些与设计有关。然而,在大多数情况下,这是由于更好的信号完整性。

那么,哪个更好呢?答案取决于应用程序和相关的功率限制。XSR SerDes较差的误码率(BER)性能使其不适合于共享包内、甚至短距离包之间的许多异构集成芯片的不同应用。当连接到附近的光学引擎时,XSR SerDes可以很好地完成工作,但Glasswing可以在三分之一或更少的功率下完成工作。市场上用于封装或近封装使用的光学引擎几乎都是多通道的,因此拥有一个包含Glasswing的单一较大设备非常适合这种应用。



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