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  4. 112Gbps PAM4向けI-PEXのエンタープライズソリューション (2022/03/18)

I-PEX Enterprise Solutions for 112 Gbps PAM4 (2022/Mar/18)

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開発背景

近年、エンタープライズ市場においてサーバーやスィッチ等、電気通信のインフラストラクチャの伝送の高速化が益々、進んでいます。
課題として、従来の基板配線では挿入損失が大きく、伝送距離に制約があります。
また、Co-Packageシステムでは、高密度実装化の課題があり、それらの課題を解決する為に高速Twinaxケ－ブルを使用したLEAPWIRE® / DUALINE®シリーズ 112Gbps PAM4やMEZZTRACK™シリーズ基板対基板接続用 112G PAM4に対応する製品開発をスタートしました。用途としては機器内部のチップ間の伝送やI/Oコネクタへの接続に対応します。

  • LEAPWIRE®は、高速伝送ジャンパーソリューションの名称、DUALINE® シリーズはコネクタの名称となります。
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課題

従来では、図1の様に基板伝送のパターンでは、挿入損失が大きいことが課題となっています。
また、図2の一般的なジャンパーハーネスでは、コネクタサイズが大きい為、ヒートシンクから離れた位置でのコネクタの配置となり、且つI/Oコネクタへは基板を介しての接続の為、伝送ロスが大きくなります。
弊社提案の図3では、コネクタ高さが低いデザインとなっていてASICにより近い、ヒートシンク下への配置が可能で且つ、I/Oコネクタへダイレクトな接続も可能な為、伝送ロスの削減に寄与します。
また製品サイズが小さい為、エアフロー対策に寄与します。

(図1) 基板間伝送

03_pcb-trace_0.png

 

(図2) ジャンパーハーネス伝送

04_jumper-harness_0.png


(図3) I-PEX LEAPWIRE®(DUALINE®195-HB) ジャンパーハーネス伝送

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Image of connectors under heat sink
QSFP-DD-to-DUALINE-195-HB-harness-assembly
QSFP-DD to DUALINE®195-HB harness assembly


PCB vs I-PEX LEAPWIRE™ (Twinaxケーブル)の伝送距離比較

I-PEX LEAPWIRE™ (Twinaxケーブル)は、PCBより28GHz帯域において約10.3倍の伝送が可能です。

08_PCB-VS-I-PEX-LEAPWIRE_0.png

Co-Package化の動向

Co-Packageとは、帯域幅と消費電力の課題に対応することを目的にし、ICと共に電子部品を単一パッケージ基板上に纏める高度な混載実装技術です。次のステップでは、光学系と電子スイッチングを単一パッケージ基板上に纏めることが想定されています。この技術によって消費電力と熱影響を低減すると同時に、フットプリントを削減することが、高速ネットワークの効率的なサポートの課題となっています。 また故障時にPackage自体を交換可能なシステムとなっていて設計デザインの自由度を高めます。上述した通り、伝送の高速化や効率化、また実装の高密度化が課題となっていて製品サイズが小さく、且つ高速伝送が可能なジャンパーソリューションが求められています。
 

Co-Package
Co-Package usage image

上記、課題解決の為、これより３つの製品について紹介します。
 

  • DUALINE® 195-HB
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製品特徴

  • 伝送速度112Gbps PAM4に対応
    シグナルインテグリティー性能に優れるTwinax ケーブルを採用
     
  • 低背デザイン H=3.0 mm
    伝送ロスを低減させる為、CPUにより近いヒートシンクの下に配置を可能にした製品高さを実現
     
  • 低背デザイン、小スペース　H=3.0 mm、D=11.0 mm、W=40.0 mm
    製品サイズが小さい為、機器内のエアフロー対策に寄与
     
  • 嵌合外れを防止するメカニカルロック付き
     

製品仕様

Mating type Horizontal
Pitch 1.95 mm (Differential pair) *0.4 mm (Signal Contacts)
Pin count 32 pin (16 Differential pair)
Height 3.0 mm
Depth 11.0 mm
Width 40.0 mm
Cable Twinax Cable AWG #32
Operating temperature -40 ℃ ~ 105 ℃

 

DUALINE® 110-VB-M

 

12_DUALINE-110-VB-M.png

製品特徴

  • 伝送速度112Gbps PAMに対応
    シグナルインテグリティー性能に優れるTwinaxケーブルを採用
     
  • Co-Packageシステムに対応。高密度実装化に対応する小スペース製品　
    H=2.45 mm、D=13.14 mm、W=19.9 mm
    多ピン配列、64pair (16 Differential pair×4列)
Co-Package


 

製品特徴

Mating type Vertical
Pitch 1.10 mm (Differential pair) * 0.35 mm (Signal Contacts)
Pin count 64 pair (16 Differential pair x 4)
Height 2.77 mm
Depth 13.41 mm
Width 19.9 mm
Cable Twinax cable AWG #32, 34
Operating temperature -40 ℃ ~ 85 ℃


 

MEZZTRACK™（高速基板間接続用）

Mezzanine Connectors

製品特徴

  • 伝送速度112Gbps PAM4に対応
     
  • Co-Package opticsシステムに対応。高密度実装化に対応する製品
    H=1.5 mm、D=14.9 mm、W=13.6 mm
    多ピン配列、16pair (Differential pair 4×4列)+40pin(Low-speed signal)
14_Built-in-Board-to-Board-connector_0.png15_Co-Package-usage-image.png

 

製品仕様

Mating type Vertical
Pitch 2.30 mm (Differential pair) * 0.60 mm (Signal Contacts)
Pin count 16 pair (Differential pair 4 x 4) + 40 pin (Low-speed signal)
Height 1.5 mm
Depth 14.9 mm
Width 13.6 mm
Operating temperature -40 ℃ ~ 105 ℃

 

DUALINE®195-HB伝送特性データ (参考)

(測定条件)
・ケーブル： Twinax cable、AWG #32, Diff 92ohm
・ケーブル長： 300 mm
・コネクタ両端付き

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(測定結果)

16_Insertion-Return-Near-Far.png


 

その他

現在、試作中の段階です。製品仕様変更の可能性がございますので、予めご了承下さい。
サンプル供給については、弊社までお問合せ下さい。
 

 

 

 

Enterprise Solutions for 112 Gbps PAM4 Applications

Check out I-PEX Enterprise Solutions for 112 Gbps PAM4 Applications. LEAPWIRE® (Twinax Cable), DUALINE® 195-HB, DUALINE® 110-VB-M, and MEZZTRACK™ (Optics or other mezzanine applications) are introduced in this video.
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Server Design / Solutions for Enterprise Computing

I-PEX connectors solutions for enterprise computing applications.
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I-PEX Enterprise Solutions

I-PEX has developed LEAPWIRE®/DUALINE® series 112 Gbps PAM4 using high-speed Twinax Cables and MEZZTRACK™ 112 Gbps PAM4 board-to-board connection to solve high-density packaging problems.
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I-PEX Enterprise Solutions for 112 Gbps PAM4 (2022/Mar/18)

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