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

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개발 배경

최근, 엔터프라이즈 시장에서 서버나 스위치 등의 전기 통신 인프라스트럭처의 전송 고속화가 점점 더 진행되고 있습니다.
과제로서, 기존의 기판 배선에서는 삽입 손실이 크고, 전송 거리에 제약이 있었습니다.
또한, Co-Package 시스템에서는, 고밀도의 실장화 과제가 있으며, 이러한 과제를 해결하기 위해 고속 Twinax 케이블을 사용한 LEAPWIRE® / DUALINE® 시리즈 112Gbps PAM4나 MEZZTRACK™ series 기판 대 기판 접속용 112G PAM4에 대응하는 제품 개발을 시작 하였습니다. 용도는 기기 내부의 칩 간 전송이나 I/O 커넥터로의 접속에 대응합니다.

  • LEAPWIRE®는, 고속 전송 점퍼 솔루션의 명칭, DUALINE®시리즈는 커넥터의 명칭입니다.
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과제

기존에는, 그림 1과 같이 기판 전송 패턴에서는, 삽입 손실이 큰 것이 과제였습니다.
또한, 그림 2의 일반적인 점퍼 하네스에서는, 커넥터 사이즈가 크기 때문에 히트 싱크에서 떨어진 위치에서의 커넥터가 배치되고, 한편 I/O 커넥터로는 기판을 매개로 접속하기 때문에, 전송 로스가 커집니다.
폐사 제안의 그림 3에서는, 커넥터 높이가 낮은 디자인으로 되어 있어 ASIC에 보다 가까운, 히트 싱크 아래로의 배치가 가능하면서도, I/O 커넥터에 다이렉트로 접속하는 것도 가능하기 때문에, 전송 로스 절감에 도움이 됩니다.
또한 제품 크기가 작기 때문에, 에어 플로우 대책에도 기여합니다.

(그림 1) 기판 간 전송

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(그림 2) 점퍼 하네스 전송

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 (그림 3) I-PEX LEAPWIRE®(DUALINE®195-HB) 점퍼 하네스 전송

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히트 싱크 아래에 배치된 커넥터 이미지
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QSFP-DD to DUALINE®195-HB 하네스 어셈블리

PCB vs I-PEX LEAPWIRE™ (Twinax케이블)의 전송 거리 비교

I-PEX LEAPWIRE™ (Twinax케이블)은, PCB보다 28GHz 대역에서, 약 10.3배의 전송이 가능합니다.

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Co-Package 화의 동향에 대해

Co-Package는, 대역폭과 소비 전력에 대한 과제에 대응하는 것을 목적으로 하며, IC와 함께 전자 부품을 단일 패키지 기판 상에 통합할 수 있는 고도의 혼재 실장 기술입니다. 미래에는, 광학계와 전자 스위칭을 단일 패키지 기판 상에서 통합하는 것이 예상되고 있습니다. 이 기술에 의해서 소비 전력과 열영향을 감소시키는 것과 동시에, 풋 프린트를 삭감하는 것이, 고속 네트워크의 효율적인 서포트에 대한 과제가 되고 있습니다. 또한 고장 시 Package 자체를 교환 가능한 시스템으로 되어 있어, 설계 디자인의 자유도를 높입니다. 위에서 설명한 바와 같이, 전송의 고속화나 효율화, 또한 실장의 고밀도화가 과제가 되고 있어, 제품 크기가 작으며 고속 전송이 가능한 점퍼 솔루션 기술이 요구되고 있습니다.

Co-Package
Co-Package 사용 이미지

상기와 같은 과제 해결을 위해, 앞으로 3가지 제품에 대해 소개하겠습니다.

  • DUALINE® 195-HB
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제품 특징

  • 고속 전송 112Gbps PAM4에 대응
    시그널 인테그리티 성능이 뛰어난 Twinax 케이블을 적용
     
  • 저배 디자인 H=3.0mm
    전송 손실을 낮추기 위해, CPU에 보다 가까운 히트 싱크 아래에 배치할 수 있도록 한 제품 높이를 실현
     
  • 저배 디자인, 좁은 공간에 배치 가능한 사이즈 H=3.0 mm, D=11.0 mm, W=40.0 mm
    제품 크기가 작아, 기기 내 에어 플로우 대책에 도움
     
  • 결합 분리를 방지하는 메카니컬 잠금 장치 포함
     

제품 사양

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
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제품 특징

  • 고속 전송 112Gbps PAM에 대응
    시그널 인테그리티 성능이 뛰어난 Twinax 케이블을 적용
     
  • Co-Package 시스템에 대응. 고밀도 실장화에 대응하는 작은 제품 사이즈
    다Pin 배열, 64pin (16 디퍼런셜 페어×4열)
Co-Package
Co-Package 사용 이미지

제품 사양

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™ (광학 또는 기타 메자닌 애플리케이션)

Mezzanine Connectors

제품 특징

  • 고속 전송 112Gbps PAM4에 대응
     
  • Co-Package 광학 시스템에 대응. 고밀도 실장화에 대응하는 제품
    H=1.5 mm, D=14.9 mm, W=13.6 mm
    다Pin 배열, 16pin(디퍼런셜 페어 4x4열)+40pin(저속 시그널)
     
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제품 사양

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 전송 특성 데이터(참고)

측정 조건
・    케이블: Twinax cable, AWG #32, Diff 92ohm
・    케이블 길이: 300 mm
・    커넥터 양단 부착

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측정 결과

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기타

현재, 시작 샘플 단계입니다. 제품 사양 변경의 가능성이 있는 점 양해 부탁 드립니다.
샘플 제공에 대해서는, 폐사로 문의 부탁 드립니다.

 

 

 

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)

In recent years, infrastructure telecommunication, such as servers and switches, have become increasingly faster in the enterprise market. The challenge is that conventional PCB trace transmission have large insertion losses with limited transmission distance.  A co-package system also faces the challenge of high-density packaging. I-PEX has begun development of our new LEAPWIRE®/DUALINE® series 112 Gbps PAM4 using high-speed Twinax Cables and MEZZTRACK™ 112Gbps PAM4 board-to-board connection to solve these problems.
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Server Design Is Getting Complicated

Like never before, today’s computing environment requires an increasing complexity of enterprise-level equipment. As data rates rise, complexity issues are exacerbated by the performance limits being encountered in standard-build materials. Faster data rates require faster rise times, which incur more loss in high-speed signals. While higher performance laminate materials can be used to compensate, the results may not be enough and can involve a significant cost.
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