פתח את רוחב הפס!

בעוד שכולם מסכימים שאחד הצרכים הלוחצים ביותר בתחום הטכנולוגיה הוא “איך אנחנו ניגשים לקצבי העברת הנתונים המהירים של הדור הבא?”, ישנן דעות שונות על כיצד לבצע זאת. יש אפילו דעות שונות על המקום בו אנחנו נמצאים כעת בתהליך זה. חברות אחדות טוענות שהן נלחמות רק כיצד להגיע למוצרים בעלי
28Gbps, אחרות אומרות שהן מרגישות נוח עם פתרונות הטכנולוגיה של 28Gbps, בעוד אחרות טוענות שהן השאירו את ה-Gbps באבק והן מזרימות (נתונים) ב-56Gbps. בעוד יתכן שאין הזדהות מדויקת הודות היכן אנחנו נמצאים בתור עמדת תעשיית החומרה ביחס לקצבי העברת נתונים מהירים, ישנם מספר נתונים.
הנתון הראשון הוא שאף אם אנחנו משיגים בהצלחה מידע אודות קצב העברת נתונים של 28Gbps, בתור תעשייה עלינו להסכים שאף עם החומרים הטובים ביותר הקיימים כיום אנחנו יכולים רק בקושי להגיע ל-56Gbps, שהיא הרמה הבאה על סולם קצב העברת הנתונים. למען השכלתי הפרטית, בניתי עקומות הפסד השילוב עבור לוח אחורי אופייני עם חומרים שונים, כולל PTFE (), שהוא בערך החומר הטוב ביותר שאנחנו יכולים לקוות להשתמש בו במעגלים מודפסים (איור 1). אולם, בגלל מחירו של ה-PTFE הוא איננו פיתרון סביר הן עבור העידן הקרוב והן הרחוק של הדורות הבאים של חומרה מסחרית. המציאות היא שאנחנו צעדנו דרך ארוכה מהלמינטים FR-4 עד להיכן שאנחנו נמצאים כיום עם חומרים הרבה יותר מתוחכמים כגון הלמינט Tachyon 100G של Isola.  חומרים כגון ה-Tachyon 100G הובילו אותנו לעת עתה עד 28Gbps ויובילו אותנו כנראה עד 56Gbps עבור מערכות קצרות- ובינוניות-טווח. אולם לאחר מכן, נגיע לגבול בו אנחנו יכולים לצפות בצורה הגיונית לספק מוצרים הדורשים אף קצבי העברת מידע מהירים יותר. הנתון השני הוא שאנחנו לא יכולים להגדיל רוחב-פס ללא אופטיקה. למרות שלמערכות אופטיות יש רוחב-פס קרוב לבלתי-מוגבל, פעולה זו היא קשה לביצוע, ואף בלתי-אפשרית, להציב את מספר החיבורים האופטיים הדרושים בכרטיס של מעגל מודפס כדי להחליף את רוחב-הפס הכולל שעקבות הנחושת מסוגלות לעמוד בו. פוטוניקה של סיליקון מוטבע עשויה להיות התשובה לקראת העתיד, אולם עם פוטוניקה של סיליקון הכל חשוב – החומרים, הדרך בה המהנדסים מתכננים כרטיסים והדרך בה מיוצרים כרטיסים אלה. תוך כ-20 שנה, אני חושב שיהיו לנו כרטיסי מעגלים מודפסים מפוטונקיה של סיליקון, אך כנראה לא הרבה יותר מוקדם מכך. וכמו שצוין לעיל, המעבר לפוטוניקה של סיליקון איננו תהליך קל – הכל יצטרך להשתנות. מה שיש לנו בתור תעשייה כעת, הוא תשתית של מעגל מודפס ששילמנו עבורו – כל המכונות, כל הציוד, כל החומרים וכל הייצוריות. כרטיסי מעגלים מודפסים עם נחושת הם באמת, באמת, זולים. אופטיקה עכשווית איננה כזו.  הנתון השלישי הוא שאנחנו זקוקים לטכנולוגיית גשר שתאפשר לנו להתקדם מפתרונות המעגל המודפס של כיום אל מוצרי הפוטוניקה של סיליקון העתידיים. גשר זה הוא בעצם די פשוט לבנייה ומשתמש בטכנולוגיה שכבר קיימת – כבלי נחושת. ב-Samtec, יש לנו מפעל ייצור כבלים עצמאי בבית, ואנחנו יכולים לייצר כבלי twinax ומיקרו-קואקס מאוד, מאוד קטנים, דקים וגמישים. רוחב-הפס שניתן להשיג עם כבלים אלה הוא בהפרש של סדר גודל לעומת מה שאפשרי עם טכנולוגיית המעגלים המודפסים השוטפת. אם מבחינים בעקומות הביצועים עבור הפסד בחומרי מעגל מודפס שונים (איור 2), בקצה העליון קו כמעט שטוח מציג את מה שניתן להשיג עם פוטוניקה של סיליקון וטכנולוגיית גלבו אופטית.  באופטיקה, אין עקומה, וההפסד הוא מאוד קטן. הכבל מונח בחלק העליון. אפילו הכבל הדק ביותר שאנשים היו מתעלמים ממנו לפני מספר שנים מספק סדר גודל יותר טוב בקצבי העברת מידע לעומת חומרי הלמינטים הטובים שבטובים המשמשים כיום.  ובשעה שסדר גודל עשוי לשמש תאור טכנולוגי מעורפל קמעה, מה שהוא מציג הוא שלושה דורות של ציוד תקשורת. דרישת התכנון התקנית עבור ציוד בדרגה מקצועית, כגון זה המושג מ-Cisco או Juniper, דורש שידרוג מתמיד של 10-15 שנים ועובר דרך שלושה דורות של גידול רוחב-הפס. אנחנו יכולים לטפל בצורך זה בעזרת טכנולוגיית המעגלים המודפסים שיש לנו כעת ויכולים גם להשיג את הדור הבא לאחר מכן. לזמן ארוך, אנחנו ניתקע בקיר, כך שעלינו למצוא פיתרון ביניים (גשר). כאשר אנשים חושבים על כבלים, הם חוזים את המחברים הגדולים המשמשים בלוחות האחוריים של היום. ב-Samtec, הוכחנו שב-5-10 השנים הבאות, אנחנו יכולים לעבור לכבלי נחושת בלוחות האחוריים וכרטיסי מעגלים מודפסים המוטבעים בתוך הכרטיסים עצמם. בסופו של דבר, מה שאנחנו מחפשים זה להחליף עקבות מעגל מודפס בכבלים. יש לציין במיוחד, שכאשר אנחנו משתמשים בכבלי נחושת במעגלים מודפסים במקום עקבות, כללי התכנון הם קלים. כל מה שאנחנו צריכים להביא בחשבון הוא כשל התכנון (skew) של הכבל (בניגוד לכשל הנובע מאריגת הזכוכית במעגלים מודפסים). וכמו כן קיים המחבר בין הכרטיס לכבל. כל זה ניתן להבין בנקל. אם אנחנו נמצאים באזור תכנון בו הדברים מתנהגים יפה, מוגבלים בחומר או מוגבלים בכבל, הפיתרון הוא פשוט כמה אינטשים של כבל אנחנו צריכים ומהו קוטר המוליך הדרוש. עם טכנולוגיה זו, ההפסד הכרוך בו הוא קטן ביותר בהשוואה לעקבות המעגל המודפס. במונחים של סוגיית הייצור, תהליך זה הוא בעצם יותר קל. בשימוש בכבלי נחושת בכרטיסים, אנחנו לא זקוקים לחומרים מורכבים, יקרים. אנחנו יכולים להשתמש בחומר דוגמת ה-370HR של Isola או אף FR408; חומרים אלה הם יותר זולים מאשר למינט מרוכב דוגמת ה-Tachyon או Megtron 6. בשל השימוש בחומרים פחות יקרים בכרטיסי מעגלים מודפסים עם כבלי נחושת, אנחנו מסוגלים להראות שאנחנו יכולים לצעוד מהר יותר בפחות עלויות. במקרים פשוטים אחדים, אנחנו יכולים לבנות את הכרטיסים באותה העלות תוך שמירה על יכולת הדור הבא.  אם יש אתגרים כלשהם הכרוכים בשימוש בכבלי נחושת במעגלים מודפסים, הם יופיעו בצד ההרכבה. על-ידי ניהול זהיר של תהליך ההרכבה מההתחלה, יהיה דרוש רק פרק זמן קצר כדי שהמערך יגיע לכרטיס.  לבסוף: אנחנו נמצאים בצומת בתעשייה. טכנולוגיית המעגלים המודפסים הנמצאת עתה בשימוש היא בת 30 שנה. לפני המעגלים המודפסים, הייתה טכנולוגיית ליפוף המוליך או המוליכים-הרבים. היכולת לייצר מעגלים מודפסים התפתחה בעצם לפני כ-40 שנה. לקח לנו 20 שנה כדי להיות מסוגלים להשתמש בטכנולוגיית המעגל המודפס במלואה. לאחר מכן, לקח לנו 20 שנה להגיע לגבולות הטכנולוגיה של המעגלים המודפסים. עם פוטוניקה של סיליקון, ייקח לנו 20 שנה כדי להגיע לנקודה בה היינו עם טכנולוגיית המעגלים המודפסים לפני 10 שנים. מעבר לשימוש מלא בפוטוניקה של סיליקון ידרוש תהליכים שלמים חדשים – חומרים חדשים, מתודולוגיות חדשות ופסי ייצור חדשים. אני מאמין שיידרשו לפחות 20 שנה לשם ביצוע המחקר הכרוך בפוטוניקה של סיליקון כדי לאפשר ייצור בכמויות גדולות. בניתוח הסופי, אנחנו זקוקים לטכנולוגיית גשר חדשה, או שאנחנו, בתור תעשייה, נהיה תקועים. עם כבלי נחושת על מעגלים מודפסים, זיהינו את הגשר – אנחנו לוקחים טכנולוגיה קיימת ומשתמשים בה בדרכים אחרות. דבר זה יאפשר לתעשייה להיות מעודכנת עם צורכי הלקוחות המתפתחים בצורה הגיונית, יעילה לעלות.

Scott McMorrow is an R&D Consultant for Teraspeed® Consulting (a division of Samtec)