ככל שקצבי ה- SerDes עולים, נתיב הנחושת על גבי ה- PCB תופס חלק גדול יותר מתקציב הערוץ. ב־ 224G מתחזקת גישה שמבקשת לקצר את הדרך הזאת: למקם את נקודת החיבור סמוך ל- ASIC ולהמשיך משם בכבל. הדגמות שהציגה Samtec השנה ב- DesignCon ממחישות מדוע Near-Chip Connectivity הופך משיקול של מחברים לשאלה ארכיטקטונית.
ב כרטיס תקשורת טיפוסי, הדרך מה־ ASIC אל העולם החיצון עוברת דרך לא מעט נחושת. האות יוצא מה־ ,SerDes מתקדם לאורך מוליכים על גבי ה־ PCB , חוצה vias ולעיתים שכבות שונות בלוח, מגיע למחבר וממשיך ממנו ל־ backplane , לכרטיס אחר או ליציאת .I/O ב־ 224G , כל חלק במסלול הזה מקבל משקל גדול יותר בתקציב הערוץ. אורך ה־ ,traceחומר המצע, vias , מחברים ואי־רציפויות גיאומטריות מוסיפים הפסדים והחזרים. במקביל, צפיפות הערוצים מגדילה את החשיבות של crosstalk, skew ודיוק הייצור.קרוב יותר לשבב: ארכיטקטורת החיבור החדשה של 224G אחת התוצאות היא שינוי במיקום שבו עוברים מה־ PCB לכבל. במקום לנתב את ערוצי הנתונים המהירים לאורך חלק ניכר מהכרטיס, ניתן להציב מחבר בסמוך ל־ ASIC או ל־ FPGA ולהמשיך ממנו באמצעות כבל twinax . זהו העיקרון שמאחורי Near-Chip Connectivity , והוא מקבל משקל חדש עם המעבר ל־ 224Gb/s בכל .lane
224G ותקציב הערוץ
ממשקי 224G משתמשים בדרך כלל ב־ PAM4 , שבו ארבע רמות מתח מאפשרות לקודד שני ביטים בכל symbol . בקצב של 224Gb/s מדובר בקצב סמלים בסדר גודל של 112GBaud . עבור ערוץ חשמלי, המשמעות היא עבודה בתחום שבו הפסדי המוליך
והדיאלקטרי, discontinuities וסטיות קטנות בגיאומטריה נעשים משמעותיים יותר. האתגר אינו מסתכם בבחירת מחבר שמדורג ל־ 224G . מבחינת Signal Integrity , המחבר הוא חלק מערוץ שכולל את ה־ package , ה־PCB , ה־ vias , הכבל או ה־ backplane ואת ממשקי החיבור שביניהם. החלוקה של OIF במסגרת CEI-224G ממחישה היטב את הגישה הזאת. הארגון אינו מגדיר ערוץ חשמלי יחיד לכל יישומי 224G , אלא מספר קטגוריות לפי אופי החיבור וה־ reach. CEI-224G-XSR מיועד לחיבורים קצרים מאוד ברמת ה־; package VSR לחיבור chip-to-module; MR מגדיר ממשק חשמלי לטווח של עד 500 מ״מ PCB ומחבר אחד; ו־ LR מיועד לערוצי backplane וכבלי נחושת, עם reach של עד 1,000 מ״מ ועד שני מחברים. כלומר, PCB בהח לט נ שאר חלק
מארכיטקטורת 224G . השינוי הוא בכך שאורך הנתיב והתווך שבו הוא עובר נעשים פרמטרים מרכזיים יותר כבר בשלב הגדרת המערכת. ניתן להאריך את יכולתו של ה־ PCB באמצעות laminates בעלי הפסדים נמוכים, תכנון מדויק של traces ו־ vias ויכולות
equalization מתקדמות ב־ SerDes . לכל אחד מהכלים האלה יש מחיר – בחומרי הלוח, במספר השכבות, בצריכת ההספק או במורכבות התכנון. במערכת שבה יש מספר קטן של ערוצים מהירים אפשר לעיתים לספוג את העלות. במתגים, שרת ים ומערכות מחשוב צפופות שבהם מספר רב של lanes פועלים בקצבים האלה, ההשפעה כבר יכולה להגיע לארכיטקטורת הכרטיס כולו.
המסלול הקצר אל הכבל
כאן נכנסים פתרונות Flyover . הרעיון הוא להשתמש ב־ PCB עבור הקטע הקצר שבין ה־ ASIC לנקודת החיבור ולהעביר את המרחק הארוך יותר באמצעות twinax בעל הפסדים נמוכים. Samtec מפתחת את הגישה הזו כבר במספר דורות של מערכות high-speed . במשפחת Flyover שלה, ערוצי הנתונים הרגישים ביותר להפסדים יכולים לצאת מהלוח מוקדם, בעוד שה־ PCB ממשיך לשאת הספק, אותות בקרה וערוצים אחרים. החברה מתארת במפורש את העלייה בקצבי הנתונים כגורם שמקצר את אורכי ה־ trace האפשריים על גבי PCB ומגדיל את האטרקטיביות של העברת אותות בכבל. במשפחת Si-Fly HD הגישה מגיעה ל־ 224Gb/s PAM4 . גרסת ה־ Near-Chip כוללת מחבר לוח ומכלול כבל המיועדים להתקנה בסמיכות ל־ ASIC . לפי נתוני Samtec , המערכת מספקת צפיפות של עד 64 זוגות דיפרנציאליים לאינץ' רבוע ומשתמשת בכבל Eye Speed Hyper Low Skew Twinax , עם intra-pair skew מרבי של 1.75ps למטר. החברה מפתחת במקביל תצורות – co packaged שבהן נקודת החיבור עוברת קרוב עוד יותר לסיליקון, וכן מערכת Si-Fly HD ל־ backplane . כך אותו עיקרון בסיסי יכול לשמש במספר ארכיטקטורות: ,near-chip חיבורי backplane או חיבור מה־ package לעבר ה־ .front panel
תמונה: מערכת Si-Fly HD של Samtec מדגימה ארכיטקטורת חיבור ל־ 224Gb/s , שבה מחברי Near-Chip ממוקמים בסמוך ל־ ASIC והאותות המהירים עוברים מהם לכבלי twinax , במקום להמשיך לאורך נתיבי PCB ארוכים. קרדיט: SAMTE
43dB בערוץ אחד
המחשה טובה למשמעות של חלוקת הערוץ הוצגה ב־ DesignCon 2026 . בהדגמה משותפת של Samtec ו־ Synopsys נעשה שימוש ב־ 224G PHY IP של Synopsys ששידר PRBS בקצב 224Gb/s PAM4 . האות עבר דרך רכיבי בדיקה של Samtec , מכלול
Si-Fly HD co-packaged cable , כבל Hyper Low Skew Twinax ומערכת Si-Fly HD cable backplane , ולאחר מכן חזר דרך הערוץ אל ה־ PHY לצורך ניתוח. לפי התוצאות שפרסמה Samtec , המערכת פעלה עם BER של 10 ^ -9 ועם total channel
loss של 43dB . מתוך אותם 43dB , כ־ 14dB היו בלוחות ששימשו בהדגמה. זהו נתון משמעותי בהקשר של .Near-Chip בערוץ ההדגמה, בערך שליש מה־ loss הכולל הגיע מהלוחות. Samtec מציינת שבתצורת יישום טיפוסית שבה חיבור ה־ Si-Fly HD
ממוקם על ה־ package לצד ה־ SerDes , אותם 14dB אינם חלק מהערוץ, ולכן ניתן להשתמש בתקציב שהתפנה להגדלת אורך חיבורי הכבל ב־ .backplane צריך לסייג שמדובר בהדגמה ובנתונים שפרסמה החברה, ולא בהשוואה אוניברסלית בין PCB לכבל. הפסדי PCB תלויים באורך, בחומר, בגיאומטריה, בתדר ובמבנה הערוץ. עם זאת, המספרים ממחישים היטב מדוע מיקום נקודת המעבר מהלוח לכבל זוכה כיום לתשומת לב רבה יותר. עבור מתכנן הכרטיס, 14dB אינם רק נתון של Signal Integrity . היכולת לקצר את ערוצי ה־ high-speed על ה־ PCB יכולה להשפיע על בחירת laminate , מספר השכבות, מיקום רכיבים וניתוב שאר המערכת.
המחבר עובר לשכונה צפופה
למיקום מחבר בסמוך ל־ ASIC יש מחיר מערכתי משלו. האזור הזה הוא אחד המבוקשים ביותר על הכרטיס. סביב מעבדים ומאיצים נמצאים מערכי אספקת מתח, קבלים, זיכרונות ופתרונות קירור, ולעיתים cold plates או heat sinks גדולים.Near-Chip מוסיף לאזור הזה מחברים ומכלולי כבלים. כעת צריך למצוא להם מקום, לשמור על רדיוסי כיפוף מתאימים ולוודא שהם אינם מפריעים לזרימת האוויר או למערכת הקירור. גם צפיפות החיבורים הופכת לשיקול מכאני. ב־ Si-Fly HD Near-Chip , למשל, Samtec מציעה יציאת כבל אנכית או בזווית ישרה, ומחבר הלוח כולל מנגנוני retention מכאניים. אלה פרטים שמקבלים חשיבות כאשר עשרות זוגות דיפרנציאליים יוצאים מאזור קטן בסביבת השבב. ההרכבה והשירות מוסיפים רובד נוסף. נתיב PCB קבוע בתוך הלוח אינו דורש ניהול
כבלים; מערך twinax כן. בתכנון מערכת צריך להביא בחשבון את סדר ההרכבה, נגישות המחברים, strain relief , החלפת כרטיסים ועמידות במחזורי טמפרטורה וברעידות. לכן Near-Chip אינו רק פרויקט של מהנדסי SI . הוא מחייב תיאום מוקדם יותר בין תכנון
החשמל, המכאניקה, התרמיקה והייצור.
לא כל ערוץ צריך לעזוב את ה- PCB
היתרון הגדול של הגישה הוא גם הסיבה לכך שאין צורך ליישם אותה על כל האותות בכרטיס.ערוצים קצרים, אותות בקרה וקישורים בקצבים נמוכים יותר יכולים להישאר על ה־ PCB . הכבלים שמורים לערוצים שבהם החיסכון ב־ loss מצדיק את המורכבות הנוספת.
החלוקה הזו עשויה לאפשר למהנדס להימנע מתכנון כל הכרטיס לפי הדרישות של מספר מצומצם יחסית של ערוצי 224G . במקום להשקיע בחומרי PCB וב־ routing מתקדמים עבור כל שטח הלוח, ניתן לבודד חלק מהנתיבים התובעניים ולהעביר אותם בתווך אחר.
Samtec אף מציעה כיום ערכת evaluation ייעודית ל־ Si-Fly HD Near-Chip , שבה 16 זוגות דיפרנציאליים מהירים עוברים בין שני PCBs באמצעות מחברי Near-Chip ומכלול כבל באורך 12 אינץ'. הערכה מיועדת למדידות TDR/TDT ו־ VNA ולבחינת המערכת בסביבת 224G . העובדה שפתרונות כאלה עוברים ממוצרי interconnect בודדים לפלטפורמות הערכה מערכתיות היא אינדיקציה לכך שהדיון כבר אינו מוגבל למחבר עצמו.
הגבול בין PCB , נחושת ואופטיקה
Near-Chip copper אינו האפשרות היחידה שנבחנת לקיצור הנתיב החשמלי. באותו מרחב מתפתחות גם ארכיטקטורות Co-Packaged Optics ו־ Optical I/O , שבהן ההמרה מאות חשמלי לאופטי מתבצעת סמוך ל־ switch ASIC או למעבד. לאופטיקה יתרון ברור כאשר נדרש reach ארוך יותר, אך המעבר אליה כרוך בעלות, packaging , צריכת הספק, ניהול תרמי ודרישות שירות שונות. גם Samtec אינה מציגה את הבחירה כנחושת מול אופטיקה באופן מוחלט. בארכיטקטורת – Si-Fly HD co packaged שלה החברה מתייחסת לנחושת עבור מרחקים קצרים ו־ scale-up ולאופטיקה עבור extended reach ו־ .scale-out התוצאה היא מגוון רחב יותר של אפשרויות תכנון. PCB יכול להמשיך לשמש לערוצים שבהם הוא עומד בתקציב; twinax יכול לקחת חלק מהערוצים המהירים מה־ ASIC אל ה־ front panel או ה־ backplane ; ואופטיקה נכנסת כאשר דרישות המרחק, הצפיפות או צריכת ההספק מצדיקות אותה. ב־ 224G , הבחירה בין האפשרויות האלה נעשית מוקדם יותר בתהליך התכנון.
שינוי קטן במיקום, שינוי גדול בתכנון
224G אינו מבטל את ה־ PCB , ו־ Near-Chip אינו צפוי להפוך לברירת המחדל בכל מערכת. OIF עצמו מגדיר ערוצי 224G שממשיכים להסתמך על מאות מילימטרים של PCB ועל מחברים מסורתיים. עם זאת, תקציב ההפסדים הצפוף יותר משנה את החישוב עבור הערוצים המהירים ביותר. כאשר חלק משמעותי מה־ loss נוצר בדרך מה־ ASIC אל נקודת החיבור, קיצור הדרך הזאת הופך לאפשרות תכנונית ממשית. הדגמת ה־ 224G של Samtec ו־ Synopsys ב־ DesignCon 2026 נותנת לכך מספרים: 43dB
בערוץ המלא, מהם 14dB בלוחות ששימשו בהדגמה. משפחת Si-Fly HD מראה כיצד ניתן להתמודד עם החלק הזה באמצעות חיבור near-chip, co-packaged copper או cabled .backplane מבחינת מהנדסי המערכת, השינוי החשוב אינו במחבר בודד. נקודת המעבר בין package, PCB וכבל הופכת לחלק מהחלטות הארכיטקטורה של הכרטיס. ב־ 224G , גם המיקום של המחבר הוא כבר פרמטר של .Signal Integrity
מקורות מרכזיים
■ OIF – CEI-224G: Common Electrical I/O
at 224G.
■ Samtec – Si-Fly HD Near-Chip and Co-
Packaged Systems.
■ Samtec – DesignCon 2026 demonstration
with Synopsys 224G PHY.
