一、224G 高速互聯技術概述和背景

帶寬需求連年暴漲，單一通道帶寬 224Gbps 技術將加速超大規模云數據中心平臺向 800G演進，成為數據中心連接、企業和運營商市場的一項重要技術。

112G 已批量商用，224G 高速互聯進入預研階段，各芯片廠商 Marvel、博通、英偉達等已啟動 224G 高速互聯技術研究。研究方案包含光電互聯以及 PCB/Cable 技術等。見下圖 1-1所示。

在 28GHz 時，12dB 的板級損耗導致 Megtron6 材料有大約為 5 英寸的覆蓋范圍，而Megtron7 材料的范圍約為 10 英寸。這意味著在大型交換 SOC 和光學模塊之間驅動近一英尺的電路板。通過使用 PAM4 調制將符號速率擴展到 200Gbps，同樣的 30 毫米封裝在 112GBd符號速率下將消耗大約 12dB 的損耗。這為電路板留下了大約三分之一的損耗預算。假設將相同的均衡水平應用于 224G“芯片到模塊”，將導致交換和光模塊之間可用的 Megtron6 材料不到1英寸。更貴的Megtron7材料在兩個設備之間實現1.2英寸的距離。顯然，從在112Gbps時可以容忍一英尺的間隔，到 224Gbps 時僅為一英寸。使用光學器件構建系統顯然會因這些類型的路由限制而變得笨拙。這是業界成功將設計擴展到 224Gbps 必須克服的挑戰。

支持 800GbE 模塊的 112Gbps 已逐漸成熟，224Gbps PAM4 已處于開發階段，預計將速度再次提高一倍，最終支持每個模塊高達 1.6Tbps 或 3.2Tbps。圖 1-2 高速 224G 高速鏈接設計。224G 研究進展及方案組合見表 1-1。

二、224G 高速互聯技術特點

2.1、224G 高速互聯設計

對于 224G 設計，激光孔的高度會更高，因為會使用比 112G 設計更厚的電介質來降低走線的 IL/mm，顯然 224G 的阻抗波動和 IL&RL 會差很多。

通過并聯增加更多的激光過孔以增加信號路徑的截面積來降低寄生電感，同時球墊/焊球與返回平面之間的寄生電容不增加。采用同軸 GSGSG 設計優化信號返回路徑。通過多次芯板（MLC）疊層來減薄基板 core 厚度，從而縮短 PTH 的高度來進一步減小寄生電感。

PCB BGA 區域與封裝 die bump 區域的功能相似，球間距是 FCBGA 芯片的關鍵參數，大型 FCBGA 芯片的傳統球間距為 1.0mm，可以滿足 SIPI 和 PCBA 的可靠性要求。但對于 224Gbps信號，需要使用 0.8mm 或更小的球距來增加信道帶寬。但是，基于目前大型 FCBGA 芯片的技術，0.8mm 或更小的球距不利于 PCBA 的可靠性，PCBA 廠商的焊接經驗也較少，這意味著球間距越小，PCBA 風險越高。

通過增加信號孔與回流孔的耦合來改善帶寬。帶寬提高到了 84Ghz 左右，回損也有明顯的降低。

2.2、224G 芯片功耗及組裝

224G 芯片功耗增長，意味著供電電源的電流安培數增長，對 PCB 厚銅、PCB 導熱技術提出更高挑戰。

隨著交換芯片 Serdes 從 56Gbps 演變到 224Gbps，傳輸速率的不斷提升對芯片的封裝、組裝也提出了相應要求，最直觀的要求就是提高速率、降低損耗。從業界研究看，焊球形狀（高度、直徑與外形輪廓等）與一致性會對 224G 及以上高速 SI 阻抗有顯著影響，普通鼓型焊點并非最優，圓柱形焊點反而可以獲得更好的效果。針對不同的焊球形狀和對應尺寸進行建模仿真，結果如下圖 2-3 所示，不同的焊球形狀阻抗從正常的 83 Ohm 降到 76 Ohm，極端惡化情況下會跌到 66 Ohm。

BGA 的焊球形狀最好是圓柱形，而目前 BGA 芯片尺寸越來越大的情況下 Warpage 也越來越大，難以保證焊球高度及形貌，如圖所示壓扁的焊球形貌會使高速性能劣化。目前 224G技術預研發現阻抗劣化已成為最大的瓶頸之一，因此有必要展開相關技術研究以攻克“焊形狀影響高速 Serdes 阻抗”這一技術難題。解決方案包括疊層優化降低 PCB 的 CTE，開發 Low CTE 板材減少 PCB 翹曲等。

2.3、焊點可靠性

大尺寸BGA芯片焊點可靠性一直是產品痛點，且隨著尺寸增大焊點可靠性呈下降趨勢，目前大尺寸芯片存在焊點可靠性風險。

影響焊點長期可靠性的最重要因素是，焊點在溫度變化過程中的失效。在不斷的升降溫過程中，由于各種材料的 CTE 不同（常規高速板材的 PCB 的 X/Y CTE 約 19-23ppm/℃，SSP4芯片的 CTE 約 12.8-14.7ppm/℃），焊點反復的應力應變將導致焊點中裂紋的萌生和擴展最終導致焊點的失效。因此需要接近芯片 CTE 的 Low CTE 高速板材。224G 需要的 PCB 板材 CTE 值為，CTE（X,Y）≦13ppm/℃。

三、224G 互聯技術對 PCB 及覆銅板需求

3.1、224G 高速互聯傳輸目標及要求

224G 高速互聯旨在實現超高速的數據傳輸，以滿足當下及未來海量數據在各類應用場景中的快速交互需求，如在超大規模云數據中心平臺中，助力其向 800G 乃至更高傳輸容量演進，為數據中心連接、企業和運營商市場提供高效穩定的數據傳輸通道。其對信號完整性、傳輸損耗、帶寬等方面都有著極為嚴苛的要求，例如要求極低的插入損耗、良好的回波損耗控制以及足夠寬的有效帶寬，以此保障高速信號能夠在 PCB 及整個鏈路中穩定、準確地傳輸，避免信號失真、衰減等問題影響數據傳輸質量。

224G 將在 112G 基礎上線路損耗下降 30%，并要求 PCB 具有良好可加工性。

3.2、PCB 布局更密，孔徑更小

要滿足 PCB 扇出插損和串擾等指標，224G 產品 PCB 采用極限密集隔離孔（孔壁間距 0.20mm）互聯工藝設計，最小孔徑 0.15mm，布局有 0.4QFN、0.5BGA 等小器件。這樣的設計布局是為了在有限的 PCB 空間內盡可能增加布線密度，縮短信號傳輸路徑，減少信號傳輸延遲以及降低信號間的相互干擾。更小的孔徑和更緊密的布局有助于優化 PCB 的電氣性能，使其能夠適配 224G 高速互聯所要求的高頻高速信號傳輸特性，但同時也對 PCB 的制造工藝和加工精度提出了前所未有的挑戰，需要先進的設備和精湛的技術來確保每一個孔的加工精度以及各器件布局的準確性。

3.3、PCB 尺寸更大，縱橫比更高，漲縮要更小

PCB 尺寸預計超過 900mm，PCB 厚度達到 6.0mm，PCB 縱橫比超過 30:1，直徑最小 0.15mm（如圖 3-2 所示）。隨著高速互聯技術向 224G 邁進，更大尺寸的 PCB 能夠承載更多的電子元件和復雜的電路設計，以滿足日益增長的功能集成需求。

然而，大尺寸與高縱橫比的 PCB 在制造過程中極易出現漲縮問題，這會嚴重影響各層線路之間的對準精度以及孔與線路的連接準確性，進而破壞信號傳輸的完整性。因此，必須嚴格控制 PCB 在加工及后續使用過程中的漲縮情況，這需要從 PCB 原材料的選擇、制造工藝的優化以及生產環境的精準控制等多方面入手，確保 PCB 的尺寸穩定性達到 224G 高速互聯技術的高標準要求。

3.4、PCB 板廠 224G 加工能力

從降低插入損耗、損耗公差、背鉆 STUB、對位層偏、阻抗公差控制、最小線寬/線距、最大板厚、最大板尺寸、鉆孔厚徑比、背鉆直徑、新型棕化藥水引入、低損油墨、特殊工藝等各方面滿足 224G Serders 單板設計需求，并保證良率（具體見表 3-2）。PCB 板廠需要全面升級其加工能力，在各個工藝環節都要達到更高的精度和穩定性。例如，在阻抗公差控制方面，要確保阻抗值在極小的允許誤差范圍內波動，以保障高速信號傳輸的穩定性；對于最小線寬/線距的把控，需借助高精度的制造設備和精細的工藝操作，實現極窄線寬和緊密線距的加工，滿足高密度布線要求。新型棕化藥水和低損油墨的引入，則有助于提升 PCB 的表面性能和信號傳輸質量，降低信號在 PCB 表面傳輸時的損耗。總之，PCB 板廠的 224G 加工能力是保障 224G 高速互聯技術得以落地應用的關鍵環節，需要不斷地技術創新和工藝優化來滿足日益增長的高性能 PCB 制造需求。

（未完接下篇）


審核編輯 黃宇