XSR 技術(shù)的詳細(xì)介紹

XSR 技術(shù)的定義

XSR 即 Extra Short Reach，是一種專為Die to Die之間的超短距離互連而設(shè)計(jì)的芯片間互連技術(shù)?？梢酝ㄟ^芯粒互連（NoC）或者中介層（interposer）上的互連來連接多個(gè)芯片，在多芯片計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中起到了重要的作用。

優(yōu)勢

1.低功耗與小面積 ：由于傳輸距離極短，信號(hào)損耗小，所以功耗低，而且在芯片上占用的面積較小，通常不到傳統(tǒng) SerDes 的 1/3，釋放了更多芯片面積用于其他功能模塊的設(shè)計(jì)，有利于提高芯片的集成度和功能密度。

2.高速率與高帶寬 ：現(xiàn)有基于 XSR 技術(shù)的裸片間互連速率正在從 50Gbps 向 100Gbps 甚至更高速率發(fā)展，能夠滿足大數(shù)據(jù)量的快速傳輸需求，為高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)處理提供有力支撐。

3.通信協(xié)議靈活 ：可以根據(jù)不同應(yīng)用場景和需求，靈活配置通信協(xié)議，具有較好的通用性和適應(yīng)性，能夠更好地滿足多樣化的芯片間通信要求。

4.不需要復(fù)雜均衡算法 ：傳統(tǒng)的長距離 SerDes 技術(shù)需要復(fù)雜的前饋均衡（FFE）電路和判決反饋均衡電路（DFE）或連續(xù)時(shí)間線性均衡器（CTLE）來解決高速傳輸過程中的信號(hào)衰減和干擾問題。而 XSR 技術(shù)由于傳輸距離短，信號(hào)衰減和干擾相對(duì)較小，因此不需要這些復(fù)雜的均衡算法，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

5.良好的信號(hào)完整性 ：在設(shè)計(jì)上注重信號(hào)完整性，能夠更好地保證信號(hào)的質(zhì)量，減少誤碼率，提高系統(tǒng)的可靠性。

產(chǎn)生的原因

1.滿足高性能芯片對(duì)互連技術(shù)的需求 ：隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展，芯片需要處理的數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長，對(duì)芯片間通信帶寬和速度的要求不斷提高。傳統(tǒng)的互連技術(shù)在傳輸速度和帶寬上逐漸難以滿足需求，XSR 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，提升整個(gè)系統(tǒng)的性能。

2.適應(yīng)芯片封裝技術(shù)的發(fā)展 ：芯片封裝技術(shù)不斷向小型化、高密度方向發(fā)展，如 2.5D 封裝和 3D 封裝等。在這些封裝形式中，芯片之間的距離非常近，傳統(tǒng)的互連技術(shù)無法充分利用這種近距離優(yōu)勢。XSR 技術(shù)為裸片之間的超短距離互連而設(shè)計(jì)，能夠更好地適應(yīng)封裝尺寸的縮小，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的互連帶寬和更低的功耗，提高芯片系統(tǒng)的集成度和性能。

3.解決傳統(tǒng)互連技術(shù)的局限性 ：傳統(tǒng)互連技術(shù)存在功耗高、延遲大等問題，難以滿足高性能芯片的需求。XSR 技術(shù)通過采用差分串行結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的信號(hào)處理算法，在保證高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，顯著降低了功耗和延遲，解決了傳統(tǒng)互連技術(shù)的局限性。

XSR 技術(shù)的發(fā)展趨勢與應(yīng)用場景

發(fā)展趨勢

1.速率持續(xù)提升 ：目前 XSR 技術(shù)的速率正在從 50Gbps 向 100Gbps 甚至更高速率發(fā)展，未來有望進(jìn)一步提高，以滿足不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。

2.與先進(jìn)封裝技術(shù)深度融合 ：隨著 2.5D 封裝、3D 封裝等先進(jìn)封裝技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，XSR 技術(shù)將與這些封裝技術(shù)深度融合，為芯片間互連提供更加高效、可靠的解決方案，推動(dòng)芯片集成度的進(jìn)一步提高。

3.與其他互連技術(shù)協(xié)同發(fā)展 ：在芯片間互連領(lǐng)域，除了 XSR 技術(shù)外，還有 UCIe 等其他互連技術(shù)。未來，XSR 技術(shù)將與其他互連技術(shù)協(xié)同發(fā)展，形成互補(bǔ)關(guān)系，共同滿足不同場景下的芯片間通信需求。

4.標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程推進(jìn) ：目前 XSR 技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如 CEI-112G-XSR 正在不斷完善和發(fā)展。未來，隨著 XSR 技術(shù)的廣泛應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的推進(jìn)，將為芯片間互連提供更加統(tǒng)一、規(guī)范的技術(shù)框架，促進(jìn)芯片產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

應(yīng)用場景

1.高性能計(jì)算領(lǐng)域 ：在數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算機(jī)等高性能計(jì)算場景中，CPU 與 GPU、FPGA 以及其他專用芯片之間需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交互。XSR 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這些芯片之間的高速互連，提高計(jì)算效率，加快數(shù)據(jù)處理速度，提升系統(tǒng)的整體性能。

2.人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí) ：在人工智能訓(xùn)練和推理過程中，需要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和傳輸。XSR 技術(shù)可以為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片、AI 加速芯片等之間的通信提供高速通道，加速模型訓(xùn)練和推理過程，提高人工智能系統(tǒng)的性能。

3.網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域 ：在 5G 基站、光通信模塊等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中，芯片之間的高速互連對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲通信至關(guān)重要。XSR 技術(shù)可以應(yīng)用于這些設(shè)備中的芯片間互連，提高網(wǎng)絡(luò)通信的效率和可靠性。

4.消費(fèi)電子領(lǐng)域 ：在智能手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品中，隨著對(duì)圖形處理、人工智能等功能需求的增加，芯片之間的互連帶寬和速度也成為了制約性能的瓶頸。XSR 技術(shù)有望應(yīng)用于這些產(chǎn)品中的芯片間互連，提升產(chǎn)品的性能和用戶體驗(yàn)。

5.汽車電子領(lǐng)域 ：在自動(dòng)駕駛、智能駕駛等汽車電子應(yīng)用中，需要處理大量的傳感器數(shù)據(jù)和圖像信息。XSR 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車芯片之間的高速互連，提高數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)男剩瑸槠嚨闹悄芑l(fā)展提供支持。

使用 SIDesigner 進(jìn)行仿真

使用巨霖仿真軟件 SIDesigner 搭建 XSR 的仿真電路，原理圖如下：

仿真結(jié)果如下：

工程師可以對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行全面的系統(tǒng)性能評(píng)估、優(yōu)化系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性，加速產(chǎn)品研發(fā)、迭代過程。