Altera在FPGA上导入光传输

LSI接口终于要实现“光纤”化了。美国阿尔特拉(Altera)公布了在FPGA中导入光纤接口的计划。预定在2011年内采用试制芯片进行演示，2012年以后产品化。产品主要面向高清视频传输、云计算、三维游戏以及高性能视频监控等用途。在这些产品中，除了主板上的LSI间布线外，还可广泛地用于机壳内布线等用途。

　　美国英特尔等也正在探索LSI传输的光纤化。英特尔很早就在推进开发通过光信号来交换数据的技术“Light Peak”。不过，在该公司于2011年2月发布的最大数据传输速度为10Gbit/秒的高速接口“Thunderbolt”中，却采用了原来的电信号而非光纤传输。虽然预计英特尔最终也会在Thunderbolt中导入光布线，不过阿尔特拉率先实现光纤化的可能性增高。

　　从“对症疗法”到“根治疗法”

　　美国阿尔特拉迅速决定向LSI导入光纤接口的原因是，该公司强烈希望打破高速化的极限。据该公司介绍，在传输距离为40cm左右的背板连接方面，利用老式电布线的FPGA的高速化已经面临极限。因为随着信号高速化的发展，电布线部分产生的损耗越来越大。

　　在传统的电布线中，随着高速化的实现，传输损耗越来越大。为了弥补因传输损耗产生的信号劣化，美国阿尔特拉采取了在LSI中配备均衡器等有源电路的对策。随着频率的提高，该对策越来越难以实施。

　　目前已经供货的高性能FPGA产品中，配备了速度为每通道28Gbit/秒的接口。日本阿尔特拉表示，“如果将速度为每通道28Gbit/秒的信号直接发送出去，那么接收端的波形大部分会失真。因此，目前的应对措施是在FPGA中嵌入在发送端预先对波形进行强化然后再传输的‘预加权 (Preemphasis)’、以及在接收端调整波形的‘均衡器’等复杂电路。不过，就算利用这些方法，也难以实现超过28Gbit/秒的高速化。所以我们决定通过光纤传输来打破这个极限”。

　　也就是说，美国阿尔特拉选择了迅速导入光布线的“根治疗法”，而不是费力延长电布线寿命的“对症疗法”。由此，在实现总数据传输速度为 100Gbit/秒的LSI间接口时，原来需要使用4通道每通道速度为25Gbit/秒的电布线，而在光布线中却只需一根速度为100Gbit/秒的光纤线缆即可。

　　导入光布线后，可以获得除高速化之外的许多好处。据美国阿尔特拉介绍，在数据中心等要求具备出色运算性能的用途中，向LSI中导入光纤接口后，与采用传统的电布线相比可将耗电量削减70～80%，同时还可以大幅提高接口密度和带宽。

　　在通信基础设施和广播电视设备等背板用途中，也无需使用高价位板卡材料和连接器，使用光布线可在迅速提高带宽的同时，还可以避免出现因使用电布线而产生的信号完整性(Signal Integrity)问题。

　　将光缆直接连接到封装上

　　对于决定向FPGA导入光布线的美国阿尔特拉来说，最大的课题是低成本化。原因是如果不能将设备厂商所负担的系统成本，降至与电布线同等以下的水平，那么就没有把握实现普及。

　　美国阿尔特拉的系统成本降低措施之一是FPGA封装和光布线之间的连接方法。具体而言，是经由连接器直接将光纤线缆连接到半导体封装上。此时不会使所有布线均实现光纤化，只有需要超高速传输的布线部分才采用光纤传输，其余的信号等仍采用传统的电布线进行传输。

　　采用这种方法的原因是主板中无需使用特殊的印刷基板和材料。阿尔特拉(日本)表示，“如果想利用印刷基板布线来封装光纤传输，就需要大幅改变传统电布线使用的基板构造，或采用特殊的基板材料。而我们的方法只有光纤接口部分采用光纤线缆进行传输，因此不存在这种担心，可将成本抑制在最小限度”。

　　美国阿尔特拉今后将会在业界广泛倡导LSI用光布线。原因是要想大力发展配备光纤接口的FPGA，就必须切实准备好连接器等支持部件。阿尔特拉(日本)表示，“我们已经开始与连接器厂商等就光布线进行业务合作”。

　　针对记者提出的、FPGA封装内部配备的光电转换电路是由美国阿尔特拉自己开发、与其他公司共同开发，还是由其他公司提供技术的提问，阿尔特拉(日本)表示“现在不便透露”。