XSR 技術(shù)的詳細介紹

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計的芯片間互連技術(shù)。可以通過芯?；ミB（NoC）或者中介層（interposer）上的互連來連接多個芯片，在多芯片計算體系結(jié)構(gòu)的設計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計，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性，能夠更好地滿足多樣化的芯片間通信要求。

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

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

產(chǎn)生的原因

1.滿足高性能芯片對互連技術(shù)的需求 ：隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、高性能計算等領(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)應運而生，能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，提升整個系統(tǒng)的性能。

2.適應芯片封裝技術(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計，能夠更好地適應封裝尺寸的縮小，在有限的空間內(nèi)實現(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)化的信號處理算法，在保證高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，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，未來有望進一步提高，以滿足不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。

2.與先進封裝技術(shù)深度融合 ：隨著 2.5D 封裝、3D 封裝等先進封裝技術(shù)的不斷成熟和應用，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，推動芯片集成度的進一步提高。

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，形成互補關(guān)系，共同滿足不同場景下的芯片間通信需求。

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

應用場景

1.高性能計算領(lǐng)域 ：在數(shù)據(jù)中心、超級計算機等高性能計算場景中，CPU 與 GPU、FPGA 以及其他專用芯片之間需要進行大量的數(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.人工智能與機器學習 ：在人工智能訓練和推理過程中，需要對海量數(shù)據(jù)進行快速處理和傳輸。XSR 技術(shù)可以為神經(jīng)網(wǎng)絡芯片、AI 加速芯片等之間的通信提供高速通道，加速模型訓練和推理過程，提高人工智能系統(tǒng)的性能。

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

4.消費電子領(lǐng)域 ：在智能手機、平板電腦等消費電子產(chǎn)品中，隨著對圖形處理、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。

5.汽車電子領(lǐng)域 ：在自動駕駛、智能駕駛等汽車電子應用中，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：

工程師可以對電子系統(tǒng)進行全面的系統(tǒng)性能評估、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。