XSR芯片间互连技术的定义和优势

XSR 技术的详细介绍

XSR 技术的定义

XSR 即 Extra Short Reach，是一种专为Die to Die之间的超短距离互连而设计的芯片间互连技术。可以通过芯粒互连（NoC）或者中介层（interposer）上的互连来连接多个芯片，在多芯片计算体系结构的设计中起到了重要的作用。

优势

1.低功耗与小面积 ：由于传输距离极短，信号损耗小，所以功耗低，而且在芯片上占用的面积较小，通常不到传统 SerDes 的 1/3，释放了更多芯片面积用于其他功能模块的设计，有利于提高芯片的集成度和功能密度。

2.高速率与高带宽 ：现有基于 XSR 技术的裸片间互连速率正在从 50Gbps 向 100Gbps 甚至更高速率发展，能够满足大数据量的快速传输需求，为高性能计算和数据处理提供有力支撑。

3.通信协议灵活 ：可以根据不同应用场景和需求，灵活配置通信协议，具有较好的通用性和适应性，能够更好地满足多样化的芯片间通信要求。

4.不需要复杂均衡算法 ：传统的长距离 SerDes 技术需要复杂的前馈均衡（FFE）电路和判决反馈均衡电路（DFE）或连续时间线性均衡器（CTLE）来解决高速传输过程中的信号衰减和干扰问题。而 XSR 技术由于传输距离短，信号衰减和干扰相对较小，因此不需要这些复杂的均衡算法，降低了系统复杂性和成本。

5.良好的信号完整性 ：在设计上注重信号完整性，能够更好地保证信号的质量，减少误码率，提高系统的可靠性。

产生的原因

1.满足高性能芯片对互连技术的需求 ：随着人工智能、大数据、高性能计算等领域的发展，芯片需要处理的数据量呈爆炸式增长，对芯片间通信带宽和速度的要求不断提高。传统的互连技术在传输速度和带宽上逐渐难以满足需求，XSR 技术应运而生，能够提供更高的数据传输速率，提升整个系统的性能。

2.适应芯片封装技术的发展 ：芯片封装技术不断向小型化、高密度方向发展，如 2.5D 封装和 3D 封装等。在这些封装形式中，芯片之间的距离非常近，传统的互连技术无法充分利用这种近距离优势。XSR 技术为裸片之间的超短距离互连而设计，能够更好地适应封装尺寸的缩小，在有限的空间内实现更高的互连带宽和更低的功耗，提高芯片系统的集成度和性能。

3.解决传统互连技术的局限性 ：传统互连技术存在功耗高、延迟大等问题，难以满足高性能芯片的需求。XSR 技术通过采用差分串行结构和优化的信号处理算法，在保证高速数据传输的同时，显著降低了功耗和延迟，解决了传统互连技术的局限性。

XSR 技术的发展趋势与应用场景

发展趋势

1.速率持续提升 ：目前 XSR 技术的速率正在从 50Gbps 向 100Gbps 甚至更高速率发展，未来有望进一步提高，以满足不断增长的数据传输需求。

2.与先进封装技术深度融合 ：随着 2.5D 封装、3D 封装等先进封装技术的不断成熟和应用，XSR 技术将与这些封装技术深度融合，为芯片间互连提供更加高效、可靠的解决方案，推动芯片集成度的进一步提高。

3.与其他互连技术协同发展 ：在芯片间互连领域，除了 XSR 技术外，还有 UCIe 等其他互连技术。未来，XSR 技术将与其他互连技术协同发展，形成互补关系，共同满足不同场景下的芯片间通信需求。

4.标准化进程推进 ：目前 XSR 技术的相关标准如 CEI-112G-XSR 正在不断完善和发展。未来，随着 XSR 技术的广泛应用和标准化进程的推进，将为芯片间互连提供更加统一、规范的技术框架，促进芯片产业的标准化发展。

应用场景

1.高性能计算领域 ：在数据中心、超级计算机等高性能计算场景中，CPU 与 GPU、FPGA 以及其他专用芯片之间需要进行大量的数据交互。XSR 技术能够实现这些芯片之间的高速互连，提高计算效率，加快数据处理速度，提升系统的整体性能。

2.人工智能与机器学习 ：在人工智能训练和推理过程中，需要对海量数据进行快速处理和传输。XSR 技术可以为神经网络芯片、AI 加速芯片等之间的通信提供高速通道，加速模型训练和推理过程，提高人工智能系统的性能。

3.网络通信领域 ：在 5G 基站、光通信模块等网络通信设备中，芯片之间的高速互连对于实现高速数据传输和低延迟通信至关重要。XSR 技术可以应用于这些设备中的芯片间互连，提高网络通信的效率和可靠性。

4.消费电子领域 ：在智能手机、平板电脑等消费电子产品中，随着对图形处理、人工智能等功能需求的增加，芯片之间的互连带宽和速度也成为了制约性能的瓶颈。XSR 技术有望应用于这些产品中的芯片间互连，提升产品的性能和用户体验。

5.汽车电子领域 ：在自动驾驶、智能驾驶等汽车电子应用中，需要处理大量的传感器数据和图像信息。XSR 技术可以实现汽车芯片之间的高速互连，提高数据处理和传输的效率，为汽车的智能化发展提供支持。

使用 SIDesigner 进行仿真

使用巨霖仿真软件 SIDesigner 搭建 XSR 的仿真电路，原理图如下：

仿真结果如下：

工程师可以对电子系统进行全面的系统性能评估、优化系统可靠性及稳定性，加速产品研发、迭代过程。