高速高能效数据互连

项目年度编号：gkls119756

完成单位：北京大学 

公布年份：2010年

成果类别：应用技术

关 键 词：高能效 数据互连 数据传输 趋肤效应 自适应均衡器 

摘      要：一、项目概述 数字运算引擎的处理能力持续增长和先进的网络服务的需求不断增加正在创造一个更高带宽的数据传输系统，在每秒数千兆比特的数据传输速率下，一些物理效应降低了信号完整性，例如引起信号衰减的集肤效应和介质损耗随着带宽的增加呈指数上升；电路板的Via Stubs和其他阻抗不连续导致信号的反射；来自临近通道的噪声串扰。只有采用先进的均衡技术才能恢复严重失真的数据信号。 线缆是服务器网络如集群局域网（CAN），存储区域网络（SAN）和局域网（LAN）的主要互联媒体。趋肤效应占主导地位，其以分贝为单位的信号损失与信号频率的平方根成正比，这种损耗在中低频权重较高，数据间的干扰（ISI）可能扩散到邻近很多位。我们发明了一种二阶导数均衡器，通过编程其滤波特性能准确的逼近传输通道的反向特性，对信号衰减完美地补偿。 背板系统广泛用于服务器系统内的连接，介质损失比趋肤效应要严重得多，和频率成正比，以高频损耗为主。此外，严重衰减的信号很容易被来自连接器的串扰噪声所淹没。为了解决这个问题，我们在DFE前增加了预过滤器，预过滤器主要用于补偿中低频损耗，以滤除高频率噪音，例如信号反射和高频耦合，这样高频串扰仅传播到最邻近的位，可以由单阶DFE来补偿。整个设计方法被使用在新一代高速背板系统中，实验证实能补偿35.6dB的损耗，取得最好的性能指标。 由于通道的特性是不同的，均衡器的参数不可能是固定的，固定参数的均衡器或是采用手动编程在实际应用中极为不便，大大提高了系统厂商的应用成本。自适应均衡器只要能收敛到最佳点，那么就能达到最低的误码率；然而，系统的复杂性使得自适应技术的开发非常困难。我们提出了一种能适应各种数据的自适应均衡器，这种方法能防止非随机数据导致参数漂移，同时采用基于符号的迫零算法，对于所有的线性均衡器结构都能正常工作。已受理8项美国专利。 二、应用领域 可以应用于：计算机及其外设、消费类电子产品、移动电子设备（如iphone、ipad等）、高速数据通讯、物联网设备 三、目前所处阶段 掌握所有核心技术，完全满足产业化要求。 四、市场分析 核心技术的巨大应用前景体现在消费类电子领域无处不在的应用，我们技术的先进性能满足多个新一代国际标准。例如用于高清显示的数字接口标准DisplayPort，2012年将达到每年出货6亿台使用该标准的设备，并且产量每年提高60%；新一代USB接口将提供10倍以上的数据传递速率，由此将产生很多崭新的应用，到2012年每年出货5亿台设备，并且产量每年提高100%。 五、合作方式及成果产业化建议 一方面，在北京大学成立集成电路和系统实验室，投入足够的科研力量，研究国际领先的高速互连技术，为成果产业化提供技术支撑，保持产品的技术领先性；另一方面，寻求产业化资金投入，就相关的应用开展多个产品的开发，同时开拓国内和国际市场。产品的销售以直销为主，面向大型的电脑生产供应商，比如戴尔、惠普、宏基、联想等，这些跨国性的计算机厂商对DisplayPort 已有相当的了解，而且本身就是这一技术的推动者，因此对于先进的技术及较低的成本有着更浓厚的兴趣。同时也应和区域性的“第二层分销商以及VAR合作，面向用量少而分散的企业及个人用户，间接销售对于初创公司在国际市场上开拓市场和吸引最初的业务是很重要的。也可以考虑授权其他的芯片商使用我们的技术，在他们销售相关产品时收取版税。由于产品应用非常广泛，我们还可以和主要芯片制造商例如台湾的台积电、上海中芯国际、日本三洋、韩国三星等合作，提供IP，当他们的客户使用这些IP时，收取使用费。