Ein optisches Update mit TTM

Oct 02, 2023

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Ich habe mich kürzlich mit Marika Immonen getroffen, Leiterin für Forschung und Entwicklung optischer Verbindungen bei TTM Technologies. Das letzte Mal haben wir vor einem Jahr gesprochen. Dieses Mal diskutierten wir über das optische Projekt, das Marika geleitet hat, sowie über die Zukunft der optischen Technologie in der Leiterplattenindustrie.

Matties : Danke, dass du heute zu mir gekommen bist, Marika. Letztes Jahr hatten wir Gelegenheit, über das optische Projekt zu sprechen, das Sie für TTM geleitet haben. Können Sie uns zunächst kurz über Ihre Fortschritte informieren?

Immonen : Im vergangenen Jahr ist es uns gelungen, die Herstellung optischer Leiterplatten von kleinen Maßstäben auf realistische Formfaktoren auszuweiten. Wir betreiben derzeit eine Pilotlinie, die 16- bis 20-Zoll-Panels mit optischen Schichten verarbeiten kann. Wir haben bedeutende Entwicklungen vorgenommen, um verschiedene optische Anschlüsse zu unterstützen und Licht in die Platine hinein und aus ihr heraus zu leiten.

Matties: Erzählen Sie uns ein wenig über die grundlegende Technologie und wie sie auf einen Platinenhersteller anwendbar ist.

Immonen : Offensichtlich wissen wir, dass steigende Datenraten Kupfer auf die Spitze treiben. Wir wissen, dass 25 Gbit/s kommen werden und OEMs erwägen sogar darüber hinaus. In den letzten Monaten konnten wir bei verschiedenen Kunden ein zunehmendes Interesse an der optischen Alternative feststellen. Optische Engine-Produkte haben die Optik bereits in Systemen vorangetrieben, aber wir entwickeln den nächsten Schritt weiter und integrieren optische Schichten als Teil der Leiterplatte selbst.

Das zeigen wir dieses Jahr mit unseren Partnern FCI und Dow Corning: eine vollständig aufgebaute optische End-to-End-Verbindung auf einer Standard-Mehrschichtplatine mit optischen 25-Gbit/s-Engines, die eingebettete Wellenleiter speisen, die an beiden Enden mit Wellenleiteranschlüssen abgeschlossen sind. Kunden sind an der Kombination von Kupfer- und optischer Technologie mit eingebetteten optischen Signalspuren interessiert, und unsere integrierte Lösung bietet Kupfer und optische All-in-One-Lösungen. Diese Lösung macht Kabel überflüssig, die über der Karte verlaufen, was bei aktuellen optischen Produkten und passiven Wellenleiterkabeln auf dem Markt der Fall ist.

Der Plattenhersteller steht offensichtlich vor mehreren neuen Herausforderungen in Bezug auf Materialsatz, Anforderungen an die Ausrichtungsgenauigkeit, Einhaltung von Prozessen und Standardplattenmaterialien sowie neue Testverfahren. Das Prozessfenster ist in vielen kritischen Schritten enger als in Standardschritten. Dennoch möchten wir die aktuelle Prozessinfrastruktur für Kosten und Compliance nutzen. Wir haben mit unseren Werksteams vom ersten Tag an Fähigkeiten aufgebaut, um dies zu erreichen, so dass die Skalierung in Volumen ein kleinerer Schritt ist als bei denen, die mit Speziallaboren für optische Teile begonnen haben.

Matties: Welchen Vorteil bietet das?

Immonen : Wir bieten Kanäle mit geringerem Verlust, was insbesondere bei längeren Leiterbahnen ein Problem darstellt. Es gibt keine EMI-Probleme mit den optischen Kanälen oder Probleme mit dem Wärmemanagement. Sie können dichtere Linien in Ihrem Tracing-Layout verwenden und so den Platzbedarf an Bord um den Faktor 4 bis 6 reduzieren.

Matties: Wie schnell kann es gehen?

Immonen : Geschwindigkeit ist nur eine Messgröße; Bandbreitendichte und Gesamtdurchsatz sind die Schlüsselfaktoren für die Optik. Eine höhere Kanaldichte und -anzahl auf der gleichen Platinenfläche, sogar mit 10, 25 oder 40 Gbit/s pro Kanal, ermöglicht Ihnen Verbindungen mit Terabit-Kapazität. Durch Multiplexing wird die Kapazität noch weiter erhöht. Wenn Sie außerdem die Anzahl der Schichten reduzieren – wenn ich eine optische Schicht hätte, wären es beispielsweise sechs Signalschichten – würden sich Ihre Gesamtkosten, die Dicke und die Materialien verringern.

Matties : Gibt es praktische Anwendungen? Wird dies bereits in der realen Welt angewendet?

Immonen : Noch nicht. Wir führen mehrere Kundenproduktprogramme durch und evaluieren Prototypprogramme und arbeiten außerdem an großen Konsortialprogrammen. Die Kunden kommen aus Bereichen wie Routing- und Switching-Anwendungen sowie Speicheranwendungen. Beim Supercomputing kommt natürlich viel Optik zum Einsatz, aber das ist ein Nischengeschäft.

Matties : Sie sagten, Sie streben an, die Anzahl der Ebenen von sechs auf eine zu reduzieren, aber was ist derzeit das Optimum, bei dem Sie sich wirklich wohl fühlen und auf das sich die Leute verlassen können? Ist sechs zu eins das Ziel?

Immonen : Das ist realistisch, weil wir viel mehr Daten aus dieser einen Leitung des optischen Kanals übertragen können und viele davon parallel im Abstand von weniger als 100 Mikrometern haben. Wenn Sie die Frequenz erhöhen, müssen Ihre Kupferübertragungsleitungen natürlich weiter voneinander entfernt sein und Sie benötigen mehr Platz in der Elektrik, sodass Sie mit der Optik Dichten erzielen können, die problemlos das Sechsfache der Standardkupferleiterbahnen betragen.

Matties : Ich verstehe. Welche Kunden interessieren sich dafür? Handelt es sich in erster Linie um Telekommunikation?

Immonen : Konventionelle Telekommunikation ja, aber immer mehr ist es das exponentielle Wachstum von Cloud-Anwendungen und riesigen Rechenzentren. Diese Zentren werden immer größer und verbrauchen mehr Energie für ihren Betrieb. Der Trend geht zu verteilten und disaggregierten Systemen. Das bedeutet, dass Ihre Rechenleistung und Ihr Speicher physisch getrennt sind, beispielsweise in verschiedenen Racks. Dann benötigen Sie Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsverbindungen mit geringer Latenz zwischen ihnen, die nur über optische Mittel möglich sind.

Matties: Gibt es Ihrer Meinung nach andere Konkurrenten dieser Technologie?

Immonen : Es gibt einige kleine, spezialisierte Unternehmen, aber wenn es um das geht, worauf sich TTM speziell konzentriert – die hohen Stückzahlen –, gibt es aufgrund von Kosten und Einschränkungen weniger Konkurrenz. Die endgültige Entscheidung wird auf der Grundlage des Vergleichs der Kosten mit der vorhandenen ausgereiften Technologie getroffen. Daher müssen wir preislich wettbewerbsfähig sein – und um ehrlich zu sein, gibt es in dieser Hinsicht, wenn überhaupt, noch nicht viele, wenn überhaupt, Großserien-PCB-Hersteller mit optischen PCB-Produkten.

Matties: Halten Sie dies für eine disruptive Technologie?

Immonen : Es ist definitiv störend. Das bedeutet, dass Sie zunächst robuste technische Bausteine ​​benötigen, darunter optische Wellenleiter, unterstützende Steckverbinder und Transceiver-Engines, um die funktionale Verbindung innerhalb eines Systems aufzubauen. Darüber hinaus benötigt der Designer jedoch leicht verfügbare EDA-konforme Designtools und Designrichtlinien, um leicht zu verstehen, wie er die Optik verwenden kann. Das Prozessteam benötigt neue Testinfrastrukturen und Qualifizierungsverfahren in der Fabrik, und schließlich müssen wir langfristige Zuverlässigkeitstestdaten bereitstellen, um den Nachweis der Robustheit zu erbringen. Andernfalls kann der Kunde die Entscheidung über die Umsetzung nicht bestätigen.

Matties : Es handelt sich also um eine High-End-Marktanwendung. Sehen Sie, dass es mit der Zeit sinkt?