DesignCon 2025：Infraeo的裸片DSP直接集成800G AEC

Infraeo、深圳wandtec以及/Alphawave semi在DesignCon 2025会议上介绍了他们24Q4发布的全球首款采用裸片DSP的800G有源电缆(AEC)产品。这项工作主要就是去掉了DSP芯片的封装层(PKG)，直接把DSP裸芯片(KGD)通过COB和mSAP工艺，嵌入电缆组件中。这一设计摒弃了传统的封装和中介层，通过精心优化的引脚映射、先进的封装技术、合理的布局配置以及优化的导线端接等手段，该设计极大地提升了信号完整性。同时，KGD直接嵌入的设计在散热性能上也实现了重大突破。传统带封装的DSP由于封装结构的限制，散热效果不佳，容易导致组件过热，进而影响其使用寿命和性能。而KGD裸片的设计则允许直接在芯片表面应用热界面材料（Thermal Interface Material，TIM）和散热器，显著提升了散热效率，有效解决了散热难题，确保组件在高速运行时也能维持稳定的性能。

值得一提的是，该技术还具备前瞻性，可与224G解决方案兼容，适用于光通信和有源铜缆等多种布线应用场景，展现出强大的通用性。 COB和mSAP技术在这一设计中发挥了关键作用。COB技术将裸半导体芯片直接安装并键合到印刷电路板（PCB）上，缩短了互连路径，减少了占用空间，提升了信号完整性，同时还降低了成本。mSAP技术则专注于实现极细的走线宽度和间距，能够制作出高精度的电路图案，提升了PCB的电气性能，为复杂的设备设计提供了有力支持。二者结合，为先进电子设备的小型化和高性能化提供了坚实的基础。

◆ 传统封装DSP的性能分析 为了更全面地评估KGD设计的优势，先来看看传统封装DSP的性能表现。研究中采用的是Alphawave Semi开发的Cu-Wave AW100封装数字信号处理器（DSP），基于800G OSFP铜缆组件来测试。 （一）信号完整性仿真 ◆Host侧仿真

主要关注从DSP到桨卡金手指连接器的信号路径。模拟选用Megtron 7作为PCB材料，其在1GHz下的介电常数（Dk）为3.3，耗散因子（Df）为0.0015。

从仿真结果来看，在26.56GHz的奈奎斯特频率（对应106.25Gbps PAM4信号）下，接收器通道RX1 - RX6的插入损耗（IL）在1.4 - 1.6dB之间，这表明信号在主机端通道传输时衰减较小，传输效率较高。而回波损耗（RL）在30GHz以下都保持在 - 10dB以下，这意味着信号反射极小，有助于提升信号完整性和系统可靠性。

对于串扰，评估了RX3 - RX5和RX3 - RX1等关键相邻通道对，在26.56GHz时，RX3 - RX5的近端串扰（NEXT）约为 - 48dB，远端串扰（FEXT）达到 - 42dB ，RX3 - RX1对的NEXT水平与之相似，说明设计在抑制串扰方面有一定成效。 ◆ 线路侧仿真

涵盖了从DSP到电缆终端的信号路径，包括发射器（TX）和接收器（RX）通道。模拟结果显示，由于走线长度和布线方式的差异，接收器通道RX6、RX7和RX8的插入损耗有所不同。其中，RX6的走线较短，在26.56GHz时IL约为0.6dB，而RX7和RX8的IL值在1.2 - 1.3dB之间。发射器通道TX1、TX2和TX3的IL值则在1.2 - 1.5dB范围内，整体线路端通道的传输性能可接受。

线路端通道的回波损耗在奈奎斯特频率下保持在 - 11dB以下，表明阻抗匹配良好，信号反射得到有效控制。在串扰方面，分析了RX8 - RX7和TX2 - RX7等相邻通道对，RX8 - RX7在26.56GHz时NEXT为 - 48dB，FEXT为 - 48dB，TX2 - RX7的NEXT更低至 - 58dB，FEXT为 - 60dB，这充分显示出差分对之间的有效隔离，干扰得到了显著降低。

（二）热仿真

仿真设置在环境温度70°C、功耗小于10W的严苛条件下进行。模拟模型包含Cu-Wave AW100封装DSP和其他关键组件，并采用了Prolimatech PK-3导热膏等先进热管理材料。在仅使用导热膏的基线配置下，DSP的表面温度达到了88.2°C，超过了85°C的运行极限，这表明基线设计在极端条件下无法保证可靠运行。而在添加铜板后，DSP的表面温度降至84.9°C，成功将温度控制在安全范围内，这充分证明了高导热材料与优化热界面相结合的有效性。

三、KGD DSP的性能优势 接下来，重点分析KGD DSP的性能表现。KGD形式的Cu-Wave AW100 DSP与封装版本具有相同的核心功能，支持IEEE 802.3ck的Chip-to-Module（C2M）和Chip-to-Chip（C2C）标准，并采用了先进的均衡技术，确保在复杂的电气通道中也能实现可靠的信号传输。与封装版不同的是，KGD DSP通过倒装芯片技术直接安装在PCB上，这种方式减少了引线键合带来的寄生效应，有效提升了信号完整性，降低了延迟。 （一）信号完整性模拟

◆ Host侧仿真

KGD DSP 在Host 侧的模拟通道（R1 - R6）与封装版一致，便于直接对比。从插入损耗（IL）模拟结果来看，在26.56GHz的奈奎斯特频率下，KGD DSP的IL在大多数通道上比封装版改善了约0.5dB。这主要得益于更小的过孔直径降低了电容，使阻抗增加了约1欧姆，从而提升了数据传输性能。

在回波损耗（RL）方面，KGD DSP的RX1 - RX6通道在30GHz以下的RL保持在 - 9dB以下，比封装版低1dB，这得益于优化后的走线阻抗更接近87.5Ω。

串扰方面，评估了RX3 - RX4 NEXT和RX2 - RX4 FEXT等最差情况通道。结果显示，RX3 - RX4 NEXT在50GHz以下都保持在 - 40dB以下，而封装版的最差串扰通道RX1 - RX3在40GHz时就超过了 - 40dB。这一改善得益于优化后的走线布局，增加了差分对之间的间距，有效减少了干扰。

◆ 线路侧仿真

线路侧仿真模型从DSP延伸至电缆终端，模拟了收发器通道TX1、TX2、TX3和接收器通道RX6、RX7、RX8的SI性能。插入损耗（IL）模拟结果表明，在26.56GHz时，KGD桨形卡的线路端IL比封装版改善了约0.2dB。回波损耗（RL）方面，KGD DSP的RX1 - RX6通道在30GHz以下的RL保持在 - 10dB以下，略优于带封装版。

在串扰方面，关注RX8 - RX7 NEXT和RX8 - RX7 FEXT等最差情况通道。结果显示，RX8 - RX7 FEXT在40GHz以下都保持在 - 40dB以下，而带封装版本的最差串扰通道RX5 - RX3在40GHz时超过了 - 40dB，这得益于KGD设计中差分对之间40mil的较大间距，有效优化了走线布局，降低了串扰。

（二）热仿真

DSP裸片散热难度加大，因为相同的功耗需要在更小的表面积上进行散热管理。在热仿真中，对KGD裸片施加小于10W的最大功率，并采用16x68mm的铜带增加散热面积，同时在裸片与铜带、铜带与金属外壳之间涂抹Prolimatech PK-3导热膏。仿真结果显示，在环境温度70°C、最大功率小于10W的条件下，裸片芯片温度为84.2°C，低于85°C的工作温度限制。尽管KGD裸片尺寸仅为封装版DSP的十分之一，但通过优化的TIM解决方案，利用铜带的高导热性和增大的接触面积，成功实现了有效散热。

四、总结与展望 通过上述对传统封装DSP和KGD DSP的全面分析，可以清晰地看到，将KGD DSP直接集成到有源电气电缆（AEC）组件中，在高速互连设计和性能方面实现了重大突破。与传统封装配置相比，KGD DSP在信号完整性和功率效率等方面都展现出显著优势。通过采用高导热铜带和Prolimatech PK-3导热膏等先进材料，能够有效应对紧凑芯片尺寸带来的散热挑战，确保DSP在最大功率条件下也能在规定温度范围内稳定运行。