背景技术
随着以太网速率的提升,传输信号的频率越来越高,在介质中的损耗也越来越大,从而使得整个系统的互联网成本急剧增加。传输信号的介质通常有DAC(Direct AttachCable)高速线缆、ACE(Active Electrical Cable)有源电缆、多模光纤和单模光纤等,其中DAC的最为便宜,而且使用量也最大。然而随着速率的提升,支持3m的DAC Cable也变得越来越困难,最新的IEEE802.3已经将经将112G标准支持的DAC Cable从3m降低到2m。因此传统在数据中心、核心交换网络、企业网络中大量使用2~3m DAC cable在未来都无法支持升级到更高的速率。据统计,2~3m的Cable占所有DAC Cable的40%左右,因此将他们迁移到成成本更高的AEC或者光纤(大约成本为DAC cable的几倍到十几倍),会使得布线的成本急剧增长。另外,AEC和光纤带来的另外一个副作用是大大增加了系统功耗,这对于功耗上已经捉襟见肘的数据中心来讲,更是一个巨大的负担。
因此,使用一些新型的解决方案,使得交换链路上的损耗更小,从而使得其能够支持更长的DAC电缆,有很大的经济价值和现实意义。
传统的交换机的主板布局如图1所示,交换机的面板端口放置在主板边缘,一般为32个端口。如果使用2层或者4层结构,则端口数可以增加为64或者128。
主交换芯片通常放在前面板端口的后面距离1~2寸的位置,在一般的设计中,主交换芯片和面板通过主板PCB走线连接,由于新型的交换机需要支持越来越多的端口,因此通常需要将大部分管脚用与和面板端口的连接。其连接图如下入所示,一般的,中间位置的端口,如13-20位置,离得最近,所以走线最短,一般为2-3inch左右。最长的是两边的端口,如图中的1-4,29-32,距离最远,长度也最长,一般超过8inch,达到10inch甚至12inch以上(具体长度和芯片的大小相关)。
由于主板上的PCB走线损耗很大,即便用最好的材料,对于频率>13.5GHz的信号来说,每inch的损耗达到了0.5dB以上,而对于频率>26.5GHz的信号来说,则每inch的损耗达到了1dB以上。随着交换机的速度越来越高,其接口频率也越来越高,从1G,10G,25G,40G,56G,到现在的112G甚至以后的200G,400G,其频率也越来越高,因此每inch的PCB的损耗也成比例的增长。
另一方面,由于功耗和成本的限制,一般链路支持的总的损耗是非常有限的,一般为30dB左右,最高也就到40dB,其中分配给交换机主板的损耗,也就大约5~10dB左右。
另外,为了支持更低成本的DAC线缆,留给交换机主板的损耗则进一步降低,大约为5dB左右。这意味着交换机有近一半的端口无法支持或者是只能有限的支持低成本的线缆。如果必须要支持,则需要在走线>5inch的端口前增加一个驱动芯片,这又大幅增加了交换机的成本。
因此,需要有效地减小交换机主板上的布线长度,以降低链路损耗、降低交换机成本。
发明内容
本发明提供一种交换机的主板结构,包括:
主面板;
设置于所述主面板上的主芯片,所述主芯片具有多个引脚;以及
设置于所述主面板的外边缘处的上行端口和下行端口;
其中,所述上行端口为光端口,所述下行端口为电端口,所述电端口通过传输走线与对应的所述引脚连接,所述光端口通过光电转换模块与对应的所述引脚连接。
优选地,所述主芯片的长度的延长线与所述主面板的所述外边缘相交,所述主芯片的宽度的延长线与所述主面板的所述外边缘相交。
优选地,所述下行端口包括多个第一端口组,每一所述第一端口组均通过传输走线与对应的所述引脚连接,多条所述传输走线中的至少两条传输走线交叉干涉。
优选地,所述光电转换模块设置在所述主面板上,并位于所述主芯片与所述上行端口之间。
优选地,所述光电转换模块设置在所述主芯片的封装表面上。
优选地,所述下行端口包括至少四组第一端口组,每一所述第一端口组包括上下层叠对齐设置的多个电端口。
优选地,每一所述第一端口组中的每一层具有至少四个电端口。
优选地,所述上行端口包括多个第二端口组,每一所述第二端口组包括上下层叠对齐设置的多个光端口,每一所述第二端口组通过对应的所述光电转换模块与对应的所述引脚连接。
优选地,多个所述第一端口组与多个所述第二端口组沿所述主面板的所述外边缘依次布置。
优选地,所述主芯片的几何中心与多个所述第一端口组的在所述主面板的所述外边缘上的中心对齐。
根据本发明的交换机的主板结构,通过设置光电转换模块实现主芯片与上行端口的连接,有效减少了PCB板上的走线长度,将损耗降到最低,从而实现更低的系统成本和系统复杂度,并且达到更高的性能和噪声余量,改善交换机的系统设计。
具体实施方式
现在将参考附图描述实施例,其中相同的附图标记在各个附图中表示相应或相同的元件。
第一实施方式
如图2所示,本实施例的交换机的主板结构100包括:主面板110、设置于主面板110上的主芯片120、设置于主面板的外边缘处的上行端口13-和下行端口140。具体地,如图2所示,主芯片120具有十个引脚,分别问引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8、引脚9和引脚10。
其中,上行端口130为光端口,下行端口140为电端口,下行端口140通过传输走线(图2中的实线)与对应的引脚连接,上行端口130通过光电转换模块150与对应的引脚连接,例如,图2中的虚线表示光电转换模块150与上行端口140之间的光线传输路径。
优选地,下行端口140包括多个第一端口组,每一第一端口组均通过传输走线与对应的引脚连接。更优选地,下行端口包括至少四组第一端口组,每一第一端口组包括上下层叠对齐设置的多个电端口。每一第一端口组中的每一层具有至少四个电端口。具体地,如图2所示,主面板110的外边缘布置有48个端口,分为上下两层设置,其中上层具有电端口1-电端口24,对应地,下层设置的是例如标号为25-48的电端口,可以理解,标号25-48并未在图2中示出。48个端口被分成六组第一端口组,每八个端口为一组。因此,每一第一端口组对应连接主芯片的引脚1至引脚6。
优选地,上行端口130可以包括多个第二端口组,每一第二端口组包括上下层叠对齐设置的多个光端口,每一第二端口组通过对应的光电转换模块与对应的引脚连接。在本实施方式中,如图2所示,上行端口包括8个光端口,分为上下两层设置,其中上层具有光端口49-光端口52,对应地,下层设置的是例如标号为53-56的光端口,可以理解,标号53-56并未在图2中示出。上下对应的光端口可以理解为一组第二端口组,由此,8个光端口被分为四组第二端口组。
可以理解,上行端口130包括48个100G端口,以连接机柜内或者相邻机柜内的服务器;下行端口140包括8个400G端口,以连接其他机柜上的TOR交换机。
优选地,多条传输走线中的至少两条传输走线交叉干涉。如图2所示,引脚1所连接的传输走线与引脚2所连接的传输走线交叉干涉,引脚5所连接的传输走线与引脚6所连接的传输走线交叉干涉。由此,可以尽可能地缩短走线长度。优选地,传输走线可以是DAC电缆或ACE电缆。
更具体地,如图2所示,光电转换模块150设置在主面板110上,并位于主芯片120与上行端口130之间。由此,四组第二端口组通过四个光电转换模块150连接主芯片120的引脚7至引脚10。可以理解,光电转换模块150可以是光模块。
更优选地,多个第一端口组与多个第二端口组沿主面板110的外边缘依次布置。进一步地,主芯片120的几何中心O与多个第一端口组的在主面板110的外边缘上的中心对齐K。由此,可以尽量减少传输走线的长度。
由此,通过设置光端口,并且设置光电转换模块实现主芯片与光端口的连接,有效减少了PCB板上的走线长度,将损耗降到最低,从而实现更低的系统成本和系统复杂度,并且达到更高的性能和噪声余量,改善交换机的系统设计。
第二实施方式
下面将参照图3描述根据第二实施方式的交换机的主板结构200。除了光电转换模块的布置方式之外,交换机的主板结构200具有与主板结构100相同的结构和/或构造。因此,具有与第一实施方式中的元件基本相同功能的元件在此将标号相同,且为简洁起见,此处不再详细描述和/或示出。
如图3所示,光电转换模块150设置在主芯片120的封装表面上。由此,可以有效地降低主芯片120与光电转换模块150之间的走线长度。更具体地,可以采用CPO技术将光电转换模块150设置到主芯片120的封装表面上。
第三实施方式
下面将参照图4描述根据第三实施方式的交换机的主板结构300。除了主芯片的布置方式之外,交换机的主板结构300具有与主板结构200相同的结构和/或构造。因此,具有与第二实施方式中的元件基本相同功能的元件在此将标号相同,且为简洁起见,此处不再详细描述和/或示出。
如图4所示,主芯片120的长度的延长线与主面板110的外边缘相交,主芯片120的宽度的延长线与主面板110的外边缘相交。可以将图2和图3中所示的主芯片120的设置位置定义为主芯片的摆正位置,则图4所示的主芯片设置成相对于摆正位置倾斜一定的角度,使得主芯片120的长度的延长线与主面板110的外边缘相交,主芯片120的宽度的延长线与主面板110的外边缘相交。
具体地,如图4所示,主芯片120以引脚2和引脚3之间的顶点A作为旋转点,从图2所示的摆正位置顺时针旋转了45度到达当前的位置。当然,在其他实施方式中,也可以旋转30度、60度等等。这样布置,是为了尽可能地缩短走线长度。
第四实施方式
下面将参照图5描述根据第四实施方式的交换机的主板结构400。除了光电转换模块的布置方式之外,交换机的主板结构400具有与主板结构300相同的结构和/或构造。因此,具有与第三实施方式中的元件基本相同功能的元件在此将标号相同,且为简洁起见,此处不再详细描述和/或示出。
如图5所示,光电转换模块150设置在主面板110上,并位于主芯片120与上行端口130之间。由此,四组第二端口组通过四个光电转换模块150连接主芯片120的引脚7至引脚10。
第五实施方式
下面将参照图6描述根据第五实施方式的交换机的主板结构500。除了上行端口和下行端口的数量以及布置方式之外,交换机的主板结构500具有与主板结构100相同的结构和/或构造。因此,具有与第一实施方式中的元件基本相同功能的元件在此将标号相同,且为简洁起见,此处不再详细描述和/或示出。
如图6所示,主面板110的外边缘布置有40个端口(可以理解为下行端口),分为上下两层设置,其中上层具有电端口1-电端口20,对应地,下层设置的是例如标号为21-40的电端口,可以理解,标号21-40并未在图6中示出。40个端口被分成五组第一端口组,每八个端口为一组。因此,每一第一端口组对应连接主芯片的引脚1至引脚5。
上行端口130包括10个光端口,分为上下两层设置,其中上层具有光端口41-光端口45,对应地,下层设置的是例如标号为46-50的光端口,可以理解,标号46-50并未在图6中示出。上下对应的光端口可以理解为一组第二端口组,由此,10个光端口被分为五组第二端口组,分别对应连接主芯片的引脚6至引脚10。
第六实施方式
下面将参照图7描述根据第六实施方式的交换机的主板结构600。除了上行端口和下行端口的数量以及布置方式之外,交换机的主板结构600具有与主板结构200相同的结构和/或构造。因此,具有与第二实施方式中的元件基本相同功能的元件在此将标号相同,且为简洁起见,此处不再详细描述和/或示出。
如图7所示,主面板110的外边缘布置有32个端口(下行端口),分为上下两层设置,其中上层具有电端口1-电端口16,对应地,下层设置的是例如标号为17-32的电端口,可以理解,标号17-32并未在图7中示出。32个端口被分成四组第一端口组,每八个端口为一组。因此,每一第一端口组对应连接主芯片的引脚1至引脚4。
上行端口130包括12个光端口,分为上下两层设置,其中上层具有6个光端口,对应地,下层设置有6个光端口。上下对应的光端口可以理解为一组第二端口组,由此,12个光端口被分为六组第二端口组,分别对应连接主芯片的引脚5至引脚10。
需要说明的是,本申请实施例并不旨在对本申请方案的各种端口的数量进行限制,例如本申请中的光端口数量可以根据需要设置为更多或更少,在此不做限制。
在本申请中,本文所用的术语“包括”及其派生词旨在是开放式术语,其指定所述特征、元素、部件、组、整数和/或步骤的存在,但不排除其他未说明的特征、元素、部件、组、整数和/或步骤的存在。此概念也适用于具有相似含义的词,例如,术语“具有”“包含”及其派生词。
当以单数形式使用时,术语“构件”“区段”“部分”“部”“元件”“主体”和“结构”可以具有单个部分或多个部分的双重含义。
本申请中的“第一”“第二”等序数词仅是标识,不具有任何其他含义,例如特定的顺序等。此外,例如,术语“第一元件”本身并不暗示“第二元件”的存在,术语“第二元件”本身也不暗示“第一元件”的存在。
如本文所用,术语“一对”除了包含其中一对元件具有彼此相同的形状或结构的配置之外,还可以涵盖其中该对元件具有彼此不同的形状或结构的配置。
术语“某一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。
本公开中使用的短语“至少一个”是指期望选择的“一个或多个”。例如,如果其选择的数量是两个,则本公开中使用的短语“至少其中之一”意是指“仅一个单一选择”或“两个选择中的两者”。其他例子,如果其选择的数量等于或多于三个,本公开中使用的短语“至少其中之一”是指“仅一个单一选择”或“等于或多于两个选择的任何组合”。例如,短语“A和B中的至少一个”包括(1)单独的A,(2)单独的B。以及(3)A和B两者。短语“A、B和C中的至少一个”包括(1)单独的A,(2)单独的B,(3)单独的C,(4)A和B,(5)B和C,(6)A和C,以及(7)A、B和C所有。换句话说,短语“A和B中的至少一个”在本公开中并不意味着“A中的至少一个和B中的至少一个”。
最后,如本文所用的诸如“基本上”、“约”、“大约”和“近似”等程度的术语是指修改后的术语的合理偏差量,使得最终结果不会显着改变。本申请中描述的所有数值都可以被解释为包括诸如“基本上”、“约”、“大约”和“近似”等术语。
显然,根据上述教导,本发明的许多修改和变化是可能的。因此,应当理解,在所附权利要求的范围内,本发明可以按本文具体描述的方式以外的方式实施。