芯片链接也无线? 片间无线连接技术解密

有线连接发展渐渐疲乏

无论是主板还是显卡，目前的PCB设计越来越复杂，PCB层数也越来越多。

芯片的发展速度甚至超出人们想象。在几年前，设计人员只能将大约十万个晶体管塞入一颗芯片。但现在，一颗芯片甚至拥有超过三十亿个晶体管，而这个数据还在进一步增长中。除了单芯片的体积增大外，PCB的设计也日渐复杂。包括PCB上多颗芯片并存、线路设计等问题，都会严重影响到PCB的设计和制造过程，加大PCB设计和制造的难度，并严重影响未来用户的使用情况。

以我们常见的产品显卡举例，显卡的P C B面积被机箱体积所限制，因此，设计人员不能无限制地扩大显卡PCB面积。但显卡本身除了需要容纳GPU核心，还需要容纳显存、PWM芯片以及各种其他元件。不过这还不是关键，因为目前电子元器件的体积日益缩小，它们依旧可以被很恰当地放置在PCB上。真正的关键在于布线：请想象一下在一张面积约为200平方厘米的PCB上，需要2000～3000条（甚至更多）各种各样的线路来满足芯片、元件对信号传输和供电的苛刻需求。除此之外为了稳定运行在高频率上，这些线路中传递的信号还必须清晰完整不受到干扰，这是多么困难的一件事情！

在单芯片显卡上，这样的布线设计还比较容易完成。但如果使用了更多的芯片，比如显存位宽从128bit升级到256bit甚至512bit，或者使用了2颗GPU芯片，布线的难度就大大增加。在这样的情况下，设计人员不得不增加PCB的层数，在一些功耗较大的产品中还必须加厚走线的铜箔，以便满足大电流通过的需求。这些问题在短期内还可以通过增加PCB层数等问题解决。但PCB本身总有一天会由于过于复杂的设计和生产成为电子产品的发展瓶颈。

PCB会随着层数增多、线路日渐复杂而导致良率下降、成本骤升，多层PCB生产中产生的污染也会更为严重。根据一些专业组织统计，2010年设备内部传输信息速度为10Gb/s（简而言之，就是一个封闭设备内部，各个组件之间信息的平均数据传输速度为10Gb/s），而这个数据在2015年将可能攀升至100Gb/s。如此大量的数据将给数据传输引线和生产制造带来非常大的压力。况且，即使解决了设计问题，另一个问题也可能随之而来——可靠性和安全性。依旧以显卡为例，现在中高端显卡的引脚数量往往在千个左右甚至更多。在使用的过程中，这些引脚可能会由于显卡自身重量、受热弯曲以及其他因素等与PCB的接触发生问题，比如虚焊、断裂甚至从PCB脱出，这在很大程度上降低了电子产品的安全性。

目前的GPU往往有上千个引脚，这给生产和制造带来了困难，同时这类高端GPU本身的封装费用也居高不下。

除了上述的PCB问题外，还有一类问题需要特别注意。那就是如SD卡、显卡、内存和硬盘SATA线等传统设备的数据连接处都有大量的触点，这些触点用于导通电流、或者提供能量支持，同时也用于传输数据。但很不幸的是，这些触点属于接触损耗型设计。也就是说，触点是依靠摩擦力互相接触，这种摩擦会给本来就较为脆弱的触点带来进一步的损害。在长时间摩擦后，触点可能变得不够稳固甚至失灵。另一个比较明显的例子就是显卡、内存和硬盘SATA接口等的插拔，普通用户一般不会经常插拔上述设备，而一些玩家一旦频繁插拔的话，就可能造成触点磨损、氧化和报废。

好了，我们说了一大堆有关连接的问题。但请注意，本文叙述的这些问题和担心，并不会马上就显著出现在实际应用中。这些问题的苗头已经显露，但还在可控的范围之内，短期内也不会成为影响电子产品的关键性问题。不过，未雨绸缪还是需要的，一些前沿性的研究就开始针对上述问题进行改进。