光模块

2024年,AI圈陆续传出王炸级新闻。先是OpenAI推新款大模型Sora,该模型只需输入文字,便可生成惟妙惟肖高清视频,再次让世界感受到了人工智能的强大。2月19日,国务院国资委召开“AI赋能 产业焕新”中央企业人工智能专题推进会。会议强调,要推动中央企业在人工智能领域实现更好发展、发挥更大作用。

随着AI商业化以及配套政策的落地,2024年将是AI产业爆发的元年。然而,目前AI行业建设仍面临诸多挑战。随着AI技术的发展,大模型、大数据、大算力日益成为AIGC应用的核心。大模型和数据集是AIGC发展的软件基础,而算力是最为重要的基础设施。AI服务器以并行计算为主,核心处理器主要依靠GPU,但除了GPU性能外,通信因素也会成为制约超算的短板,只要有一条链路出现网络阻塞,就会产生数据延迟。因此,AI服务器对于底层数据传输速率和延时的要求非常苛刻,需要高速率的光模块与之匹配。而光模块作为实现高速、稳定数据传输的关键器件,也随之开启新一轮的产品迭代。其中,800G光模块(传输速率达到800Gbps)作为数据中心以太网中的必要光电转换设备,可完美匹配AI服务器激增的算力和数据交互,在数据中心、云计算、网络通信等领域中被广泛应用。

STM32H5 助力高速光模块应用

2023年,ST推出STM32H5系列,该系列作为新标杆服务于工业应用市场。用于高性能设计的STM32H5系列基于强大的Arm® Cortex®-M33内核 ,运行频率高达250MHz,从最基本的安全构建模块到ST维护的安全认证服务,提供可扩展的安全性,满足所有应用需求。

STM32H5系列基于ST先进的40nm工艺,实现更优化的性价比平衡,提供丰富的内存,外设和封装选择,将给用户带来更强劲的性能和安全性,提供更多设计自由,加快产品上市。

作为新一代高性能MCU系列,STM32H5延续STM32现有的生态系统,有助于开发者轻松实现各类开发应用,还新增了一些特有的新功能,例如I3C通信接口,Secure manager,器件生命周期管理,适合各种智能化应用,尤其是高速通信应用。

引入I3C接口

ST在STM32H5中引入了一个新的通信接口I3C,它是对I2C通信接口的升级,同样基于两根总线SDA和SCL,但性能更高,且可以兼容I2C。

I3C可以在同一根总线上支持更多节点,而不会因为要支持中断或是休眠模式而增加额外的逻辑信号。下图是I3C通信的典型连接方式,支持多种设备类型,当前主设备,辅助主设备,I3C从设备,I2C从设备, I3C设备和I2C设备同时工作。

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更紧凑的封装

随着AI算力不断提升,数据量呈海量增长,传输带宽不断提高,光模块需要具备更高的传输速率和更小的尺寸以适应不同的使用场景。其封装方式也在不断优化,更小封装和更低功耗可以带来更高的端口密度,使得在同样的功率下可以驱动更多的光模块。STM32H5基于ST优化的40nm工艺,采用超小封装-WLCSP80(3.5✖3.27mm), 2M flash,很好满足了高速光模块对于小尺寸的要求。

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更安全的架构

光模块配置和交换机级别的安全是网络架构中至关重要的一环,需要确保只有授权用户才可以访问和配置光模块和交换机,这就要求系统具备强大的身份验证机制。

为减轻客户安全应用的开发成本,ST帮助客户通过安全认证,缩短产品上市时间,推出了交钥匙的安全解决方案,即STM32H5 Secure Manager安全管理器。

Secure Manager提供完整的安全启动与安全升级功能以及安全服务,可以支持多方软件代码IP保护,支持多种配置,并且符合PSA API标准。另外,用户也可以根据需要进行扩展,加入更多的安全模块。

Secure Manager由ST长期维护和支持,使用二进制文件交付,即使客户的产品需要进一步的安全认证,也不需要进行复杂的代码开发。

随着AI应用不断深入,对光模块的性能要求也越来越高。AI系统希望光模块具有更高的速率、更小尺寸和更高的安全性。而作为光模块中的核心芯片,STM32H5将凭借强劲的性能,强大的安全性,依托成熟的STM32生态,助力打造创新的光模块设备,满足AI产业的发展需求。

来源:STM32

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2023年以来,生成式人工智能ChatGPT及横空出世的视频生成模型Sora极大地影响人类科技发展的方向。这些AI大模型产品推动了数据中心的结构升级,数据存储和传输的需求相比以往倍速增长,数据中心的数据传输速率的要求也随着应用逐步升级。作为光通信产业链上的核心产品之一的光模块,尤其是高速光模块(100G、400G、800G等),其需求将在未来几年迎来暴增。

高速光模块的应用一是数据中心,包括机架中的数据传输、机架到机架之间的数据传输,以及数据中心的互联;二是传输网上的应用,主要是主干网和城域网等管道上的数据传输。

高速光模块应用场景

光模块,是光收发一体模块(Transceiver)的简称,主要是做光电信号的转换,发送端把电信号转换成光信号,通过光纤传送后,接收端再把光信号转换成电信号。  

一个高速光模块,通常由MCU、DSP、光发射器件(TOSA)、光接收器件(ROSA)、TIA(跨阻放大器)、PD(光电二极管)、EML(外调激光器)、TEC(温控芯片)、相关功能电路和光(电)接口等部分组成。从交换机来的NRZ信号,经过TOSA调制成PAM4信号,透过EML器件,转换成光信号进入光纤进行传输;在接收端,来自光纤的光信号经过PD转换成电信号,经过TIA信号放大后,透过ROST又调制成NRZ信号,信号链路如图1。

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图1 100G及以上高速光模块应用框图

产品简介

针对高速光模块应用,小华半导体推出了HC32F472系列模拟丰富MCU新品,其功能框图如图2。

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图2 HC32F472系列产品框图

HC32F472基于经小华高性能MCU长期验证与量产出货的40nm嵌入式闪存工艺,采用广泛易用的Arm Cortex-M4内核,并为小型化的光模块设计度身定制了BGA64 (4x4mm^2) 小封装。除了这些功能之外,HC32F472在算力、模拟外设(ADC、DAC、Vref、CMP)、PWM定时器、通信外设(IIC、MDIO)等规格方面做了专门的设计。具体功能与性能指标如下:

1、120MHz主频的Arm Cortex-M4内核,集成FPU;

2、512KB Dual-bank Flash,64KB+4KB SRAM,其中32KB SRAM具备ECC功能;

3、3个12-bit 2.5MSPS ADC单元,多达29个采样通道;

4、8通道12-bit DAC,单通道最大可驱动10mA;

5、内置2.5V高精度Vref;

6、4路电压比较器CMP;

7、I/O独立供电(支持8个管脚1.2~3.6V独立供电);

8、I2C 通信速率高达1Mbps,支持BootLoader下载和热插拔;

9、支持PLA和MDIO外设;

10、具备复位保持功能:软件、WDT复位时,DAC和端口能实现输出保持;

11、1.8 ~ 3.6V低电压供电;

12、BGA64 (4x4mm^2)小封装,满足光模块应用;

开发工具及开发套件支持

HC32F472系列现已提供完整的样片、评估板(图3)和软件开发包支持。官网资料下载。

下载链接:https://www.xhsc.com.cn/Productlist/info.aspx?itemid=28154

HC32F472系列已量产并可接受批量订单。有关样片申请与芯片购买事宜,请联系小华半导体销售和官方代理商。

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图3 STK-HC32F472评估板

来源:小华半导体有限公司

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光模块是光纤通信系统的核心器件之一,全称为光收发一体模块,能够完成光信号的光-电/电-光转化过程。

新唐科技推出了最新的超值型 MCU 产品 NuMicro M029G,面向入门级光模块应用领域,丰富了其光模块应用 MCU 产品矩阵。

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NuMicro M029G 系列微控制器专为光收发模块应用而设计,基于带有32位硬件除法器的 Arm Cortex-M0 内核。主频 48 MHz,具有 32 KB Flash、2 KB Ram、2.7V 至 3.6V 工作电压、支持 5V I/O 耐受和 -40°C 至 +105°C 工作温度。

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M029G 系列特色:

  • 内置温度传感器:0℃ 到 70℃ 的精度为 ±1.6℃;-40℃ 至 105℃ 的精度为 ±2℃

  • 小封装:QFN24 3*3mm

  • 内置 2 组 IIC slave,出厂预烧录 IIC Bootloader

  • 内置 2 组 12-bit DAC

  • 与 M030G/M031G 同平台兼容,易于设计和扩展

NuMicro M029G 系列将丰富的模拟及数字周边整合于小尺寸的 IC 中。包括 11 路通道的 12-bit ADC、2 组的 32 位定时器、1 组 UART、1 组 SPI,以及多达 5 通道PDMA (可减轻 CPU 负载),内部参考电压可输出 2.5V。

关于开发工具,新唐提供 NuMaker 评估板和 Nu-Link 调试器。支持带有 GNUGCC 编译器的第三方 IDE,例如 KEIL MDK、IAR EWARM、Eclippse IDE。

M029G 以丰富的产品配置,优异的产品性能,入门级的价格,为通用光模块市场提供了新的解决方案, 欢迎大家询问。

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从数通领域到电信领域的光模块应用;从现有的通用光模块,到新兴的 5G 调顶光模块,新唐可以提供完整的光模块 MCU 解决方案:NuMicro M029G/ M030G/ M031G 系列,M031G 系列更是全球第一颗支持硬件调顶功能的 MCU 产品。

来源:新唐MCU

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