Broadcom推出的Tomahawk5（BCM78900系列，简称TH5）芯片是面向下一代数据中心和AI/ML网络设计的突破性产品。这款采用5nm工艺的单片交换芯片以51.2Tb/s的交换容量刷新行业标杆，较前代产品带宽翻倍，同时通过多项技术创新实现了高性能与低功耗的平衡。
TH5的核心优势源于其高度集成的架构设计。芯片内部搭载512条106.25Gb/s PAM4 SerDes通道，支持100GbE至800GbE的灵活端口配置，并通过共享缓冲架构动态分配资源，显著提升了突发流量处理能力和服务质量。
Broadcom自主研发的Peregrine SerDes技术不仅支持铜缆直连（DAC）、面板可插拔光模块（LPO）和共封装光学（CPO）等多种物理连接方案，还实现了45dB以上的信号插入损耗性能，为数据中心运营商提供了高性价比的组网选择。
功耗控制是TH5设计的核心挑战之一。通过多档自适应电压调节（AVS）技术，芯片在0.7V至0.7875V范围内以12.5mV精度动态优化电压分配，结合架构层面的创新，最终将典型运行功耗降至450W，较前代产品每比特能耗从12.0pJ进一步降低至8.8pJ。
这一成果不仅得益于5纳米工艺的能效提升，更依赖于微架构优化与SerDes技术的协同改进。例如，TH5采用对称布局设计减少物理模块数量，通过半定制化数据包缓冲提升内存利用率，并利用穿透式布线降低互联成本。
此外，芯片的电源传输网络（PDN）设计需要应对550纳秒内430A电流突变的极端工况，为此团队通过多层铜PCB板与解耦电容的组合方案，将电压纹波严格控制在3%以内，确保了系统稳定性。
封装技术方面，TH5采用独创的压缩六边形BGA布局（球间距0.9mm）（图16.1.4），在缩小封装尺寸的同时优化了信号完整性指标。通过预置定制化测试平台，Broadcom在流片前便完成了对芯片-封装交互效应的全面验证，最终一次性通过JEDEC组件级可靠性测试，并满足高温翘曲等严苛标准。在实际部署中，TH5验证套件（SVK）以无盖封装配合空气冷却系统实现高效散热（上图的底部），支持64个800G端口通过堆叠式OSPP连接器互联，展现了极简的系统设计理念。
对于光模块集成，TH5支持共封装光学方案（CPO），其能效可达4.8pJ/bit（图16.1.5），较传统全调制光模块节能超过60%。
光模块的链路性能（如下图）进一步验证了其在复杂场景下的可靠性。图中左上部分显示的是使用 PRBS31 测试模式的前向纠错前误码率（Pre FEC BER）；右上部分显示的是实际流量下的前向纠错前误码率（Pre FEC BER），而最下面则是它的模块测试平台（MTP），用于 LRO/LPO 光模块验证。
下图左边部分显示Tomahawk5 共封装了8个光学引擎，每个引擎容量为6.4T；右部分表明Tomahawk5 共封装光学链路性能符合 IEEE 400GBase-FR4 标准。
从技术演进角度看，Tomahawk系列芯片自28纳米工艺的3.2Tb/s起步，历经五代迭代，在工艺节点、带宽密度和能效比上持续突破。
参考文献：IEEE-Tomahawk5:51.2Tb/s 5nm Monolithic Switch Chip for Al/MLNetworking.
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