【技术】铜缆和光纤连接方案在数据中心的应用

 

云计算和边缘计算的广泛应用是推动数据中心数量和规模快速增长的众多因素之一。
 

即将到来的新兴技术，包括人工智能、智慧交通、8K视频、工业4.0，以及将要求令人难以置信计算能力的元宇宙等。

 

铜缆应用于服务器、路由器和交换机之间的大多数网络连接。由于数据中心现在极为庞大，容纳几十万台设备，系统设计者采用了有源铜缆和有源光缆来支持更长时间的应用，即使这些应用现在也达到了性能极限。

 

高速铜缆和PCB电路板受益于信号调节技术改进，如重定时器、补偿和前向纠错。广泛采用PAM4调制使实际的56+Gb/s通道成为可能。先进的PCB层压板材料延长了高速通道的实际长度。

 

 

随着突破性光学技术的引入，包括硅光子学、先进的激光调制技术和新一代光纤和连接器，使光学传输在某些应用中更接近与铜的经济成本临界点。

 

光纤具有多种技术优势，包括特殊的带宽、长距离的低衰减和失真、体积小，以及抗电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)等。

 

铜缆和光纤之间的经济和性能比较延续到今天，光纤在越来越多的应用中变得具有竞争力。

光纤在耐久性、弯曲半径和损耗特性方面的进步，再加上新的激光源和调制器，使光纤在某些应用中更有吸引力。

 

 

一根人类头发丝大小的光纤可以以每秒千兆比特的速度传输64个通道的数据。

与此同时，随着数据速率接近224 Gb/s PAM4，高速铜链路可能在接触范围方面遇到了技术瓶颈。随着速度的增加，串扰、反射、歪斜、衰减和符号间干扰(ISI)的负面影响会降低性能。

 

为了增强光信道先进的信令技术，包括密集波分复用(DWDM)，增加了单根光纤可以传输的信道数，而相干数据传输则使单模光纤(SMF)的数据传输更接近香农极限。

 

虽然铜正在接近其技术极限，但光纤正在为支持未来数据传输需求打开另一扇窗口。

其结果是，在数据中心的外部和内部都逐渐采用光纤互连。传统上是服务器、交换机和机架之间的铜缆连接，现在被几米到数百英尺的光纤连接所取代。

 

在当今庞大的数据中心，传输效率和光纤体积小变得非常有吸引力。以太网，继续作为整个数据中心和载体网络的通信骨干网，目前正在发展到800G光学系统，并着眼于1.6 Tb以太网的标准化。

 

光纤和连接器制造商正在应对日益增长的光纤应用，他们引入了具有先进功能和新的高密度可插拔接口的光纤。

今天的光纤具有降低衰减和提高弯曲电阻的特点。

空心芯、多芯和极化光纤支持特定应用要求。

高光纤数和扩展波束连接器增加了I/O面板密度和可靠性。

 

光纤链路的成本历来较高，因为电光转换过程的成本和功耗必须发生在通道的两端。
 

光纤被认为是脆弱和难以终止的。与以太网电源(PoE)不同，光纤不能向远程设备供电。全球光纤连接器和电缆组装基础设施比现有铜连接器和电缆组装供应商要小得多。
 

 

 

出于经济原因，铜互连仍将是未来许多应用中最具成本效益的解决方案，而一个相对较小但不断增长的应用领域将需要光纤的性能优势。
 

 

过去10年的进步已经解决许多问题，光纤现在被认为是铜的低成本替代品，这在很大程度上是由于其巨大的数据传输能力和扩展的覆盖范围。使用DWDM技术使用相干光收发器可以潜在地消除数据中心中的整个设备机架，简化和扁平化网络，同时降低成本。
 

 

新兴的共封装光学(CPO)技术，它将电光转换过程定位在一个具有高速开关或ASIC的公共基板上，可能能够降低下一代开关的功耗，同时大大增加面板上的I/O密度。

 

 

长期以来预测的由光纤替代方案取代铜电路仍在进行，但随着带宽需求的持续上升，光传输将在逐渐增加的应用中提供一个具有成本效益的替代方案。