目前，數據中心架構和處理器正在將224G PAM-4作為可用的最先進的信令選項。支持224G的接口主要用于服務器、交換機和背板之間，通過銅線提供最快的數據速率，以支持數據中心的高級計算。端到端解決方案和IP仍在開發中，但互連組件和傳輸介質已經開發好來支持這些高數據速率的信令。

本文將概述目前在現代數據中心架構中實現的互連架構選項，特別針對AI和其它高度并行的云工作負載等應用程序。連接器和收發器供應商已經發布了構建這些架構的產品，這些產品將支持數據中心的下一代高級云計算應用程序。

未來的數據中心架構

2018年，IEEE 802.3bs標準委員會決定實施PAM-4信令實現信道帶寬加倍，以便在200 GbE (4*50 Gbps Rx/Tx差分對)和400 GbE (8*50 Gbps Rx/Tx差分對)中達到每通道50 Gbps的數據速率。遷移到PAM-4鞏固了其作為數據中心環境中光電接口的標準調制解決方案的實現，現在實現已經擴展到PCIe Gen 6.0。

PAM-4支持每通道高達224G的信道，這需要每通道56 GHz的帶寬。但是，將信號帶寬擴展到56GHz將大大增加有線電纜的互連損耗（包括介電損耗和銅損耗）。在電纜運行損耗太大的情況下，需要從銅線切換到光纖。

短距離:無源銅纜

無源銅纜和印刷互連不會消失，它們仍將繼續實施在以56 GHz帶寬為目標的系統中。封裝和電路板中最短的電纜和印刷電路都是無源銅。

由于極高的銅和輻射損耗，在224G下運行的短距離無源銅纜不能作為飛引線連接來實現。這些電纜選項在到達目的地之前不能超過幾英寸，因此僅適用于224G的flyover cables。在服務器/交換機之間的鏈路中，需要有源銅。

中等距離:有源銅纜

有源銅纜與無源銅纜具有相似的損耗(單位長度dB)。兩者的區別在于有源銅在收發器中使用放大器來增強信號強度，這樣就可以傳輸更長的距離。這使得舊的無源電纜可以通過有效地增加鏈路損耗預算來實現更高的帶寬。

確定在互連設計中使用有源銅和無源銅需要以下信息:

沿銅電纜單位長度的插入損耗

由有源銅收發器對提供的Tx/Rx增益

Rx收發器中的Rx閾值

信道上的全部損失補償

有源銅纜的收發器選項適用于標準形狀因子連接器，如SFP。這可以為數據中心基礎設施開發新產品版本時最大限度地減少機械重新設計。

長距離:光纖電纜

和前幾代數據中心架構的情況一樣，長距離的鏈路將繼續在光纖上運行。多模和單模光纖用于各種場合，單模光纖在較長的鏈路中占主導地位。

目前，各公司正在展示工作在850nm的224G VCSEL收發器解決方案，這意味著可以在標準多模光纖電纜中實現。隨著設備升級到每通道224G，現有的光纖對于服務器和交換機之間更長的互連仍然是有用的。

總結

總而言之，無源銅鏈路，無論是在PCB上還是在電纜上，對于高速數據傳輸越來越不實用（包括在數據中心架構中）。在單對的112G和224G信令環境中實現56 GHz帶寬時，遇到的損耗將是在兩個Rx和兩個Tx對的典型100 GbE實現中所見值的4倍。

由于目前基于PCB的架構在商用層壓板和銅箔上的性能已經接近極限，因此后面如何將帶寬翻倍到448G仍然是一個懸而未決的問題。雖然每個448G互連都可以使用有源銅的PAM-4，但可能還有其它方法可以實現下一個帶寬翻倍:

新型低損耗/low-DKHDI PCB材料

高階PAM或QAM/QPSK信令實現

在每個PCB互連上實現有源高帶寬放大器

在PCB基板上嵌入光互連

前兩種比PCB架構完全轉換為光纖或在每個PCB互連上使用有源收發器的可能性要大得多。

審核編輯：黃飛