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　　隨著互連速度超過了10Gbps，工程師和設計人員都在努力解決如何在保持一個合理的熱能管理預算的前提下，保持信號的完整。由于系統散發的熱量過多，因此如何讓系統保持溫度低于合理的水平，防止過早失效或人身傷害(連接器的溫度)這對工程師和設計人員來說是一個挑戰。在這篇文章中，我們將探討如何降低互連功耗，以及當今高速世界熱能管理的各種技術。

　　服務供貨商正在迅速擴大他們的容量，為此所需的傳輸互傳帶寬—10G通過太網交換機和服務器進行互連的方式已經非常普遍了。由于數據傳輸速率超過了10Gbps，要保持信號的完整性以及管理日益增加的電力需求正變得越來越困難。要更快的速度，就需要更多的電力。要在同一距離達到更快的速度，就需要有源電路或特殊材料。那么，有沒有適合這種轉換升級的解決方案呢?

　　光互連和替代品

　　在許多高速數據應用中，都有一個ASIC或FPGA在完成或正在處理交換。實例包括了組成連接結構的交換機和采用深度封包檢測技術的防火墻，這里吞吐能力是設計的關鍵所在。這些類型的系統互連通常是通過位于靠近設備背面的連接光纜的光纖模塊。直到最近，大多數ASIC或FPGA都不能直接提供內建的10G以太網連接，所以一個物理層設備(PHY)采用了匯聚多個信道的較慢數據(XAUI)來達到10G以太網標準。這使得設計人員能夠在其印刷電路板(PCB)上傳輸速度較慢的數據，也較少會碰到一些關于信號完整性(SI)的問題(請見圖1)。

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　　然而，隨著最近32nm(及更小)CMOS工藝的推出， 10GE元件已能夠被整合在中央ASIC或FPGA當中。在大多數應用中，這是很重大的進步，因為系統工程師可以在他們的設備設計中實現更高的密度—這的確是這樣(見圖2)。然而，這帶來了一個新的問題，因為在到達光纖模塊連接器之前，10G信號的完整性會迅速惡化。較小發射振幅的低電壓CMOS限制了信號的輸出電平。此外，如果這些模塊遠離ASIC或FPGA，就可能難以滿足非常嚴格的輸入抖動要求。為了解決這個問題，信號調節器裝置可以放在連接器附近以幫助減少抖動來滿足規范。在許多情況下，隨著高密度交換器的增加，額外的功耗會導致空氣溫度上升，而空氣本是用來冷卻插入系統背面的光纖模塊的，這就需要增加信號調節的步驟以盡可能的降低功耗。美國國家半導體的單通道DS100BR111和四通道DS100BR410都是可以滿足此要求的良好實例，兩款元件都是功耗極低的10G緩沖中繼器。增加連接器附近的功耗可能會導致光纖模塊溫度的問題，所以保持較低的功耗至關重要。

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　　另外，系統也開始在使用有源銅纜來代替長度在15米以下的光模塊互連。這種趨勢主要來自于用戶希望能降低互連的成本，且在較短傳輸距離下可選擇的使用到光纜。有源銅纜基本上采用了如上所述相同的技術，除了緩沖中繼器裝置是在連接器外殼內部，還采用了均衡和去加重補償電纜的損耗。然而，由于這些系統背面高密度的連接器和有限的氣流或空氣溫度較高，構建一個有源電纜還是要求非常低的功耗。事實上，如果有源元件的功率不夠低，連接器外殼的溫度可能上升到足以造成移動電纜的技術人員嚴重燒傷的程度。

　　像Molex、Tyco、Amphenol及其他幾家制造商也開始在光纖模塊組籠(Cage)中整合散熱片，以幫助消除余熱。這有助于管理模塊的熱量性行蹤(thermal footprint)以確保正常運行。然而，對于某些為了縮短運行距離而使用無源電纜的安裝客戶來說，需要的是較大直徑的電線組件。當這些電纜大量插入一個機架的背面時，它們實際上可能阻礙氣流，造成設備的運行溫度上升。這是促使用戶轉向使用有源銅纜28或30 AWG導線的另一個原因。相對于無源電線組件以及類似光纖的彎曲半徑來說，后者的直徑更小。

　　未來不再那么遙遠

　　隨著對帶寬需求的不斷增加，運營商和服務供貨商將需要更高容量和更高密度的互連。目前大多數企業交換機和服務器接口都是10G以太網，其已部署到位的信息架構可支持光纖和銅纜—無論是有源還是無源。40G以太網使用四信道10G，而100G使用十通道。但是，下一步將遷移到25G互連，這將簡化用于傳輸100G以太網的WDM光纖模塊。由于必須以更快的速度運行和需要增加互連密度而導致功率的增加，預計在2012年或2013年左右將會出現一系列新的散熱問題。

　　增加氣流以改善系統冷卻能力的需求帶來了與機械式風扇有關的問題。然而，Nuventix公司新的冷卻技術采用了所謂的「夾帶(entrainment)」現象，他可以在無需旋轉風扇的情況下，幫助保持連接器的周圍氣流運動。這些冷卻器產生了噴射的氣流，將周圍的空氣拉入(pull in)冷卻器，其壽命達到了10萬小時。這些冷卻器已經被用于那些有較高使用壽命要求和在乎因使用旋轉風扇引起過大噪聲影響的LED散熱系統。

　　結論

　　隨著我們對分享豐富式媒體(Rich Media)、流視頻和實時下載愿望的增加，對帶寬的要求也將不斷增加。更快的系統需要更多的電力，也需要新的方法來更有效地使用電力，或是處理好相關的散熱。一個最佳的解決辦法是以較低功率水平更快地傳輸數據，也許在不久的將來的某個時候人們會發現一種全光纖網絡解決方案。銅纜仍然還有很長的壽命，今天的一些解決方案已使數字信號遠遠超過了25Gbps。