數(shù)據(jù)中心448Gbps信道下多種調(diào)制技術(shù)的性能分析

  為應對日益增長的 AI 數(shù)據(jù)處理需求，數(shù)據(jù)中心需擴展 AI 集群規(guī)模，同時提升各集群內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸能力。當集群擴展至數(shù)百甚至數(shù)千節(jié)點時，互連架構(gòu)將成為這些通信信道的主要帶寬限制因素。銅纜互連仍是擴展 AI 集群規(guī)模的可行選擇，但在單通道 448G 速率下使用銅纜時，需深入理解與連接器設(shè)計和結(jié)構(gòu)相關(guān)的信號完整性 (SI) 問題。

  隨著串行傳輸速率提升，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)持續(xù)演進。早期低速率場景下，PCB 與封裝損耗可忽略，連接器布置靈活；高速傳輸需求下，電纜連接器逐步向 ASIC 或處理器靠近，共封裝銅纜技術(shù)直接將銅纜集成至芯片封裝，繞過 PCB 以降低損耗，其連接器置于 ASIC 封裝上，通過雙軸電纜連接外部 I/O 或背板。

  共封裝銅纜連接器作為表面貼裝（SMT）組件，面臨短截線、引腳隔離、通孔對接等信號完整性挑戰(zhàn)，PCB 布線的插入損耗問題更為突出，這些因素對 448G 調(diào)制方案的適用性影響亟待明確。

  支持 448G 的連接器設(shè)計研究

  Molex莫仕與一家全球領(lǐng)先的半導體供應商聯(lián)合開展了此項研究，研究聚焦 448G 信道中 SMT 連接器及共封裝銅纜連接器的信號完整性，分析連接器設(shè)計對插入損耗帶寬的影響及高頻噪聲對信噪比的作用，通過理想化信道模型（含 BGA 和連接器連接），驗證三種調(diào)制方案的可行性。

  研究發(fā)現(xiàn)與結(jié)論

  插入損耗與信道傳輸距離

  PCB 信道損耗顯著高于共封裝銅纜，后者在相同損耗下傳輸距離更長，或同等距離下?lián)p耗更低。兩者在 56 GHz 奈奎斯特頻率以上可支持 224Gbps PAM4，但均無法滿足 448G PAM4 的帶寬需求。頻率接近 80 GHz 時，非線性插入損耗會導致信道帶寬失效。

  縮短連接器插配接觸端長度、SMD 焊盤短截線尺寸，可將帶寬擴展至支持 448Gbps PAM6（需 90 GHz 帶寬）和 448Gbps PAM8（需 75 GHz 帶寬）。

  串擾和噪聲注入

  高密度連接器的相鄰信號串擾會占用噪聲預算，噪聲代價隨串擾水平降低而減弱，隨信號損耗增加而上升。共封裝銅纜因低損耗表現(xiàn)更優(yōu)；PAM6 在 90 GHz 的串擾水平高于 PAM8 在 75 GHz 的表現(xiàn)，承受更高噪聲代價，但信道帶寬達標時 PAM6 性能更優(yōu)。需通過新型屏蔽技術(shù)和插配接口設(shè)計抑制串擾，提升傳輸距離。

  邁向 448G 的發(fā)展路徑

  共封裝銅纜繞過 PCB 通孔與有損材料的限制，使連接器結(jié)構(gòu)成為主要帶寬瓶頸。448G 場景下，連接器需解決插配接口短截線損耗、J 型引線連接的通孔 / 焊盤短截線最小化、雙軸電纜過渡結(jié)構(gòu)寬帶化等問題。

  研究證實銅纜信道可支持 448G PAM6 和 PAM8（PAM8 適配低帶寬信道），但連接器插入損耗諧振、串擾優(yōu)化，以及新型均衡方案對非線性損耗的緩解等問題，仍需進一步突破以保障高保真?zhèn)鬏敗?