连接器如何提供Tb级（Terabit）速度？
随着IoT驱动更快的网络，对Tb级（Terabit，兆兆比特，太比特）速度需求近在眼前。
自从第一台计算机的发展以来，对数据传输速度的加快一直是一个假设的目标。以每秒千比特(kb / s)的速率传输的信息，演化为每秒兆比特(Mb / s)，它定义了当今许多通信和计算设备的传输速率。每一个向更高速度的重大转变都发出警告：铜的相互连接的支配地位即将结束，而光纤将很快统治世界。物理学定律似乎表明，在几个Gb / s的范围之外，铜超过几英寸的通道会被削弱，并被扭曲到无用的程度，但这并不是完全正确的。
随着信号速度的提高，工程师们继续寻找延长铜的寿命的方法，这使专家们很困惑。 与大多数行业类似，电子设备的设计师和制造商尽其所能降低风险。 在许多情况下，包括尽可能长时间地保持已知技术。 与铜互连相关联的性能和制造工艺，从电缆组件到嵌入印刷电路板（PCB）的金手指（箔迹线），已经被高度改进并使用多年。人们希望继续使用铜代替另一种方法，这可能引入一种新的未知因素，这也为继续与这些“魔鬼”工程师们呆在一起提供了强大的动力。
电路设计人员认识到，从大约1Gb / s开始，电路表现为传输线，而不是遵循欧姆定律。 这种实现迎来了几个设计变化。 电路开始与受控阻抗匹配。 单端信令让位给低电压差分信号。 在PCB设计中更加重视信号线路和接地层的布线。 更多的层专门用于信号隔离和配电。 电镀通孔变得更小并被回钻以最小化短截线。 标准FR-4环氧树脂板材被更高性能和更高成本的层压板代替，铜线迹的表面粗糙度以及层压板的吸湿性等特征成为行业研讨会的热门话题。
半导体制造商做出了重大改进，以实现更快的传输速率。 芯片开始整合信号处理功能，如补偿和均衡。 重新定标器和前向纠错（FEC）大大延长了铜高速通道的长度和保真度。 眼图定义了可接受的通道性能，而S参数数据成为精确模拟高速电路的关键要求。 所有这些创新都将铜通道的实际带宽推向了50 + Gb / s。 作为回应，工程师不再试图预测铜的消亡。
那么，行业从该走向何方呢?对于更快速度的持续需求，几乎毫无疑问。超级计算机是更快速度的明显候选者，但电信和数据中心的高速通信网络是最大的市场应用。全球每年的IP流量已经超过了一个zettabyte(即：即一个百万亿byte，1021个或一千万亿字节)，而且只会继续增长。流媒体高清视频、云计算和将在互联网上连接的数百万新设备的结合将要求更快的网络。事实上，100Gb的以太网(GbE)已经发展到200和400GbE，而以太网路线图在2020年之后的某个时间将开发一个terabit以太网。
在短期内，从非归零(NRZ)向PAM4信号发送信号的过渡将允许设计师们短暂停留，并提供更多的时间来学习如何设计可靠的50 + Gb / s NRZ信号。在未来，100Gb的NRZ信号是可能的，但目前大家还没有明确的共识。今天必须交付100Gb / s的设计师使用聚合通道来实现这个级别网络。
来自多家领先供应商的旗舰背板和夹层连接器已经证明了使用Pam4和NRZ可以在56Gb / s下运行的能力。 在最近的DesignCon 2017会议上发表的评论表明，这些制造商预计目前的背板连接器技术至少会有一个更大的发展。
可插拔I / O由于需要更小的面板中更快的数据传输速率而继续成为关注的焦点。 供应商正在响应现有可插拔I / O的扩展和修改，例如SFP和QSFP。 例如，QSFP28（4 x 28Gb / s）是今天实现100Gb / s以太网的逻辑选择。 TE Connectivity已经将他们的microQSFP模块化了，该芯片在比SFP连接器稍大的封装中封装了4个28Gb / s通道，以实现更高的封装密度。 另外，一个新的双密度QSFP运行八个25Gb / s通道NRZ，用于200Gb / s应用，或八个50Gb / s PAM4通道，达到400Gb / s聚合。 CDFP可插拔式是一个16通道的25Gb / s连接器，提供400Gb / s，与直接铜以及单模和多模光纤接口兼容。
在较小外壳中封装高速电路相关的发热问题引入了额外的设计挑战。 可插拔连接器制造商正在应对具有集成散热器和通风外壳的散热增强型PCB支架。
供应商一直在推动人们对铜的认知极限。最近推出的OSFP可插拔提供了八个通道的50Gb / s，以实现聚合的400Gb / s。 减小的外形尺寸可在标准1U面板上安装多达32个OSFP端口。 结果是总的I / O能力为12.8Tbs / s。 至少可以满足下一代或两代设备的需求。除此之外，光纤可能是唯一可行的解决方案。
随着我们超过100Gb / s的带宽，光传输将成为首选的解决方案。 CFP8可插拔光电收发器模块已经被证明可以提供400Gb / s的PAM4。 除了更大的信号完整性，光信号可以比电信号传播得更远。 光缆的直径远远小于等效铜缆的直径，这是电缆超出设计能力的大型数据中心的重要属性。 信号延迟，串扰和偏斜也成为光通道中不太重要的因素。
Terabit数据传输即将到来。最近宣布的互连技术可以通过聚合多个通道来支持不断发展的以太网，Infiniband和INCITS标准。 未来可能最终要求单Tb通道。 如果是这样，材料研究，高级软件，硅光子学和信号处理将会改变，连接器制造商将在实现这一技术方面发挥不可或缺的作用。
【摘自Bishop杂志，作者：Robert Hult，May 23, 2017】
自从第一台计算机的发展以来，对数据传输速度的加快一直是一个假设的目标。以每秒千比特(kb / s)的速率传输的信息，演化为每秒兆比特(Mb / s)，它定义了当今许多通信和计算设备的传输速率。每一个向更高速度的重大转变都发出警告：铜的相互连接的支配地位即将结束，而光纤将很快统治世界。物理学定律似乎表明，在几个Gb / s的范围之外，铜超过几英寸的通道会被削弱，并被扭曲到无用的程度，但这并不是完全正确的。
随着信号速度的提高，工程师们继续寻找延长铜的寿命的方法，这使专家们很困惑。 与大多数行业类似，电子设备的设计师和制造商尽其所能降低风险。 在许多情况下，包括尽可能长时间地保持已知技术。 与铜互连相关联的性能和制造工艺，从电缆组件到嵌入印刷电路板（PCB）的金手指（箔迹线），已经被高度改进并使用多年。人们希望继续使用铜代替另一种方法，这可能引入一种新的未知因素，这也为继续与这些“魔鬼”工程师们呆在一起提供了强大的动力。
电路设计人员认识到，从大约1Gb / s开始，电路表现为传输线，而不是遵循欧姆定律。 这种实现迎来了几个设计变化。 电路开始与受控阻抗匹配。 单端信令让位给低电压差分信号。 在PCB设计中更加重视信号线路和接地层的布线。 更多的层专门用于信号隔离和配电。 电镀通孔变得更小并被回钻以最小化短截线。 标准FR-4环氧树脂板材被更高性能和更高成本的层压板代替，铜线迹的表面粗糙度以及层压板的吸湿性等特征成为行业研讨会的热门话题。
半导体制造商做出了重大改进，以实现更快的传输速率。 芯片开始整合信号处理功能，如补偿和均衡。 重新定标器和前向纠错（FEC）大大延长了铜高速通道的长度和保真度。 眼图定义了可接受的通道性能，而S参数数据成为精确模拟高速电路的关键要求。 所有这些创新都将铜通道的实际带宽推向了50 + Gb / s。 作为回应，工程师不再试图预测铜的消亡。
那么，行业从该走向何方呢?对于更快速度的持续需求，几乎毫无疑问。超级计算机是更快速度的明显候选者，但电信和数据中心的高速通信网络是最大的市场应用。全球每年的IP流量已经超过了一个zettabyte(即：即一个百万亿byte，1021个或一千万亿字节)，而且只会继续增长。流媒体高清视频、云计算和将在互联网上连接的数百万新设备的结合将要求更快的网络。事实上，100Gb的以太网(GbE)已经发展到200和400GbE，而以太网路线图在2020年之后的某个时间将开发一个terabit以太网。
在短期内，从非归零(NRZ)向PAM4信号发送信号的过渡将允许设计师们短暂停留，并提供更多的时间来学习如何设计可靠的50 + Gb / s NRZ信号。在未来，100Gb的NRZ信号是可能的，但目前大家还没有明确的共识。今天必须交付100Gb / s的设计师使用聚合通道来实现这个级别网络。
来自多家领先供应商的旗舰背板和夹层连接器已经证明了使用Pam4和NRZ可以在56Gb / s下运行的能力。 在最近的DesignCon 2017会议上发表的评论表明，这些制造商预计目前的背板连接器技术至少会有一个更大的发展。
可插拔I / O由于需要更小的面板中更快的数据传输速率而继续成为关注的焦点。 供应商正在响应现有可插拔I / O的扩展和修改，例如SFP和QSFP。 例如，QSFP28（4 x 28Gb / s）是今天实现100Gb / s以太网的逻辑选择。 TE Connectivity已经将他们的microQSFP模块化了，该芯片在比SFP连接器稍大的封装中封装了4个28Gb / s通道，以实现更高的封装密度。 另外，一个新的双密度QSFP运行八个25Gb / s通道NRZ，用于200Gb / s应用，或八个50Gb / s PAM4通道，达到400Gb / s聚合。 CDFP可插拔式是一个16通道的25Gb / s连接器，提供400Gb / s，与直接铜以及单模和多模光纤接口兼容。
在较小外壳中封装高速电路相关的发热问题引入了额外的设计挑战。 可插拔连接器制造商正在应对具有集成散热器和通风外壳的散热增强型PCB支架。
供应商一直在推动人们对铜的认知极限。最近推出的OSFP可插拔提供了八个通道的50Gb / s，以实现聚合的400Gb / s。 减小的外形尺寸可在标准1U面板上安装多达32个OSFP端口。 结果是总的I / O能力为12.8Tbs / s。 至少可以满足下一代或两代设备的需求。除此之外，光纤可能是唯一可行的解决方案。
随着我们超过100Gb / s的带宽，光传输将成为首选的解决方案。 CFP8可插拔光电收发器模块已经被证明可以提供400Gb / s的PAM4。 除了更大的信号完整性，光信号可以比电信号传播得更远。 光缆的直径远远小于等效铜缆的直径，这是电缆超出设计能力的大型数据中心的重要属性。 信号延迟，串扰和偏斜也成为光通道中不太重要的因素。
Terabit数据传输即将到来。最近宣布的互连技术可以通过聚合多个通道来支持不断发展的以太网，Infiniband和INCITS标准。 未来可能最终要求单Tb通道。 如果是这样，材料研究，高级软件，硅光子学和信号处理将会改变，连接器制造商将在实现这一技术方面发挥不可或缺的作用。
【摘自Bishop杂志，作者：Robert Hult，May 23, 2017】
