I / O面板上的带宽瓶颈

处理器和SerDes的速度继续提高,给安装在面板上的输入/输出连接器施加了压力。就像投资者在市场低迷时逃离出口一样,I / O面板可能很快成为严重的瓶颈,限制了沟通并降低了系统速度。计算机及其用户讨厌在等待所需数据时闲置。

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一种解决方案是可插拔I / O连接器的不断发展,包括SFP,QSFP,Micro QSFP,QSFP-DD和OSFP。每次迭代都提供比上一次更高的数据速率,同时占用更少的面板空间。新的OSFP外形尺寸可为每个1RU线卡提供多达32个400Gb / s端口,从而每个交换槽可实现12.8Tb / s。QSFP双密度模块的较小外形允许安装36个连接器,总吞吐量为14.4Tb / s。这些高密度连接器使业界能够比紧迫的需求领先一步,但是下一代服务器可能正在寻找从1RU面板移动15 Tb数据的能力。通过多个高密度电缆组件推入大量数据至少会带来两个挑战。

将所有这些有源铜线或光连接器安装在如此近的位置会消耗大量功率,从而导致大量的热量积聚。在完全配置的面板中,连接器侧向堆叠,甚至从腹部到腹部安装,这使得难以确保冷却气流能够在每个模块固定框架周围充分流通。在机箱中添加散热片(风扇)可以减少问题,但同时也可以限制面板连接器的密度。每个规范都对其接口进行了设计,以最大程度地降低功耗,但挑战仍然存在。系统设计人员必须仔细权衡总数据吞吐量,面板密度,功耗,冷却策略,覆盖范围以及成本之间的优先级。

其次,随着数据速率的不断提高,I / O电缆中铜导体的规格也必须增加。较长的电缆还需要较大的导体,以最大程度地减小衰减。尝试用大到AWG 24的导线端接屏蔽电缆会产生制造问题。较大的导体会使电缆变硬而笨重。处理数百个级联电缆组件时,这些属性不是理想的属性。在最近的DesignCon 2018博览会上,很明显采用了有源连接器技术,例如Spectra7的“ Gauge Changer™”均衡芯片,可以使用小至36号的导体。使用有源光缆是缩小外部电缆组件尺寸的另一种解决方案。

另一种选择是使用位于PCB上的光收发器。它们具有几个重要的优点,包括:

收发器模块可以直接位于处理器或SerDes的附近,从而最大程度地减少了铜走线损耗和失真。将这些高速信号移出PCB可以简化电路板设计,提高信号完整性,并可以最大程度地减少对更昂贵的层压材料的需求。

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其次,一旦转换为光信号,信号就不会受到盒子内部产生的EMI的影响。可以通过MT,MTP或MXC型隔板连接器将光纤端接到隔板。这些连接器的轮廓减小,可以将更多的连接器安装在面板上,从而实现每平方毫米更高的总吞吐量。

将光收发器安装在远离PCB边缘的地方,可最大程度地减少面板上发热设备的集中,从而减少该区域的热负荷。

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Samtec是最早开发用于盒内的光收发器模块的连接器制造商之一。他们的FireFly Micro Flyover系统提供铜缆和光纤收发器选件。

几年前,FCI电子公司(现已被Amphenol ICC所吸收),Molex和TE Con​​nectivity推出了具有竞争力的12 X 25Gb全双工中板光收发器。大约一年之内,Molex和TE Con​​nectivity都悄无声息地撤回了其收发器,理由是缺乏市场和/或存在管理标准。

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今天,Amphenol ICC Leap板载收发器以及Finisar 25G板载光学组件和Luxtera 8 X 26Gb收发器,仍然是目前参与(参与)该市场的少数设备。

然而,板载光收发器仍然是新开发工作的目标。以色列初创公司DustPhotonics有望在OFC 2018大会上推出一个8 X 56 Gb板载收发器,端接至QSFP-DD连接器。

这些设备中的每一个都是专有设计,这仍然是业界关注的问题。

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机载光学联盟(COBO)正在解决针对该市场至少一个细分市场的行业标准问题。该组织在OFC会议上宣布了中板光模块和相关连接器的规范。目的是提供与协议无关的开放标准外形和可插拔接口,以将订单推向市场,随着云的持续发展,该市场可能会增长。尽管能够支持任何光学收发器技术,从短距离客户端光学到长距离相干光学,COBO似乎更专注于长距离应用。

当OEM需要将面板每平方毫米的Tb提升到新的水平时,板载光收发器可能是答案。除了具有明显的信号密度优势外,每个通道的功耗也可以大大降低。

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目前尚不清楚由COBO标准定义的新型光收发器将如何影响现有的长距离可插拔替代产品(如CDFP和CFP8)的使用。由于400Gb端口是下一代设备的主要目标,因此业界争相选择获胜的I / O技术。
 
【摘自Bishop杂志,作者: Robert Hult,March 20, 2018】

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