資料中心 448Gbps 通道下多種調製技術的性能分析

來源:Molex 莫仕連結器

為應對日益增長的 AI 資料處理需求，資料中心需擴展 AI 集群規模，同時提升各集群內部的資料傳輸能力。當集群擴展至數百甚至數千節點時，互連架構將成為這些通信通道的主要頻寬限制因素。銅纜互連仍是擴展 AI 集群規模的可行選擇，但在單通道 448G 速率下使用銅纜時，需深入理解與連接器設計和結構相關的信號完整性（SI）問題。

隨著序列傳輸速率提升，資料中心架構持續演進。早期低速率場景下，PCB 與封裝損耗可忽略，連接器佈置靈活；高速傳輸需求下，纜線連接器逐步向 ASIC 或處理器靠近，共封裝銅纜技術直接將銅纜集成至晶片封裝，繞過 PCB 以降低損耗，其連接器置於 ASIC 封裝上，通過雙軸電纜連線外部 I/O 或背板。

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

Molex 莫仕與一家全球領先的半導體供應商聯合開展了此項研究，研究聚焦 448G 通道中 SMT 連接器及共封裝銅纜連接器的信號完整性，分析連接器設計對插入損耗頻寬的影響及高頻雜訊對信噪比的作用，通過理想化通道模型（含 BGA 和連接器連接），驗證三種調製方案的可行性。

插入損耗與通道傳輸距離

PCB 通道損耗顯著高於共封裝銅纜，後者在相同損耗下傳輸距離更長，或同等距離下損耗更低。兩者在 56 GHz 奈奎斯特頻率以上可支援 224Gbps PAM4，但均無法滿足 448G PAM4 的頻寬需求。頻率接近 80 GHz 時，非線性插入損耗會導致通道頻寬失效。

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

串擾和雜訊注入

高密度連接器的相鄰信號串擾會佔用雜訊預算，雜訊代價隨串擾水準降低而減弱，隨信號損耗增加而上升。共封裝銅纜因低損耗表現更優；PAM6 在 90 GHz 的串擾水準高於 PAM8 在 75 GHz 的表現，承受更高雜訊代價，但通道頻寬達標時 PAM6 性能更優。需通過新型遮罩技術和插配介面設計抑制串擾，提升傳輸距離。

共封裝銅纜繞過 PCB 通孔與有損材料的限制，使連接器結構成為主要頻寬瓶頸。448G 場景下，連接器需解決插配介面短截線損耗、J 型引線連接的通孔 / 焊盤短截線最小化、雙軸電纜過渡結構寬頻化等問題。

研究證實銅纜通道可支援 448G PAM6 和 PAM8（PAM8 適配低頻寬通道），但連接器插入損耗諧振、串擾優化，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傳輸。

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