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通信技术新时代的高速连接器

2021-03-01 16:45:22 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平 作者:Dave Pike 点击:2720

有创造力的人总是寻求更好、更快的交流方法。当今高速通信离不开高速电缆和连接器。这些电缆和连接器正在迅速发展,使我们的连通性达到了几年前我们无法想象的水平。同时,未来的迭代将不可避免地加速。

几个世纪以来,创新者一直在寻求新的通信技术。信息共享的速度总是有限制的,在历史上,这种限制是由传输方法强加的。

在蒸汽时代之前,信息传送通过步行、骑马、航行等。我们今天所知道的马拉松比赛是为了纪念一个古老的传说,一个雅典信使从马拉松跑到雅典,传送自己军队战胜波斯人的消息。考虑到古希腊崎岖的海岸线和多山地形,跑步是发送这些信息的最快方法。

为了提高通信速度,已经开发了许多解决方案。世界各地文化中的古人使用一种叫做“牛人”的乐器,在数英里的距离内传递声音。土著人民还利用烟雾创造视觉信号,可以在广阔的地区看到。

电报的发明彻底改变了数据传输方式。这种技术使信号几乎可以瞬间使两个远距离之间进行传送。 通讯速度不再受到传输手段的限制。 相反,这一限制是由数据处理方式来规定。 信息传播速度取决于操纵发送和接收站的操作人员的技能。 一旦发送,将信息传递给预定收件人所需的基础设施后仍然通过马或腿传送。尽管如此,它对社会的影响是巨大的,改变了从新闻报道到国际关系行为等各方面。

根据现代标准,电报是一种非常缓慢的技术。即使以无线电报和电话的形式,数据仍然只能以两端都能处理的速度发送。

苹果早期的电脑

计算机时代的诞生标志着通信的转折。计算机处理数据的速度可以比以前使用的任何方法都快得多,但仍然有限制。通过电话线访问互联网的人会记得点击和嗡嗡声,以及等待连接的无聊。即便如此,通讯速度还是大跃进了。

随着半导体在功率和能力上的增长,信息传输的速度再次受到发送数据介质的限制,这是一个由连接器连接的电缆网络。早在20世纪90年代中期,我就参加了一个关于结构化布线的讲座。当时,每秒100兆比特是最先进的。作为一名行业资深人士,我很自信地告诉大家,铜基电缆,即使在屏蔽双绞线(STP)结构的最新创新,也已接近其能力的极限。

数十年来,我们正进入另一个发展阶段。铜仍在广泛使用,但硬件制造商的最新创新意味着电缆和连接器网络不再是数据速度的限制因素。使用先进技术,包括差分对和PAM4传输,连接器现在能够比大多数半导体产生数据的速度更快。

这些发展的时机至关重要。超级计算、机器学习和人工智能(AI)领域的快速增长意味着半导体公司正在开发能够难以置信速度的芯片组。更重要的是,他们周围的基础设施要为这些进展做好准备。

Samtec的Nova Ray连接器(顶部)和电缆组件(底部)。

连接器制造商处于这场革命的前沿。Samtec的高速产品可满足实现了112Gb/s PAM4性能要求。该公司的NovaRay®连接器(上文)每个通道可提供112Gb/sPAM4。使用全屏蔽差分对设计,可实现行业领先的4.0TB/s聚合数据速率。这些连接器也非常紧凑,比传统的电缆连接器小40%。这使设计师能够创建更精简、轻量级和经济的体系结构。下一代Samtec连接器,Si-Fly™家族(下文),正在向224Gb/sPAM4方向发展。 这种超高密度解决方案直接连接到IC封装,公司预计这些连接器将在2021年达到51.2TB/s的聚合数据速率。

Samtec的Si-Fly™是一种低轮廓、高密度的电缆系统。

Samtec的Si-Fly™是一种低轮廓、高密度的电缆系统,它使用Direct Connect™技术来避开BGA,并通过长距离双轴电缆直接从硅包路由信号。这种长距离电缆系统使速度达到25.6TB/s(每PAM4通道56GB/s),路径为51.2TB/s(每PAM4通道112GB/s),并提供传统PCB拓扑的五倍速度。

Amphenol ICC新的micro-LinkOVER Above PCB连接器系统

Amphenol ICC是另一家不断加快速度的公司。该公司最近发布了其新的micro-LinkOVER连接器,这是一个新的PCB双轴连接器系统(左图),它提供了一条成本效益高的途径来管理PAM456G和112G系统等。 这种铜连接器系统利用压缩安装触点,平行对双轴,实现紧凑的包设计,可以达到100G波特每车道的速度。

Molex是另一家优先考虑面向未来的高速互连的公司。其QSFP-DD互连系统的八车道电气接口可传输高达28GB/sNRZ或56GB/sPAM4,总传输量可达200或400GB/s。该系统针对电信和数据中心的应用,使设计人员能够更新现有的架构,支持新的高速布线。

Molex的QSFP-DD互连系统

高速互联汽车

最新的发展不限于数据中心和超级计算。在汽车市场上,将智能技术融入汽车正在引领高速连接器的发展。汽车环境设备的冲击和振动,具有挑战性的高速信号。 在这些条件下,信号的中断只有一微秒,就可能导致关键信息的丢失。 随着自主和连接车辆技术的持续增长,通信必须快速可靠。

包括TE Connectivity和Amphenol ICC在内的连接器公司已经确定,目前用于连续性测试的SAE/USCAR-2规范没有提供在这种新的高速、高振动环境中未来数据连接系统将需要的保证。作为回应,他们正在积极为车辆开发新的高速连接解决方案。

TE Connectivity的高速数据(HSD)组合具有完全屏蔽、密封或未密封的外壳,可保护连接免受碎片和破坏,并支持高速数据传输高达3GB/s的汽车应用,包括车载娱乐系统、摄像机、消费端口和显示单元等。Amphenol ICC的HSD连接器系统也是一个紧凑,完全屏蔽互连系统,设计用于屏蔽和扭曲的四电缆汽车应用。它是根据USCAR-2标准进行质量测试的,并提供了包括用于低压差分信号的高性能数字系统的功能,可防止串扰和外部来源的干扰,以及具有专利的防斜插和彩色编码设计,易于组装和安装,包括一次和二次锁定机制,确保高电缆保持力和自对准特性的接触保护。像这样的高速连接器不仅会变得更快,还能满足独特行业的特定需求。

TE Connectivity HSD 和 HSL 连接器(左) 和Amphenol ICC HSD 连接器(右)。

更高数据速度传输方法通过取消对数据交付速度的限制,连接器制造商正在推动通信的下一步发展,包括由超级计算和人工智能等新兴技术。人类和机器现在能够使用比以往任何时候进行更快的相互交流,而且速度还在上升。

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