高速数据传输方案快速迭代

2026-01-07 09:35:45 来源:编译:深圳市连接器行业协会 李亦平 作者:Robert Hult

高级信号调理与纠错技术已使信道带宽远超数年前的预期。采用更高阶调制技术为实现下一代传输速率提供了可行路径。

高级信号

自20世纪80年代以来,通信链路数据传输速度的持续提升始终是实现更高计算性能的关键因素。更快的数据传输与处理能力,不仅能在更短时间内传递更多信息,还能显著提升效率。连接器行业在这一变革中发挥了关键作用。从早期采用单面边缘连接器焊接离散线束的结构,逐步升级为支持受控阻抗差分对信号传输的高速高密度背板连接器。

通信链路数据传输速度

带宽是指在特定时间段内,数据通道所能承载的最大数据传输速率或容量,通常以每秒比特数(bps)为单位。就像水管一样,越粗输送水量越充沛,带宽越大数据量就越多。无论是玩电子游戏的普通用户,还是运营大型人工智能数据中心的IT人员,都期待系统带宽能支撑数据密集型工作负载。

数据通道

国际I/O标准制定机构已意识到支持更高带宽需求的必要性,并发布了提升数据量的技术路线图。PCIe特别兴趣小组(SIG)于2025年6月11日发布了PCIe 7.0规范,其带宽达到128.0千兆位/秒。PCIe采用千兆传输速率(GT/s)作为性能衡量标准,该指标与千兆比特/秒类似。预计PCIe 8.0规范将通过x16配置实现256.0 GT/s的带宽,并计划于2028年正式发布。

带宽

以太网联盟在预测未来数据传输速率需求方面表现尤为积极,过去十年间每年都会发布路线图,向用户保证以太网技术将能够支持新一代设备。

以太网技术

有理由相信在可预见的未来,带宽提升不会放缓。根据IEEE 802.3ck和 OIF CEI-112G标准,每条通道112Gb/s已成为以太网的当前标准,而实现224G通道的下一次飞跃目前正处于早期采用阶段。

实现下一代信号传输高速度的路径

通道数据量

提高通道数据量的传统解决方案是将多个低速通道的数据流合并。例如,PCIe规范定义了用户可选择1、2、4、8或16条通道,每条数据通道的运行速度分别为2.5、5、8、16、32、64或128 Gb/s。这种多数据通道方法效果良好,但会导致I/O端口的低速数据通道数量增加。PCIe规范还定义了一系列高密度边缘连接器,提供六种不同的触点数量。高级信号调理与纠错技术的应用,使得信道带宽远超数年前的预期水平。

在I/O端口密度受限的情况下,单个差分对传输224+ Gbs信息的能力极具吸引力。采用更高阶调制技术可为实现下一代传输速率提供途径。

行业设计人员迅速从NRZ调制发展到PAM4信号,它在每个符号上提供两个比特的信息,而不是一个,有效地将给定带宽的吞吐量增加了一倍。

从NRZ调制发展到PAM4信号

当前业界热议的核心议题是采用更高阶调制技术(如PAM6或PAM8),这类技术虽能显著提升数据传输速率,但会带来噪声敏感性增强、信噪比降低等设计难题。

调制技术

另一种数据传输方案需将数据传输通道从铜缆升级为光纤。高速铜缆链路会随着数据传输速率提升而面临多重性能挑战。

1,信号完整性与信道损耗

2,缩短的数据通道长度

3,功耗和热生成增加。

4,制造公差降低及由此导致的生产良率下降。

5,通过光通道传输数据可提供更大的带宽和覆盖范围,且不会出现铜线通道的信号损耗和失真。

高速数据传输新的基准测试

以太网标准

标准制定组织正争先恐后地满足当前行业需求。预计IEEE将于2026年底发布P802.3dj以太网标准,用于支持212Gb/s的数据通道速度。该标准预计将提供通往1.6和3.2Tb/s总数据链路的入口。

本月,以太网联盟将举办一场高速网络技术演示会,展示从200Gb到1.6Tb以太网的互操作性与合规性测试。数据传输测试将涵盖多种互连方式,包括铜缆、基于光的收发器、有源光缆、重定时光缆以及线性光缆。

光纤互连技术不仅具备性能优异和封装密度高等优势,如今,诸如共封装光学器件等光实现方案,更被视为降低功耗的有效途径,同时也是支持未来高性能计算设备发展的技术路线图。

组件供应商正迅速响应200G/数据通道连接的可用性,许多产品已在OFC 2025上展出。AI计算机集群将产生惊人需求预计。随着单通道200G光传输在800G和1.6T收发器中的快速采用,200G数据通道将取代当前的100Gb/s数据链路。Broadcom已推出一系列每通道200G光数字信号处理器。

通道连接

一种新兴的硅光子集成电路(PICs)是芯片级器件,由集成波导、激光器、调制器和探测器组成,能够弥合电学与光学功能之间的差距。

Acacia公司推出了全新硅光子光学引擎产品系列,该产品专为支持每通道200G带宽的人工智能基础设施而设计。

在2025年光纤通信大会(OFC)上,Keysight展台展示了专为测试、验证和模拟每通道200G设计的设备。200Gb/s数据通道代表着性能升级周期中不断增长的下一个阶段。

采用并行多路传输、先进的调制和转换为光信号传输并非设计师唯一的选择。多载波NRZ传输将高速数据流分割为多个并行的低速子载波,实现更高的总带宽。光通道可以通过应用偏振或波长技术进行复用。使用多芯光纤可以增加光缆的容量。

探索每通道448G速度及所需硬件的工作已经展开。Keysight近期发布的一份白皮书讨论了实现448Gb/s数据传输所涉及的技术和实际挑战。通过平衡PAM4、6和8调制方式对信噪比的影响,证明了448G/数据通道的可行性。

将互连速度提升至3.5T(448 Gb/s × 8条数据通道)对于满足未来AI集群的性能需求并避免数据瓶颈至关重要。实验室测试已证明,通过使用优化组件、短互连、先进均衡和编码技术,能够在这些速度下提高信号完整性。在大规模生产中实现这一性能水平将对系统设计者及包括高性能连接器在内的组件供应商构成挑战。

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