高速连接系统设计在云计算中面临的挑战

　　如果用于高速连接的无源线缆受到体积庞大和弯曲半径问题的困扰，则光纤解决方案的问题便是高功耗和高成本。看起来，似乎必须使用一种折中办法来解决这个问题。答案就是一种被称作“有源铜线”的技术—这是一个聪明的想法，其将一些有源元件嵌入到导体外壳中，以对由小标号线引起的高频损耗进行补偿。这种解决方案允许使用一些具有“光纤型”弯曲半径和大体积且功耗较高的小标号线。如DS100BR111等设备使用10 Gbps时每条通道的功耗一般低于65 mW，其常用于SFP+ 有源线应用。

　　应用于10 Gbps以太网时，大多数情况下这种能够提高线缆信号完整性的技术仅限于15米以下的连线长度。但是，如前所述，大多数连接线都在3米以下，可轻松地使用有源铜线替换无源或者光纤线。今天，这种方法常用于10 Gbps连接。但是，未来正快步向我们走来，即使是10 Gbps连接也将无法满足需求。

　　在光纤连接世界里，基本上有两种连接：1）短距离连接（小于1000 米）；2）远距离（大于1000米）通信。更长的光纤连接形成我们现代互联网基础设施的骨干网络，常使用 100 Gbps WDM光纤技术。为了降低这种技术的成本，包括Google、博科通讯 （Brocade Communications）、JDSU等在内的各大公司，于2011年3月批准了一个10 x 10 Gbps多源协议 （MSA），用于物理媒介依赖（PMD）子层，其为C形状系数（CFP）模块提供一种通用架构。

　　CFP连接器适用于要求100 Gbps通信的低数目/长距离连接。但是，SFP和四通道SPF接口（QSFP）连接器拥有更高的密度，本地开关和路由器均要求这种高密度。今天，通过组合四条 10 Gbps数据通道，四通道SFP连接器用于40 Gbps以太网。下一步的发展将是从10 Gbps转到25 Gbps通道。它通过一些小QSFP连接器提供相当于100 Gbps的数据传输，并为一些不支持100 Gbps标准的40 Gbps以太网系统提供向后兼容模式。最终，这种形状系数可用于光纤模块，因为不再需要CFP模块使用的10到4通道转换。

　　这种技术已经数家厂商多次证明，为广大基础设施设计人员提供了一种转到高速连接的路线图。但是，开关或者服务器背后的互连并非是出现这种问题的唯一地方。服务器和网络存储设备内部的各种电气连接都存在相同的问题。

　　距离是你的敌人

　　一个数字位的波形横向传输线路和连接器，因此物理学开始起作用，并试图通过阻抗错配和相邻通道串扰引起的频率反射型可变衰减，完全破坏原始信号。数据本身也存在问题，因为之前发送的符号干扰了传输中的当前位。这被称作符号间干扰，即ISI。信号通过ASIC到路由器或者开关背部这段距离后，无法再辨别出这些位。抹杀无源连线无误差位传输的相同效应，也在这里发挥作用。

　　以前的一些设计，开关ASIC使用多条慢数据通路（一般为3.125 Gbps），连接到某个物理层设备（PHY），以在SFP连接器构建10 Gbps NRZ连接。PHY的位置非常靠近于物理连接器，因此信号完整性损失得到最小化。但是，由于ASIC技术转而使用更小的几何外形，吸纳10 Gbps接口的高速连接便成为一种内在要求。首先，由于移除了PHY，因此这种变化可以降低电气连接的总功耗。但是，PCB边缘的信号完整性损失，要求更昂贵、低功耗的电路板材料，或者再使用一种有源解决方案。

　　用于抗线缆信号损失的相同设备现在也正用于高性能路由器、开关和服务器内部连接。使用低功耗缓冲中断器和重定时器时，可使用标准FR-4 PCB材料（控制成本），并且功耗非常低。实际上，这些设备以一种类似的方式用于10 Gbps NRZ以太网PHY，以恢复数据和再计时数据，满足连接器规范。

达标努力

　　在服务器中，包括PCI express （PCIe）在内的标准比比皆是。由于数据传输速率更高，内核处理器向（自）内核传输信息的能力，推动PCIe等标准不断提高传输速度。最新的标准为第3代，其标称拥有8 Gbps的连接速度。如前所述，在许多情况下，设备内部物理距离不变，归因于处理器硬件、连接器数目和间隔。服务器也不例外，同样受到信号完整性问题和功耗的困扰。前面使用第1代或者第2代PCIe的一些设计，只要小心谨慎地布局和选择连接器，便能够满足操作规范。但是，随着服务器转向第3代，电路板材料和连接器正对信号完整性产生影响，以致于不再能够满足这种标准。