铜缆和光纤外，第三种选择

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来源：本文 编译自 allaboutcircuit ，谢谢。

作为下一代数据中心的选择，铜缆和光纤互连都面临局限性。了解第三种方案如何在未来数年内助力数据中心 AI 集群的扩展。

未来几年，数据中心 AI 加速器集群的扩展将面临日益复杂的挑战。系统架构师需要同时应对三大挑战：

• 提供更好的性能以满足不断增长的带宽需求。

• 在扩大计算能力和复杂性的同时控制成本。

• 继续提高能源效率。这三大挑战让网络运营商夜不能寐。

新技术的出现虽然为创新创造了机遇，但也让数据中心不堪重负。生成式人工智能和大型语言模型 (LLM) 等新的人工智能和机器学习工作负载，正在推动数据带宽超越传统互连，速度迅速翻倍至 800G，并很快将达到 1.6T。

太比特速度的技术限制

为了满足日益增长的需求，数据中心依赖于两种解决方案：400 千兆和 800 千兆 (400G/800G) 网络设备，短距离传输采用铜缆连接，长距离传输则采用光缆连接。然而，这两种技术在太比特互连速度方面都会达到各自的技术极限。

铜线因其低成本、简单性和高可靠性，成为短距离应用的首选互连方案。铜线的局限性在于，由于趋肤效应，通道损耗会严重限制电缆的传输范围，同时随着传输速度的提高，电缆厚度也会增加，如图 1 所示。

铜缆不足以支持1.6T及以上的网络速度。在T比特速度下，铜缆太短太粗，不具备可扩展性，不适合在高密度数据中心部署。

向光互连的转变

对于许多与AI相关的工作负载，超大规模企业将转向光互连，例如有源光缆 (AOC)。光互连可以提供长达数公里的连接，但由于电光转换需要额外的组件，例如光学DSP、跨阻放大器 (TIA)、激光驱动器和激光器，因此更加复杂、耗电且成本更高。

这些光缆集成了先进的数字信号处理器 (DSP) 和复杂的光学组件，可高速传输和接收光信号。AOC 可以支持比铜缆更长的线缆长度，而且更薄更轻。虽然这使得它们更易于部署，但光学技术本身并不可靠，因为光学性能会随温度变化，并且最终必然会失效。

光学DSP电子设备会显著增加延迟，从而降低网络性能。添加光学引擎和DSP的成本很快就会变得非常高昂，其成本最高可达铜缆的5倍。同样的组件还会显著增加电缆的功耗，从而增加数据中心运营的能源需求。

铜缆和光纤之外的第三种选择

所有这些都使得超大规模数据中心运营商需要一种解决方案，既能克服铜缆和光纤技术的局限性，又能保持大规模部署的成本效益。于是，第三个选择出现了：e-Tube，这是一个可扩展的多太比特互连平台，通过塑料介质波导传输射频数据。

如图2所示，有源射频电缆 (ARC) 采用 e-Tube 技术，集成毫米波射频发射器，将电域的太比特数据上变频至射频域。天线辐射无线信号，并通过 e-Tube 核心进行传播。

在另一端，互补的毫米波射频接收器和天线接收无线信号并将其转换回电信号。对于通过 ARC 连接的两个系统而言，该互连如同一个电系统。ARC 负责管理电信号到射频以及射频到电信号的转换，使转换过程对两个连接的系统透明。

使用塑料作为电缆介质，可以以低成本高效地传输数据。

e-Tube 线缆采用常见的低密度聚乙烯 (LDPE) 材料制成，不会像铜线那样受到高频损耗的影响，使其成为一种可扩展的互连方案，可用于 56G 至 224G 及更高的任何数据速度。用于数据传输的低功耗射频发射器和接收器 IC 实现了业界最佳的 3pj/bit 能效，且延迟仅为皮秒级。

更轻、更薄、更低功耗

其结果是，电缆的覆盖范围比铜缆高出 10 倍，重量减轻 5 倍，厚度减少 2 倍，功耗降低 3 倍，延迟降低 1,000 倍，成本降低 3 倍。e-Tube 满足了铜缆和光纤互连技术无法实现的带宽需求。随着数据中心向 1.6T 和 3.2T 速度过渡，它是机架内和相邻机架连接的理想铜缆替代品。

为了加速部署，这项创新的互连技术 e-Tube RF SoC 采用成熟、标准的半导体工艺技术和成熟的 IC 封装技术制造。数十年来，连接器和线缆的“连接化”一直采用铜双轴制造技术进行量产。线缆设计符合行业定义的 MSA 封装规格，例如 OSFP 和 QSFP-DD，如图 3 所示。

这为不同的系统设计提供了灵活性，因为它有助于确保与不同制造商的现有网络基础设施设备的兼容性。

随着数据中心硬件快速发展以支持 LLM 和生成式 AI 计算需求，需要第三种互连方案来缓解铜缆的限制，其价格和能源效率远低于光纤。基于塑料介质的 e-Tube RF 有望彻底改变计算结构互连，它提供独特的功率效率、更长的电缆覆盖范围、更低的延迟和成本点组合，可在未来几年内扩大数据中心的 AI 集群规模。

https://www.allaboutcircuits.com/industry-articles/beyond-copper-and-optical-a-new-interconnect-eyes-next-gen-data-centers/

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