銅傳輸和光通訊會(huì )并存多久？

  本文來(lái)自深圳連接器協(xié)會(huì ) 李亦平

  從電子時(shí)代開(kāi)始，銅導體一直連接器行業(yè)的主流。銅的獨特品質(zhì)，包括優(yōu)良的導電性和導熱性，延展性和可用性，使它成為從毫瓦信號到千瓦功率導電電路的自然選擇。

  銅合金，包括鈹銅和磷青銅，提供了足夠的彈性，并且它們可以使用高速沖壓成型產(chǎn)品。從金到錫的各種電鍍材料降低了接觸電阻，增加了耐久性，防止了腐蝕。銅電纜可以使用多種技術(shù)可靠地終止，包括焊料、卷曲、剝線(xiàn)和焊接等。嵌入在多層PCB層壓板材料中的銅電路使高密度連接成為可能。這些板上的部件使用高速自動(dòng)化設備生產(chǎn)，用波峰焊進(jìn)行焊接。多年來(lái)設計和建立可靠的銅電路，使人們對該介質(zhì)以及由各種制造商組成的全球供應鏈產(chǎn)生信心。

  銅是一種優(yōu)良的材料，但它確實(shí)有其局限性。隨著(zhù)系統速度的不斷提高，銅導體開(kāi)始表現出不利的特性。除了簡(jiǎn)單的直流電阻外，阻抗變化、前后串擾、傾斜、抖動(dòng)和符號間干擾等因素往往會(huì )降低數字信號的質(zhì)量。此外，必須解決EMI和接地回路的問(wèn)題。

  隨著(zhù)數據速率的增加，這些負面因素中的每一個(gè)都變得更大，有效地限制了信道的物理長(cháng)度。在過(guò)去幾年里，系統設計人員已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入超過(guò)25Gb/s的應用。在考慮各種因素的情況下，保持在數字信號傳輸速度已成為一項日益嚴峻的挑戰。

  用光子代替電子的光纖連接已討論了很多年。傳輸數字信息的調制光束一直是非常遠距離鏈路的選擇介質(zhì)，而銅通道需要多個(gè)放大點(diǎn)和盡力減少失真。工程師們繼續在尋找延長(cháng)銅壽命的方法。光纖在中短程通道中的可行性多年來(lái)一直是工程師們的目標。銅通道傳輸的改進(jìn)，包括向差分對的過(guò)渡，PAM4信令，以及內置在SERDES芯片中的先進(jìn)信號調理，這些措施使設計者繼續使用可接受長(cháng)度的銅通道。

  光纖遭受了幾個(gè)挑戰，包括光通道兩端所需的電光轉換過(guò)程所消耗的額外成本和功率。以及困難和昂貴的光纖終止過(guò)程。光纖材質(zhì)也被認為比傳統的銅電纜更脆弱。

  隨著(zhù)高速通道繼續受到銅的限制，而光纜、連接器和有源元件的成本下降，人們的態(tài)度正在發(fā)生變化。光纖提供了更高帶寬和可達性的優(yōu)勢， 波分復用和相干傳輸的進(jìn)步可以進(jìn)一步提高光纖的效率。

  隨著(zhù)采用擴展光束技術(shù)，對光學(xué)接口配合面上任何污染的極端敏感性已被最小化，該技術(shù)使用集成在連接器中的透鏡來(lái)增加跨接口的光束直徑。這種技術(shù)使塵埃對透射光的影響小很多。

  光纖現在正被考慮用于數據中心中以及相對較短的應用，在某些情況下，光纖甚至可能應用于盒子里。

  在高性能應用中需盡量減少印刷電路材料的損耗和失真，這刺激了人們將這些通道從電路板中移除。一種解決方案是將高速信號轉換為與ASIC或SERDES設備相鄰的屏蔽雙軸電纜。在這些電纜中，信號衰減和失真大大減少，這些電纜跳過(guò)PCB的表面，往往終止于安裝在設備面板上的I/O連接器。

  另一種最近的解決方案是共封裝光學(xué)，它將電光轉換過(guò)程定位在具有SERDES或開(kāi)關(guān)芯片的公共基板上，并使用光學(xué)將信號直接帶到I/O面板。結果是失真小，端口密度高。

  實(shí)現這種集成技術(shù)是硅光子學(xué)，它試圖將光發(fā)射機或接收器的多個(gè)部件集成到硅片上。目的是用光子信號代替電脈沖。多年來(lái)，科學(xué)家們試圖在硅上制造一種實(shí)用的激光，但沒(méi)有成功。最近，他們選擇專(zhuān)注于單獨的激光源和安裝在公共襯底上的光子芯片。硅光子器件可以集成多個(gè)功能，包括調制器、SERDES、光放大器、探測器、濾波器、耦合器和分配器，并在同一芯片上集成電子邏輯、存儲器和驅動(dòng)電路。

  這項技術(shù)提供的優(yōu)勢包括：

  * 高速傳輸。

  * 硅波導可以與導體一起在公共襯底上并存。

  * 使用現有的大容量集成電路制造、工藝和晶片測試設備。

  * 能夠在同一微芯片上創(chuàng )建電子和光學(xué)元件。

  * 在同一芯片上實(shí)現電光轉換。

  * 減少電力消耗。

  * 一體化程度的提高增加了系統的密度。

  * 通過(guò)自動(dòng)化降低系統成本。

  共封裝光學(xué)的性能優(yōu)勢是這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)趨勢，雖然目前仍然是一個(gè)概念，但包括英特爾在內的幾家供應商已經(jīng)演示了原型。許多工程師認為硅光子技術(shù)是解決帶寬瓶頸和I/O面板密度日益增長(cháng)挑戰的長(cháng)期解決方案。