铜传输和光通讯会并存多久？

  本文来自深圳连接器协会 李亦平

  从电子时代开始，铜导体一直连接器行业的主流。铜的独特品质，包括优良的导电性和导热性，延展性和可用性，使它成为从毫瓦信号到千瓦功率导电电路的自然选择。

  铜合金，包括铍铜和磷青铜，提供了足够的弹性，并且它们可以使用高速冲压成型产品。从金到锡的各种电镀材料降低了接触电阻，增加了耐久性，防止了腐蚀。铜电缆可以使用多种技术可靠地终止，包括焊料、卷曲、剥线和焊接等。嵌入在多层PCB层压板材料中的铜电路使高密度连接成为可能。这些板上的部件使用高速自动化设备生产，用波峰焊进行焊接。多年来设计和建立可靠的铜电路，使人们对该介质以及由各种制造商组成的全球供应链产生信心。

  铜是一种优良的材料，但它确实有其局限性。随着系统速度的不断提高，铜导体开始表现出不利的特性。除了简单的直流电阻外，阻抗变化、前后串扰、倾斜、抖动和符号间干扰等因素往往会降低数字信号的质量。此外，必须解决EMI和接地回路的问题。

  随着数据速率的增加，这些负面因素中的每一个都变得更大，有效地限制了信道的物理长度。在过去几年里，系统设计人员已经开始进入超过25Gb/s的应用。在考虑各种因素的情况下，保持在数字信号传输速度已成为一项日益严峻的挑战。

  用光子代替电子的光纤连接已讨论了很多年。传输数字信息的调制光束一直是非常远距离链路的选择介质，而铜通道需要多个放大点和尽力减少失真。工程师们继续在寻找延长铜寿命的方法。光纤在中短程通道中的可行性多年来一直是工程师们的目标。铜通道传输的改进，包括向差分对的过渡，PAM4信令，以及内置在SERDES芯片中的先进信号调理，这些措施使设计者继续使用可接受长度的铜通道。

  光纤遭受了几个挑战，包括光通道两端所需的电光转换过程所消耗的额外成本和功率。以及困难和昂贵的光纤终止过程。光纤材质也被认为比传统的铜电缆更脆弱。

  随着高速通道继续受到铜的限制，而光缆、连接器和有源元件的成本下降，人们的态度正在发生变化。光纤提供了更高带宽和可达性的优势， 波分复用和相干传输的进步可以进一步提高光纤的效率。

  随着采用扩展光束技术，对光学接口配合面上任何污染的极端敏感性已被最小化，该技术使用集成在连接器中的透镜来增加跨接口的光束直径。这种技术使尘埃对透射光的影响小很多。

  光纤现在正被考虑用于数据中心中以及相对较短的应用，在某些情况下，光纤甚至可能应用于盒子里。

  在高性能应用中需尽量减少印刷电路材料的损耗和失真，这刺激了人们将这些通道从电路板中移除。一种解决方案是将高速信号转换为与ASIC或SERDES设备相邻的屏蔽双轴电缆。在这些电缆中，信号衰减和失真大大减少，这些电缆跳过PCB的表面，往往终止于安装在设备面板上的I/O连接器。

  另一种最近的解决方案是共封装光学，它将电光转换过程定位在具有SERDES或开关芯片的公共基板上，并使用光学将信号直接带到I/O面板。结果是失真小，端口密度高。

  实现这种集成技术是硅光子学，它试图将光发射机或接收器的多个部件集成到硅片上。目的是用光子信号代替电脉冲。多年来，科学家们试图在硅上制造一种实用的激光，但没有成功。最近，他们选择专注于单独的激光源和安装在公共衬底上的光子芯片。硅光子器件可以集成多个功能，包括调制器、SERDES、光放大器、探测器、滤波器、耦合器和分配器，并在同一芯片上集成电子逻辑、存储器和驱动电路。

  这项技术提供的优势包括：

  * 高速传输。

  * 硅波导可以与导体一起在公共衬底上并存。

  * 使用现有的大容量集成电路制造、工艺和晶片测试设备。

  * 能够在同一微芯片上创建电子和光学元件。

  * 在同一芯片上实现电光转换。

  * 减少电力消耗。

  * 一体化程度的提高增加了系统的密度。

  * 通过自动化降低系统成本。

  共封装光学的性能优势是这个领域的技术趋势，虽然目前仍然是一个概念，但包括英特尔在内的几家供应商已经演示了原型。许多工程师认为硅光子技术是解决带宽瓶颈和I/O面板密度日益增长挑战的长期解决方案。