超越銅和光，一種新的互連技術瞄準下一代數據中心

銅和光互連作為下一代數據中心的選擇都面臨局限性。了解第三種選擇如何承諾在未來多年里支持數據中心中 AI 集群的擴展。

在未來幾年里，數據中心中 AI 加速器集群的擴展將面臨復合挑戰。系統架構師將需要同時應對三個挑戰：

1. 提供更好的性能以滿足飆升的帶寬需求。

2. 在計算能力和復雜性的擴展中控制成本。

3. 繼續提高能源效率。這三個挑戰讓網絡運營商夜不能寐。

雖然新技術的出現為創新創造了機會，但也讓數據中心不堪重負。新的 AI 和機器學習工作負載，如生成式 AI 和大型語言模型（LLMs），正在將數據帶寬推向傳統互連之外，速度迅速翻倍至 800G，并即將達到 1.6T。

太比特速度下的技術限制

為了跟上不斷增長的需求，數據中心依賴于兩種解決方案：400 吉比特（400G）和 800 吉比特（800G）網絡設備，通過銅纜進行短距離傳輸，并通過光纖電纜支持長距離傳輸。然而，這兩種技術都將達到其千吉比特互聯速度的技術極限。

銅纜是短距離應用中的首選互聯方式，因為它成本低、簡單且可靠性高。銅纜的局限性在于，由于趨膚效應，隨著傳輸速度的增加，信道損耗會嚴重限制電纜的傳輸距離，同時電纜的厚度也會增加，如圖1所示。

圖 1。雙軸電纜 3 米插入損耗

銅纜無法處理 1.6T 及以上的網絡速度。在千吉比特速度下，銅纜太短、太厚，并且不適合在高密度數據中心部署。

轉向光互連

對于許多與人工智能相關的工作負載，超大規模企業將轉向光互連，例如有源光纜（AOC）。光互連可以提供公里級別的連接距離，但由于需要進行電到光的轉換，因此更復雜、耗能更多且更昂貴，需要額外的組件，如光數字信號處理器、跨阻抗放大器（TIAs）、激光驅動器和激光器。

這些電纜集成了先進的數字信號處理器和復雜的光學組件，以高速傳輸和接收光信號。AOCs 比銅纜支持更長的電纜長度，并且更細更輕。雖然這使得它們更容易部署，但光學技術本質上不可靠，因為光學性能會隨溫度變化，并且總會隨著時間的推移而失效。

光數字信號處理器電子設備增加了顯著的延遲，從而降低了網絡性能。添加光學引擎和數字信號處理器非常昂貴，很快就會比銅纜貴5倍。相同的組件還增加了電纜的顯著功耗，從而增加了數據中心運營的能源需求。

超過銅和光，一種新的互連技術瞄準下一代數據中心

所有這一切都讓超大規模計算公司需要一種解決方案，該方案能夠克服銅和光技術相關的限制，同時保持對大規模部署的成本效益。現在，請看第三種選擇：e-Tube，這是一種可擴展的多太比特互連平臺，使用射頻數據傳輸通過塑料介電波導。

如圖 2 所示，使用 e-Tube 技術，主動射頻電纜（ARC）將毫米波射頻發射器集成，在電氣域中將太比特數據上轉換為射頻域。天線輻射無線信號，通過 e-Tube 核心進行傳播。

另一端，一個互補的毫米波射頻接收器和天線接收并轉換無線信號回電信號域。該互連設備像電氣系統一樣，對通過 ARC 連接的兩個系統進行操作。ARC 管理電信號到射頻信號和射頻信號到電信號的轉換，使轉換對兩個連接的系統透明。

圖 2。e-Tube 架構

使用塑料作為布線介質，數據可以在低成本下實現高能效傳輸。

采用普通低密度聚乙烯（LDPE）材料制造的 e-Tube 電纜不會受到高頻損耗的影響，這使得 e-Tube 成為一種可擴展的互連，因為它可用于從 56G 到 224G 及更高速率的數據傳輸。用于數據傳輸的低功耗射頻發射器和接收器 IC 實現了行業最佳的 3 皮焦耳/比特能效，并且只有皮秒級延遲。

更輕、更薄、更省電

結果是，這種電纜比銅纜的傳輸距離長 10 倍，重量輕 5 倍，厚度薄 2 倍，功耗低 3 倍，延遲低 1000 倍，成本比光纜低 3 倍。e-Tube 正在滿足銅纜和光纜互連技術無法實現的帶寬需求。它是數據中心從 1.6T 和 3.2T 速度過渡時，機架內和相鄰機架連接的理想替代品。

為了加速部署，這種創新的互連技術，e-Tube 射頻 SoC 采用成熟的、標準的半導體工藝技術和經過驗證的 IC 封裝技術制造。連接器和電纜的“連接器化”已經利用銅雙軸制造技術進行了數十年的批量生產。電纜設計符合行業定義的 MSA 外形尺寸，如 OSFP 和 QSFP-DD，如圖 3 所示。

圖 3。OSFP 主動射頻電纜（ARC）

這為不同的系統設計提供了靈活性，因為它有助于確保與不同制造商的現有網絡基礎設施設備的兼容性。

革新計算織物互連

隨著數據中心硬件迅速發展以支持大語言模型（LLMs）和生成式人工智能計算需求，需要第三種互連選項來彌補銅纜的局限性，其價格和能效要比光纖低得多。e-Tube RF 塑料介電材料互連技術有望通過提供獨特的能效、更長的電纜傳輸距離、更低的延遲和成本點，在未來多年里革新計算織物互連，以擴展數據中心中的 AI 集群。