1、 下一代数据中心高速铜缆技术白皮书 编号ODCC-2020-03001 开放数据中心委员会 Open Data Center Committee ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 I 目 录目 录 前 言 . III 前 言 . III 1. 序言 . 1 1. 序言 . 1 1.1. 参考文档 . 1 1.1. 参考文档 . 1 1.2. 缩略术语 . 3 1.2. 缩略术语 . 3 2. 数据中心高速铜缆应用概况 . 4 2. 数据中心高速铜缆应用概况 . 4 2.1. 数据中心对高速铜缆的需求 . 5 2.1. 数据中心对高速铜缆的需求 . 5 2.2. 国内

2、数据中心高速铜缆应用概览 . 6 2.2. 国内数据中心高速铜缆应用概览 . 6 3. 高速铜缆技术 . 9 3. 高速铜缆技术 . 9 3.1. 接口和线缆模块 . 9 3.1. 接口和线缆模块 . 9 3.2. 高速裸线技术 . 16 3.2. 高速裸线技术 . 16 3.2.1.高速 Twinax 结构设计 . 16 3.2.1.高速 Twinax 结构设计 . 16 3.2.2.电介质材料 . 18 3.2.2.电介质材料 . 18 3.3. 成缆结构 . 19 3.3. 成缆结构 . 19 3.4. 线缆可靠性规格 . 22 3.4. 线缆可靠性规格 . 22 3.4.1.模组尺寸要

3、求 . 23 3.4.1.模组尺寸要求 . 23 3.4.2.电气性能要求 . 23 3.4.2.电气性能要求 . 23 3.4.3.机械性能要求 . 23 3.4.3.机械性能要求 . 23 3.4.4.环境性能要求 . 24 3.4.4.环境性能要求 . 24 3.5. 管理接口标准 . 26 3.5. 管理接口标准 . 26 3.5.1.SFP56 界面标准 . 27 3.5.1.SFP56 界面标准 . 27 3.5.2.QSFP56 界面标准 . 28 3.5.2.QSFP56 界面标准 . 28 3.5.3.SFP-DD/QSFP-DD/OSFP/DSFP 界面标准 . 29 3.

4、5.3.SFP-DD/QSFP-DD/OSFP/DSFP 界面标准 . 29 4. 高速无源铜缆 SI 规格 . 31 4. 高速无源铜缆 SI 规格 . 31 4.1. 56G-PAM4 链路 SI 需求 . 31 4.1. 56G-PAM4 链路 SI 需求 . 31 4.2. 56G-PAM4 无源铜缆 SI 规格 . 33 4.2. 56G-PAM4 无源铜缆 SI 规格 . 33 4.3. DAC 在浸没式液冷中的应用 . 40 4.3. DAC 在浸没式液冷中的应用 . 40 5. 高速有源铜缆技术 . 42 5. 高速有源铜缆技术 . 42 ODCC-2020-03001 下一代

5、数据中心高速铜缆白皮书 II 5.1. 有源铜缆设计原理 . 42 5.1. 有源铜缆设计原理 . 42 5.1.1.ACC (Liner EQ 芯片方案) . 42 5.1.1.ACC (Liner EQ 芯片方案) . 42 5.1.2.AEC (Retimer 芯片方案) . 43 5.1.2.AEC (Retimer 芯片方案) . 43 5.2. 56G-PAM4 有源铜缆技术规格 . 44 5.2. 56G-PAM4 有源铜缆技术规格 . 44 5.2.1.ACC (Liner EQ 芯片方案) . 44 5.2.1.ACC (Liner EQ 芯片方案) . 44 5.2.2.A

6、EC (Retimer 芯片方案) . 48 5.2.2.AEC (Retimer 芯片方案) . 48 6. 结语 . 506. 结语 . 50 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 III 前 言 前 言 近年来，互联网和云计算的迅猛发展，催生了超大规模数据中心。在人工智能、大数据、机器学习、AR、VR 等技术和业务的驱动下，数据中心对网络的带宽需求不断加速， 虽然 CPU 的摩尔定律已经进入暮年，但是以上新技术和新业务的蓬勃发展对数据中心网络交换芯片的容量迭代的驱动， 仍然维持着大概每隔两年增长一倍的趋势。云计算通过技术和规模提升效率，通过弹性计算提供稳定、低成本

7、、安全的服务，对网络架构的横向可扩展性、技术迭代带来的技术红利、降低成本等方面有强烈的诉求。 同时随着融合和超融合基础架构的演进，网络的功能不再是仅仅提供连接， 网络将会变成计算机 I/O 的延伸， 超高带宽和超低延时的网络正在将本地存储和网络存储的界限变的模糊。总之，弹性可扩展、高可用性、 低延时等是大规模数据中心网络的核心要求。 作为网络架构中的底座和基石，在数据中心物理网络链路从 1000Mbps 双绞线演进至今天的 400Gbps 光互连的过程中，物理网络链路的技术挑战随着 SerDes 速率的迅猛提升变得越来越大，同时物理网络链路的高稳定性也受到如上所述的网络高可用性、 低延时甚至无

8、损网络的强烈诉求的挑战， 同时对部署效率和供应成本的挑战也与日俱增。高速无源铜缆、高速有源铜缆、AOC、光模块等物理网络互连技术在不同的业务场景、部署环境下，提供了不同的解决方案，但在未来的发展趋势上，仍然会面对更加多样的场景需求、 更加趋紧的链路预算等一系列的挑战。 本白皮书旨在聚焦于高速铜缆方面，综合整个生态链上游技术、下游应用需求，为国内数据中心物理网络高速铜缆这个领域的产业链提供一个从需求、应用到技术方案的较全貌的参考。 下一代数据中心高速铜缆技术白皮书 中，围绕从中国大型数据中心内高速铜缆的应用现状和未来发展方向，到高速铜缆关键技术、产业生态，整理了应对下一代 56G-PAM4 速率

9、的高速铜缆的技术规格、实际约束、测试结果和应用指南，旨在从基础层面对高速铜缆的设计、制造、应用、创新等方面帮助整个生态链上下游提高竞争力，在此细分领域来为“新基建”添砖加瓦！ ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 IV ODCC 始终关注数据中心技术与产业的发展，联合相关单位共同编写本白皮书，对数据中心网络现状、需求和高速铜缆关键技术、测试结果、发展趋势等方面进行了详细的梳理，以期更进一步推动数据中心网络技术及相关生态的发展。 本白皮书的起草感谢以下单位（排名不分先后）： 阿里巴巴，腾讯，百度，中国信通院云大所、立讯技术，兆龙互连 ODCC-2020-03001 下一代

10、数据中心高速铜缆白皮书 1 数据中心高速铜缆白皮书 数据中心高速铜缆白皮书 1.1. 序言 序言 在云计算、人工智能、大数据、机器学习、AR、VR 等技术和业务的驱动下，大规模及超大规模数据中心快速发展和兴起，带来对数据中心网络的核心要求：高可用性和高可靠性、弹性可扩展性、低延时、低成本。网络硬件作为这一切的基石，则首先直面这一切要求的挑战，其相互依赖并相互促进如下一些方面：先进合理架构的设计、端到端网络互连方案的设计、软硬件一体化的设计、运营智能化的设计、对供应链交付模式的创新和管理、对 IDC 一体化的设计、对新技术的引领和生态建设等诸多方面。这就要求在大规模数据中心网络中的硬件做到极简、

11、极可靠、极致性能，从而在硬件本身的稳定性、供应和部署效率、成本等方面获得收益。 物理网络链路也应该遵循极简、极可靠、极致性能这一原则来进行设计和应用。但是从 1000Mbps 网络链路使用的百米双绞线简单场景，演变到至今基于单路 56G-PAM4 甚至未来 112G-PAM4 的网络链路时，在可提供 50G、100G、200G、400G 等不同链路带宽的同时，加上不同 IDC 部署环境和不同业务需求，带来了物理链路的方案多样性、个性化的需求，这对网络物理链路的极简、稳定性和低成本方面的诉求带来了非常大的挑战。 1.1.1.1. 参考文档 参考文档 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日

12、期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改）适用于本文件。 EIA-364-23 Low Level Contact Resistance Test Procedure for Electrical Connectors and Sockets(电子连接器与插座的接触电阻测试程序) EIA-364-21 Insulation Resistance Test Procedure for Electrical Connectors, Sockets, and Coaxial Contacts(电子连接器、插座和同轴端子的绝缘电阻测试程序) EIA-

13、364-20 Withstanding Voltage Test Procedure for Electrical Connectors, Sockets and Coaxial Contacts(电子连接器、插座和同轴端子的耐电压测试程序) EIA-364-13E Mating and Unmating Forces Test Procedure for Electrical ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 2 Connectors(电子连接器的插入力和拔出力测试程序) EIA-364-38C Cable Pull-Out Test Procedure for

14、Electrical Connectors(电子连接器的线缆拔出力测试程序) EIA-364-09C Durability Test Procedure for Electrical Connectors and Contacts(电子连接器与端子的耐久性测试程序) EIA-364-28F Vibration Test Procedure for Electrical Connectors and Sockets(电子连接器与插座的振动测试程序) EIA-364-27C Mechanical Shock (Specified Pulse) Test Procedure for Electric

15、al Connectors(电子连接器的机械冲击测试程序) EIA-364-41D Cable Flexing Test Procedure for Electrical Connectors(电子连接器的线缆摇摆测试程序) EIA-364-32E Thermal Shock (Temperature Cycling) Test Procedure for Electrical Connectors and Sockets(电子连接器与插座热冲击测试程序) EIA-364-31B Humidity Test Procedure for Electrical Connectors and Soc

16、kets(电子连接器与插座湿度测试程序) EIA-364-26B Salt Spray Test Procedure for Electrical Connectors, Contacts and Sockets(电子连接器、端子和插座盐雾测试程序) EIA-364-65 Mixed Flowing Test Procedure For Electrical Connectors Contacts and Sockets(电子连接器端子与插座混合气体测试程序) EIA-364-17B Temperature Life with or without Electrical Load Test P

17、rocedure for Electrical Connectors and Sockets(电子连接器和插座通电或不通电情况下的温度寿命测试程序) UL 13 Standard for Power-Limited Circuit Cables(有功率限制电路电缆标准) UL 758 Standard for Appliance Wiring Material(电器布线电线电缆及其试验方法) UL 1581 电线电缆和软线参考标准 UL 1685 标准成束电线电缆燃烧试验方法 IEC 60068-2 环境试验 IEC 60332-1-2 电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第1-2部分 单根绝缘

18、电线或电缆的垂直火焰蔓延试验 IEC 60332-3-24 电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第3-24部分 成束电线或电缆的垂直火焰蔓延试验-C类 SFF-8432 Specification for SFP+ Module and Cage SFF-8071 Specification for SFP+ 1X 0.8mm Card Edge Connector SFF-8433 Specification for SFP+ GANGED CAGE SFF-8419 Specification for SFP+ Power and Low Speed Interface SFF-8472 S

19、pecification for Diagnostic Monitoring Interface for ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 3 Optical Transceivers SFF-8661 Specification for QSFP+ 4X Pluggable Module SFF-8662 Specification for QSFP+ 4X 28 Gb/s Connector (Style A) SFF-8663 Specification for QSFP+ 28 Gb/s Cage (Style A) SFF-8679 Specificati

20、on for QSFP+ 4X Base Electrical Specification SFF-8636 Specification for Management Interface for Cabled Environments SFF-8431 Specification for SFP+ 10 Gb/s and Low Speed Electrical Interface SFF-8417 Specification for Multi Conductor Cable Flex Cycle Test Procedure SFF-DD MSA Hardware Specificatio

21、n for SFP Double Density 2X Pluggable Transceiver DSFP MSA Specification for Dual Small form factor pluggable module QSFP-DD MSA Specification for double density 8X pluggable transceiver OSFP MSA Specification for Octal small form factor pluggable module SFP-DD Management Interface Specification DSF

22、P Common Management Information Service 4.0 QSFP-DD Common Management Information Service 4.0 OSFP Common Management Information Service 4.0 IEEE802.3bj Amendment 2: Physical Layer Specifications and Management Parameters for 100 Gb/s Operation Over Backplanes and Copper Cables IEEE P802.3cd Amendme

23、nt 3: Media Access Control Parameters for 50 Gb/s and Physical Layers and Management Parameters for 50 Gb/s, 100 Gb/s, and 200 Gb/s Operation OIF-CEI 4.0 Common Electrical I/O (CEI) - Electrical and Jitter Interoperability agreements for 6G+ bps, 11G+ bps, 25G+ bps I/O and 56G+ bps 1.2.1.2. 缩略术语 缩略术

24、语 ACC：Active Copper Cable AEC：Active Electrical Cable AOC：Active Optical Cable DAC：Direct Attach Cable DSFP：Dual Small Form-factor Pluggable FEC：Forward Error Correction OSFP：Octal Small Form-factor Pluggable ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 4 PAM4：Pulse Amplitude Modulation 4-level QSFP28/56/112: Qua

25、d Small Form-factor Pluggable, 支持28G、56G、112G传输速率 QSFP-DD：Quad Small Form-factor Pluggable Double Density SFP28/56/112: Small Form-factor Pluggable, 支持28G、56G、112G传输速率 SFP-DD：Small Form-factor Pluggable Double Density 2.2. 数据中心高速铜缆应用概况 数据中心高速铜缆应用概况 高速铜缆不是一个新技术，而是在整个计算、存储、通信等领域存在多年的技术产品。一般以标准 I/O 接口为

26、界面，以标准产品的形态提供不同设备 I/O 之间高速电信号直接互联互通的功能。高速铜缆在物理形态上是由单芯同轴电缆（Coaxial cable）演变而来的适用于高速差分信号传输的双芯同轴电缆（Twinax cable），而非支持千兆网络的双绞线的结构线缆。 在早期，高速铜缆一般指 DAC（Direct Attach Cable）即直连线缆或直连铜缆，是无源线缆。但是随着所需支持的传输速率的提升，铜缆的损耗过大而无法满足互连长度需求的时候，出现了 ACC（Active Copper Cable）即有源铜缆，其原理是在线缆Rx 端加入一定能力的线性 Redriver 来提供信号的均衡和整形中继，延

27、长端到端的传输距离。在下一代 56G-PAM4 链路需求到来之时，由于 PAM4 调制模式下较低的 SNR，当前 DAC 和 ACC 能支持的传输距离更有限，业界演进出了 AEC（Active Electrical Cable），它的原理是在线缆两端加入了 CDR（时钟数据恢复）对电信号进行重新定时（Retimer）和重新驱动，其所能补偿的铜缆损耗能力一般比 ACC 更强，且可有效阻隔抖动（Jitter）的传递，所以能支持的端到端连接距离比 ACC 一般更长。从系统侧看，AEC 在电界面的角度和 AOC 一样，因为系统侧看到的都是模块内的 CDR 芯片，不同之处在于 AEC 两端的 CDR 之

28、间仍然是电信号传输，而 AOC 则经过电-光-电的转换，通过光纤为媒介支持长达 30m 的传输距离（多模光纤），远大于 AEC。 总之，本白皮书以高速铜缆为目标，围绕高速无源铜缆（DAC）为主，加之有源铜缆 ACC 和 AEC 的演进，以下一代 56G-PAM4 的数据中心大规模部署为应用目标，在上游技术、下游需求等方面进行展开。 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 5 2.1.2.1. 数据中心对高速铜缆的需求 数据中心对高速铜缆的需求 根据 IDC 数据，对 2019 年全球云市场分析，美国云计算市场支出规模达到 1240亿美元，是中国（约 107 亿美元，全球第

29、二大云计算市场）的 10 倍体量。北美云市场仍然保持着持续发展的趋势，而中国市场则发展潜力巨大。 2019 年，中国云基础设施支出增长了 63.7%，达到 107 亿美金，是全球云计算市场增速最快的国家和地区，在国家“新基建”7 大领域中，大数据中心被视为是国家打造新一代信息基础设施能力的底座。 根据 Gartner 发布的 2019 年全年 x86 服务器市场数据显示，全球服务器厂商共出货 1249.7 万台 x86 服务器。根据 IDC 统计数显示：2019 年中国地区 x86 服务器发货量达到了 317.7 万台。以目前经典服务器配置情况推算，机柜内 TOR 交换机与计算节点 NIC 之

30、间的互连链路总数将达到 2000 万条链路左右。这些互连链路的特点是机柜内或邻近机柜间距离较短，通常在 10m 之内，业内通常用 AOC（有源光缆）和高速铜缆来完成这样的互连应用。 在当前采用 CLOS 架构的数据中心网络架构下，采用单芯片盒式交换机组成的 3 层网络中，以一个典型 25G 大集群统计，Leaf 至 Spine 层之间采用短距至长距光模块的链路数量占比约为接入层交换机至服务器之间链路总数的三分之一左右。也即，按照链路总数量来看，服务器至接入层交换机的链路总数占到了数据中心内链路总数量的较大比例。即使扣除国内数据中心比较大比例的服务器双上联因素，接入层的链路数量也仍然会是较大比例

31、。 因此，服务器接入层的网络链路的稳定性将极大影响数据中心内网络整体运营的工作内容和负担。而很明显，无源铜缆 DAC 相比 AOC，天然更具失效率低的优势。同时，如此规模比例的链路数量，在总体网络互连成本的比例上也将贡献较大的比重。以当前市场平均价格计算，单根 25G DAC 的价格仅为 25G AOC 的1/3 至 1/4。 总之，高速铜缆，尤其是 DAC 相比 AOC，其天然的稳定性优势和成本优势对数据中心内整体网络的稳定性和成本的影响是非常显著的。在接入层，应该更多使用 DAC 这种更简单、更稳定、更低成本的硬件。 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 6 图 2

32、-1. 典型数据中心 CLOS 网络架构示意图 在 10Gbps 和 25Gbps 的应用阶段，对于服务器接入层，国外数据中心比较早地使用了 DAC。10 年以上的应用，充分体现了 DAC 在短距传输上的长期稳定可靠的特点，以及产品交付周期短和成本上的优势。与此同时的国内互联网业主，虽然主营业务对带宽与流量有较大的需求，但是受单柜功率容量的限制，在 10G 和 25G 的早期应用，往往需要跨多机柜连接交换机和服务器，此长度需求只能以 AOC 来满足，而 DAC 远无法满足。但是近年来，伴随着大型和超大型数据中心的自建和新建，先进的 IDC 一体化设计大大地提升了单机柜功率容量从而有效缩小了服务

33、器接入的垂直布线距离。随着白盒网络设备和自定计算节点的部署落地，机柜内服务器网络接入链路开始大规模的使用 DAC 即可需求。表现在 25Gbps 链路上，DAC 可以覆盖 5m 以内的传输距离需求，ACC 的传输距离最长达到 7m9m 左右，足以满足机柜内和部分跨柜的互连。 2.2.2.2. 国内数据中心高速铜缆应用概览 国内数据中心高速铜缆应用概览 根据行业统计数据预估，全球高速铜缆年发货量约有 800 万根，约有 75%85%的出货是提供给海外互联网公司的数据中心部署使用。与此同时，国内的高速铜缆的发货量伴随着领先数据中心业主的部署与使用，在快速提升。以北美 4 大数据中心的情况来看，高速

34、铜缆供货份额上目前的主要供货商还主要以国外线缆品牌上为主，比如TE，Molex，但总体份额是呈现下降趋势，这是因为国内的高速线缆提供商发展非常迅速，并具备着积极进取的服务态度，灵活的交付方式和成本优势，比如立讯技术，兆龙互连。在国内数据中心高速铜缆的交付上，国内 DAC 供货商占据了优势比重。 自 2018 年开始，伴随着国内大型数据中心自建，机柜功耗密度大幅度提升；同时数据中心网络架构的升级和网络交换机白盒化，使得物理网络高速互连的设计和应用ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 7 “白盒化”，以阿里巴巴为代表的大型数据中心用户率先在新建基地中快速切入10G/25G

35、DAC，并迅速规模化；以腾讯为代表的大型数据中心在5m 需求的场景中引入了有源铜缆 ACC 作为更长距离需求的补充。在 25G-NRZ 速率这一代，国内数据中心用户逐步获取了高速铜缆相比 AOC 所带来的红利，尤其是在网络链路稳定性方面相比AOC，提升至少一个数量级。成本的节省和供应效率提升更是收益颇多。正是这些实实在在经过大规模部署验证过的优势，驱动着国内数据中心在下一代 56G-PAM4 时代，坚定不移的瞄准高速铜缆作为主要的服务器网络接入方式。 图 2-2. 国内某线缆厂商通用商业 QSFP56 直连 DAC 图 2-3. 国内某数据中心用户客制化 QSFP56 to 2xQSFP56

36、DAC ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 8 图 2-4. 国内数据中心服务器接入层链路技术发展趋势 未来的发展趋势，在需求驱动层面，数据中心东西向流量的指数级增长，计算和存储分离，超融合网络等这些方面会持续发展，对物理网络的高带宽、高可靠性的需求会愈加强烈。同时，大型数据中心的网络可扩展性对部署灵活性和交付效率要求极高，而且云计算业务对成本也非常敏感，所以在需求层面，物理网络互连需要做到硬件极简、品类收敛、高效集成交付、链路性能极致（比如网络物理层需要达到无误码级别）。 在应用的角度，数据中心的设计应该是面向未来，通过 IDC、机柜、服务器、网络、运营等各维度一体

37、化设计，针对不同业务场景在 TCO 最优的方案下，分解出各部件的最优解，比如服务器接入层的方案，如何在接入距离、服务器密度、网络端口利用率、链路稳定性等各因子下，权衡出无源铜缆、有源铜缆或 AOC 等不同方案的选择。 在上游技术方面，随着下一代 56G-PAM4 网络的即将大规模部署，以及再下一代112G-PAM4 的演进，高速信号完整性（SI）成为了物理网络链路各项关键技术中最大挑战。以当前较先进的高速铜缆材料和工艺能力，无源铜缆支持 56G-PAM4 的长度不超过 3m（可规模量产），而支持 112G-PAM4 传输的当前样品最多不超过 2m（仅实验样品，未考虑规模量产时的公差和实际部署损

38、耗）。低损耗导体材料、低损耗介质材料、高精度工艺、针对更高频率的波导结构设计、SI 设计等方面，都需要产业链各环节的从业者进行突破和攻克。另外，有源铜缆 ACC 和 AEC，面临 Redriver 和 RetimerODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 9 芯片的 SI 性能、功耗、稳定性、供应等方面的挑战，在 112G-PAM4 下将显得尤为突出。 3.3. 高速铜缆技术 高速铜缆技术 高速铜缆的技术规格中，接口模组、接口连接器、管理接口标准均有业界标准化组织定义了对应的规格，包括结构尺寸、电气连接、管理接口协议等方面。这些部分需要被遵循，以满足设备、线缆和软件系统的

39、兼容性、互操作性。在本章中将依次介绍。 线缆端到端的信号完整性性能规格由 IEEE 和 OIF-CEI 等制定了规格基线以及一致性测试要求，以满足不同类型的网络物理层的传输实现和设备与模块、线缆之间的兼容性。但是主要决定线缆信号完整性性能的裸线(Bulk cable)以及模块 PCB、连接工艺等部分的实现方式并无标准化的规范，其中涉及的材料、高速 SI 设计、制造工艺等技术属于各线缆厂商自己的核心技术。本章中将列举一些当前在 25G-NRZ、56G-PAM4 等速率下较通用的一些裸线结构设计、 绝缘材料、 和线缆总成 （Cable Assembly） 的关键技术，供读者参考。 扇出线缆（Bre

40、akout cable）的形态一般是终端用户基于特定应用场景定制化的，比如 QSFP28 to 4xSFP28.本章中将介绍扇出线的一些应用原则。 3.1.3.1. 接口和线缆模块 接口和线缆模块 针对不同的运用场景和运用层级，高速铜缆可提供多元化的选择。在多元化的道路上，标准的制定和牵引始终以高度兼容性为指导方向，在保证了产品发展的同时，也避免产品迭代太快对原有的市场形成较大的冲击。 由于 5G、云计算和数据中心等业务的快速成长，针对标准模组、接口及管理界面规格的定义越来越多的被终端用户(如数据中心用户、通信设备厂商)所引导，甚至主导。目前看到的近几年内新出现的标准接口非常丰富，均反映了不同

41、应用侧重点的诉求。如表 3-1 中所示，相同端口带宽下，不止一种接口标准可以满足。需注意，表中所示的 112G 相关接口当前正在开发或预研阶段，表中示意仅为理论上演进的可能性,供参考。 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 10 通道数量通道数量 25G25G 50G50G 100G100G 200G200G 400G400G 1x lane SFP-28 SFP-56 SFP-112 / / 2x lane / DSFP-28 QSFP-28 SFP28-DD DSFP-56 QSFP-56 SFP-DD DSFP-112 / 4x lane / / QSFP-28

42、QSFP-56 QSFP-112 8x lane / / / / QSFP-DD OSFP 表 3-1. 接口类型和通道数量参考表 表 3-2 汇总了当前业界较流行的可插拔模块和接口的规范，包括了模组、连接器、Cage 的结构规格，低速信号的电气规范以及管理接口的标准。表中所有的规范与接口类型的对应是依照当前业界定义的通用习惯为原则，但是其中有些规范是存在可以变化的可能性的，比如 QSFP28/56 的管理界面规格，除了 SFF-8636 标准，也可以使用 CMIS4.0 标准，后者可以提供针对模块内 DSP 芯片的监控、诊断等功能（比如200G 光模块、200G AEC），而前者则延续了原来

43、的标准，对系统侧的开发、上一代产品的兼容较为简单和友好。用户可以根据自己的应用场景来权衡所应用标准的选择。 Type Type Mechanical Mechanical Low Speed & Low Speed & General General Electrical Electrical Management Management Interface Interface Module Module Connector Connector Cage Cage (Single (Single Port)Port) CageCage (Ganged Port)(Ganged Port) SFP

44、28 SFF-8432 SFF-8071 SFF-8432 SFF-8433 SFF-8419 SFF-8472 SFP56 QSFP28 SFF-8661 SFF-8662 SFF-8663 NA SFF-8679 SFF-8636 QSFP56 SFP-DD SFP-DD MSA Specification SFP-DD MIS DSFP DSFP MSA Specification CMIS 4.0 QSFP-DD QSFP-DD MSA Specification CMIS 4.0 OSFP OSFP MSA Specification CMIS 4.0 ODCC-2020-03001

45、 下一代数据中心高速铜缆白皮书 11 表 3-2. 接口行业标准规范参考表 表 3-3 中汇总了各接口类型对应模组的结构尺寸，模组的尺寸对应了系统侧的连接器和 cage 的物理尺寸，具体的结构细节可以查阅表 3-1 中的对应规范。 接口类型 模块外形尺寸图示 模块外形尺寸图示 SFP28 & SFP56 QSFP28 & QSFP56 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 12 SFP-DD DSFP QSFP-DD ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 13 OSFP 表 3-3. 接口类型结构尺寸参考表 表 3-4 中示意了不同接口类型的模组

46、的 footprint，根据 footprint 对比，可以清晰的对应在电气连接界面不同模组之间的兼容性和演进关系。 接口类型 footprint示意图. footprint示意图. SFP28 & SFP56 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 14 QSFP28 & QSFP56 SFP-DD ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 15 DSFP QSFP-DD ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 16 OSFP 表 3-4. 接口类型 foot print 参考表 3.2.3.2. 高速裸线技术 高速裸线技术 3

47、.2.1.3.2.1. 高速 Twinax 结构设计 高速 Twinax 结构设计 Twinax 结构设计从屏蔽包覆结构方面来分，通常有绕包和纵包两种结构方式设计，绕包结构方式采用绕包设备在两根纵向平行的芯线外螺旋状的方向绕包屏蔽层，如图 3-1 所示；纵包结构方式是通过纵包模具在两根纵向平行的芯线外纵向包覆屏蔽层，如图 3-2 所示。 图 3-1. 铝箔绕包 图 3-2. 铝箔纵包 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 17 通过这两种方式包覆屏蔽层，和内部的镀银铜线共同组成了一个双线的传输线结构（同轴传输线的延伸）。从场分析的角度，此两种方式最大的不同在于高频段时屏

48、蔽层上的表面电流的分布不同，从而在高频段会显示出不同的传输性能，从 SDD21(差模插入损耗)上的表现来看，绕包方式体现为某高频段出现 suck-out。其出现的频点位置与绕包时的导体重叠节距以及整个 Twinax 的结构尺寸相关。绕包结构由于是屏蔽层直接螺旋方式包覆在平行对外，其包覆的紧密性高，所以在紧密性加工难度上易于纵包方式，但是当需要在所关注的频段内不允许出现 suck-out 的时候，需要注意绕包方式所能支持的最高频点，如图 3-3 和图 3-4 所示，此例中当采用绕包结构，suck-out 出现在了 12GHz20GHz 之间。纵包方式是通过模具先对屏蔽层纵向成型后再采用包带进行包

49、覆，从而达到屏蔽层与线对间的紧密，但由于是纵包包覆，无绕包节距因素，所以可以支持较高频段内无 suck-out.通常在 25G-NRZ 及以上速率的应用中，建议选择纵包方式的裸线结构。但是较细的线径(比如 34AWG，32AWG)进行纵包的工艺挑战比绕包要大，因此在选择线缆时，需要特别注意 Twinax 的包覆形式。 此外，Twinax 作为高速传输线结构，其中导体损耗占整体插入损耗的主导地位，所以在速率高达 56G-PAM4 甚至再下一代 112G-PAM4 时，由于高频信号的趋肤效应而需要非常关注传输线导体的表面粗糙度，分别在内芯的外层（通常镀银处理）和屏蔽层的内表面。如何保证导体表面一定

50、程度的粗糙度来提供与中间介质层之间的结合力的同时，尽量降低粗糙度，是在信号完整性性能和工艺可靠性之间需要平衡和解决的问题。 图 3-3. 绕包方式插入损耗曲线 图 3-4. 纵包方式插入损耗曲线 ODCC-2020-03001 下一代数据中心高速铜缆白皮书 18 Twinax 结构设计从地线分布设计结构方面分通常有单地线、双地线两种结构，单地线是指地线在两根被包覆的绝缘芯线中间位置，如图 3-5，双地线是指地线在两根被包覆的绝缘芯两侧位置，如图 3-6。 图 3-5. 单地线结构 图 3-6. 双地线结构 单地线设计结构在加工 DAC 时，需要人工折地线，将地线排在焊盘位置影响加工效率，而双地