如何為企業資料中心設備實作高效能模組化連接

在企業和雲端資料中心以及新一代通訊基礎設施中，為支援大數據應用，設計伺服器、儲存和網路設備時，可能面臨的挑戰在於如何提供緊湊的連接解決方案以因應資料傳輸率需求。這些傳輸率包括高達每秒 56 Gbps 的高速訊號，使用四級脈波振幅調變 (PAM4)、第 4 代和第 5 代高速週邊元件交互連接裝置 (PCIe)、非揮發性記憶體通訊協定 (NVMe)、序列連接 SCSI (SAS)、小型可插拔 (SFP) 和四通道 SFP (QSFP) 規格。

相關應用需纖薄、符合成本效益的連接器，以提供高等級的訊號完整性 (SI)、模組化和可擴展性，由於可輕鬆維護和維修，因此停機時間能縮到最短。還需要能夠以低插入力和 92、85、95 Ω 等阻抗提供多次插拔的連接器，以支援各種需要的互通性和訊號性。

本部落格文章介紹並簡要描述 PAM4、PCIe、NVMe、SAS、SFP、QSFP 的產業標準和所需的訊號完整性。接著，使用 PCIe 作為範例應用，討論阻抗選擇的重要性以及高密度伺服器、儲存和網路設備對薄型卡緣和纜線連接器解決方案的需求。文中將一併說明 Amphenol 的一些 Mini Cool Edge 連接器品項，用於在企業和雲端資料中心設備中進行高效能、緊湊的模組化連接。

符合標準並達到訊號完整性

Mini Cool Edge 連接器的規格符合儲存網路產業協會 (SNIA) 小尺寸規格 (SFF) TA1002 標準，此標準包括用於伺服器和儲存裝置的直角、跨裝式和正交連接器。此標準已由企業與資料中心標準外型規格 (EDSFF) 和開放運算計畫 (OCP) 委員會採用，分別用於固態硬碟 (SDD) 和網路介接卡 (NIC) 3.0 應用。

Mini Cool Edge 0.60 mm IO OverPass^TM 解決方案專為跨接應用設計，還支援低延遲 Gen Z 系統架構，可提供高效能和增強的訊號完整性。這些連接器具有高度穩定和平衡的阻抗以及 S 參數，如插入損耗、回波損耗、串音，可達到高速連接所需的訊號完整性。同時支援附加卡 (AIC) 和有線應用，高達 56 Gbps PAM4、Gen 4 和 Gen 5 PCIe，傳輸距離超過 1 m。阻抗選項包括 85 Ω (G97 系列)、92 Ω (G42 系列)、95 Ω (G98 系列)。提供各種引腳數，可滿足 PCIe、NVMe、SAS、SFP(+)、QSFP 規格。

如前所述，Mini Cool Edge 連接器支援多種介面規格。本文接著討論 PCIe 介面的設計注意事項。

您需要什麼阻抗？

為 PCIe 介面設計高速互連時需考慮許多因素，包括印刷電路板走線和通孔等，但連接器是極為重要的考量。在設計緊湊型模組化連接解決方案時，保持訊號完整性非常重要，必須選擇正確的阻抗才能達成。

PCIe 互連有許多不同類型，因此在選擇最佳阻抗會更複雜。範例包括中間板到主機板 (MB) 的跨接、晶片到晶片的跨接、晶片到外部輸入／輸出 (I/O) 等 (圖 1)。這些互連可以在一端或兩端有 IC 封裝，並且可以包括多片印刷電路板，如處理器板、轉接卡或附加卡。至於 PCIe CEM 連接，對 85 Ω 阻抗的要求可確保使用 CEM 規範的系統和卡的互通性，進而保證任何配對裝置的阻抗匹配。然而，85 Ω 並不是 PCIe 的絕對要求。

圖 1：跨接互連採用多種形式，需要支援高訊號完整性。(圖片來源：Amphenol)

如果不需要 CEM 互通性呢？

對於許多 PCIe 應用而言，CEM 互通性並非強制。PCIe 規範規定 85 Ω 要求不一定適用於連接器、纜線、通孔和其他互連，只有 CEM 互通性需要。若無需互通性，互連阻抗的選擇取決於訊號完整性優先程度。例如，如果優先考慮插入損耗，則 92 或 95 Ω 等較高阻抗可能是更佳選擇。

除了一系列阻抗選擇以最佳化訊號完整性，還需要各種實體連接配置，以支援各種機械設計，如左側和右側出線口，以及直角 (RA) 和直式互連 (圖 2) .相較於印刷電路板走線，正確的跨接連接器和纜線解決方案可以達到更長的互連和高訊號完整性，並支援模組化和可擴展性，同時簡化維護和維修。

圖 2：多種實體配置的連接器，可支援特定應用的封裝需求。(圖片來源：Amphenol)

緊湊型 PCIe 連接器

設計 PCIe 互連時，可以選用 Amphenol 的 Mini Cool Edge IO OverPass^TM 連接器。這些超薄連接器為系統設計提供新方式，可達到模組化、可擴展、易於維修且符合經濟效益的效果。具有 0.60 mm 間距並支援高達 56 Gbps PAM4/PCIe、Gen 4/PCIe 和 Gen 5/PCIe 的高速訊號，其他主要特點還包括：

• 垂直和直角配置 (圖 3)。
• 直式、直角、左右側出線口。
• 支援高達 56 Gbps 的訊號，傳輸距離超過 1.0 m。
• 相同的連接器可支援纜線和卡緣設計。
• 提供幾款阻抗值，包括 92 Ω (G42 系列，如 74 腳位 G42V12312HR)、85 Ω (G97 系列，如 148 腳位 G97R26312HR) 和 95 Ω (G98 系列，例如 38 腳位 G98V11312HR)。
• 能夠承受 250 次插拔次數，最大插拔力為每引腳 0.6 N，最小插拔力為每引腳 0.06 N。

圖 3：垂直 (底部) 和直角 (頂端) Mini Cool Edge IO 連接器具有 0.60 mm 間距。(圖片來源：Amphenol)

結論

為伺服器、儲存和網路設備等企業資料中心設備設計 PCIe 互連時，就從 Amphenol 的 Mini Cool Edge IO OverPass^TM 系列中選擇。提供滿足各種產業標準的一系列連接器，並支援您所需的訊號完整性。此符合成本效益的解決方案包含模組化、可擴展且易於維修的配置。