如何实现企业数据中心设备的高性能模块化连接

为了支持企业和云计算数据中心以及下一代通信基础设施中的大数据应用，我们在设计服务器、存储和网络设备时，可能面临的挑战是既要提供紧凑的连接解决方案，又要适应必要的数据速率。具体速率包括各种高速信号最高所需的 56 Gbps，使用的规范有四级脉冲振幅调制 (PAM4) 、高速外设组件互连 (PCIe) 第四代和第五代、非易失性高速存储器 (NVMe) 、串行连接 SCSI (SAS)、小型可插拔 (SFP) 以及四路 SFP (QSFP) 规范。

这些应用需要超薄、经济的连接器，能够提供高水平信号完整性 (SI) 、模块化和可扩展性，并且要易于维护和修理以最大限度地减少停机时间。此外，还需要连接器能够以低插入力提供多次配接，以及 92 Ω、85 Ω和 95 Ω 等阻抗选择，以支持各种互操作性和 SI 需求。

这篇博客将介绍并简要说明 PAM4、PCIe、NVMe、SAS、SFP 和 QSFP 的行业标准和 SI 需求。然后，会以 PCIe 为例，讨论在高密度服务器、存储装置和网络设备中阻抗选择的重要性，以及对超薄卡边缘和电缆连接器解决方案的需求。其间，我们将会看到一些来自 Amphenol 的 Mini Cool Edge 连接器，您可以使用它们在企业和云数据中心设备中实现紧凑的高性能、模块化连接。

满足标准并实现 SI

Mini Cool Edge 连接器规格符合存储网络行业协会 (SNIA) 的小外形 (SFF) TA1002标准，其中包括用于服务器和存储设备的直角、跨装和正交连接器。该标准已被企业和数据中心标准外形尺寸 (EDSFF) 和开放计算项目 (OCP) 委员会采用，分别用于固态硬盘 (SDD) 和网络接口卡 (NIC) 3.0 应用。

Mini Cool Edge 0.60 毫米 (mm) IO OverPass^TM 解决方案（专门为 Flyover 应用而设计）也支持低延迟的 Gen Z 系统架构，实现了高性能和增强的 SI。这些连接器具有高度稳定和平衡的阻抗，以及像插损、回波损耗和串扰之类 S 参数，能够实现高速连接所需的 SI。它们支持插卡 (AIC) 和带电缆应用，在 1 米 (m) 的传输距离上，最高可支持 56 Gbps PAM4、PCIe Gen 4 和 Gen 5。阻抗选择包括 85Ω（G97 系列）、92Ω（G42 系列）和 95Ω（G98 系列）。各种引脚数可满足 PCIe、NVMe、SAS、SFP (+) 和 QSFP 规范要求。

如前所述，Mini Cool Edge 连接器支持许多接口规范。然而，这篇博客余下部分将讨论 PCIe 接口所需的设计考虑。

您需要什么阻抗？

在为 PCIe 接口（包括印刷电路板的印制线和过孔）设计高速互连时，有许多因素需要考虑，其中连接器是首先要考虑的几个因素之一。在设计紧凑的模块化连接解决方案时，保持 SI 至关重要，而选择正确的阻抗是实现这一目标的关键。

PCIe 互连的类型多样性使得确定最佳阻抗的工作变得更加复杂。例如，中间板到主板 (MB) Flyover 连接、芯片到芯片 Flyover 连接、芯片到外部输入/输出 (I/O) 以及其他类型的连接（图 1）。这些互连方式可以在一端或两端有一个 IC 封装，可以包括多个 PC 板，如处理器板、竖卡或内插卡。还有就是 PCIe 卡机电 (CEM) 连接。对 85 Ω 阻抗的要求确保了使用 CEM 规范的系统和卡的互操作性，保证了任何配接设备的阻抗匹配。当然，85 Ω 并不是 PCIe 的绝对要求。

图 1：Flyover 互连形式多种多样，需要支持高 SI。（图片来源： Amphenol）

如果不需要 CEM 的互操作性怎么办？

对于许多 PCIe 应用来说，CEM 的互操作性不是强制性的。PCIe 规范指出，85 Ω 的要求不一定适用于连接器、电缆、过孔和其他互连器件。这只是 CEM 互操作性的需要。如果没有互操作性的需要，互连阻抗的选择就取决于您的 SI 优先级。例如，如果插损是优先事项，较高阻抗（如 92 Ω 或 95 Ω）可能就是一个更好的选择。

除了需要一系列的阻抗选择来优化 SI 外，您还需要各种物理连接器配置，以支持各种机械设计，如左侧和右侧出口，以及直角 (RA) 和直线互连（图 2）。与 PC 板印制线相比，正确的 Flyover 连接器和电缆解决方案可以实现较长的互连长度和高 SI，并支持模块化和可扩展性，同时简化维护和修理。

图 2：具有各种物理配置的连接器可以支持特定应用的封装需求。（图片来源： Amphenol）

紧凑型 PCIe 连接器

当设计 PCIe 互连方案时，可以考虑使用 Amphenol 的 Mini Cool Edge IO OverPass^TM 连接器。这些超薄的连接器提供了一种新的系统设计方法。这种连接器实现了模块化，可扩展，易维修，而且经济性高。除了 0.60 mm 间距和支持最高 56 Gbps 的 PAM4/PCIe、Gen 4/PCIe 和 Gen 5/PCIe 高速信号外，还具有以下主要特性：

• 垂直和直角配置（图 3）。
• 直线、直角和左右两侧电缆出口。
• 支持高至 56Gbps 的信号——超过 1.0 米的传输距离。
• 同一连接器可以支持电缆和卡边缘设计。
• 多种阻抗选择包括 92 Ω（G42 系列，如 74 针 G42V12312HR）、85 Ω（G97 系列，如 148 针 G97R26312HR）和 95 Ω（G98 系列，如 38 针 G98V11312HR）。
• 能够承受 250 次配接，每个插针配接力最大达 0.6 N，每个插针的解配力最小为 0.06 N。

图 3：垂直（底部）和直角（顶部）Mini Cool Edge IO 连接器的间距为 0.60 mm。（图片来源： Amphenol）

结语

在为企业数据中心设备（如服务器、存储设备和网络设备）设计 PCIe 互连方案时，有了 Amphenol 的 Mini Cool Edge IO OverPass^TM 产品系列，其它的基本就不用再看了。该系列提供了符合各种行业标准的连接器选择范围，支持您的 SI 需求，同时也为实现模块化、可扩展和易维修的配置提供了经济高效的解决方案。