Kupferlegierungen, einschließlich Beryllium-Kupfer und Phosphorbronze, bieten ausreichende Flexibilität und können für Hochgeschwindigkeits-Stanz- und Umformprodukte verwendet werden. Verschiedene Beschichtungsmaterialien von Gold bis Zinn reduzieren die Kontaktbeständigkeit, erhöhen die Haltbarkeit und verhindern Korrosion. Kupferkabel können zuverlässig mit einer Vielzahl von Techniken beendet werden, einschließlich Löten, Crimpen, Drahtabisolieren und Löten. Kupferschaltungen, die in das mehrschichtige PCB-Laminatmaterial eingebettet sind, ermöglichen Verbindungen mit hoher Dichte. Die Komponenten auf diesen Platinen werden mit hochgeschwindigkeitsautomatischen Geräten hergestellt und durch Wellenlöten gelötet. Die Entwicklung und Etablierung zuverlässiger Kupferkreisläufe im Laufe der Jahre hat den Menschen Vertrauen in das Medium und die globale Lieferkette verschiedener Hersteller gegeben.
Kupfer ist ein ausgezeichnetes Material, aber es hat seine Grenzen. Da die Systemgeschwindigkeit weiter zunimmt, beginnen Kupferleiter ungünstige Eigenschaften zu aufweisen. Neben der einfachen DC-Beständigkeit beeinträchtigen Faktoren wie Impedanzänderungen, Front-to-Back-Crosstalk, Neigung, Jitter und Inter-Symbol-Interferenzen häufig die Qualität digitaler Signale. Darüber hinaus müssen die Probleme von EMI und Erdschleifen gelöst werden.
Wenn die Datenrate steigt, wird jeder dieser negativen Faktoren größer, wodurch die physische Länge des Kanals effektiv begrenzt wird. In den letzten Jahren haben Systemdesigner begonnen, mehr als 25Gb/s-Anwendungen zu verwenden. Unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren ist die Aufrechterhaltung der Übertragungsgeschwindigkeit digitaler Signale zu einer immer ernsteren Herausforderung geworden.
Optische Glasfaserverbindungen mit Photonen anstelle von Elektronen werden seit vielen Jahren diskutiert. Der modulierte Lichtstrahl, der digitale Informationen überträgt, war schon immer das Medium der Wahl für sehr lange Verbindungen, während Kupferkanäle mehrere Verstärkungspunkte benötigen und versuchen, Verzerrungen zu reduzieren. Ingenieure suchen weiterhin nach Möglichkeiten, die Lebensdauer von Kupfer zu verlängern. Die Machbarkeit von Glasfasern in Kurz- und Mittelstreckenkanälen ist seit vielen Jahren ein Ziel von Ingenieuren. Verbesserungen bei der Kupferkanalübertragung, einschließlich des Übergangs zu Differentialpaaren, PAM4-Signalisierung und fortschrittlicher Signalkonditionierung, die in den SERDES-Chip integriert sind, ermöglichen es Konstrukteuren, weiterhin Kupferkanäle von akzeptabler Länge zu verwenden.
Die optische Faser steht unter mehreren Herausforderungen, einschließlich der zusätzlichen Kosten und der Leistung, die der elektrooptische Umwandlungsprozess an beiden Enden des optischen Kanals verbraucht. Und der schwierige und teure Glasfaser-Abschlussprozess. Glasfasermaterialien gelten auch als zerbrechlicher als herkömmliche Kupferkabel.
Da Hochgeschwindigkeitskanäle weiterhin durch Kupfer begrenzt sind und die Kosten für optische Kabel, Steckverbinder und aktive Komponenten sinken, ändert sich die Einstellung der Menschen. Glasfaser bietet die Vorteile einer höheren Bandbreite und Zugänglichkeit. Fortschritte im Wellenlängenteilungsmultiplexing und die kohärente Übertragung können die Effizienz der optischen Faser weiter verbessern.
Durch den Einsatz der erweiterten Strahltechnologie wurde die extreme Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen auf der Steckfläche der optischen Schnittstelle minimiert, die im Steckverbinder integrierte Linsen verwendet, um den Strahldurchmesser über die Schnittstelle hinweg zu erhöhen. Diese Technik macht den Aufprall von Staub auf das übertragene Licht viel kleiner.
Glasfaser wird nun für den Einsatz in Rechenzentren und relativ kurzen Anwendungen in Betracht gezogen. In einigen Fällen kann Glasfaser sogar in Boxen verwendet werden.
Die Notwendigkeit, den Verlust und die Verzerrung von gedruckten Schaltungsmaterialien in Hochleistungsanwendungen zu minimieren, hat die Menschen dazu angeregt, diese Kanäle von der Leiterplatte zu entfernen. Eine Lösung besteht darin, das Hochgeschwindigkeitssignal in ein geschirmtes Twinaxialkabel neben dem ASIC- oder SERDES-Gerät umzuwandeln. In diesen Kabeln werden Signaldämpfung und Verzerrung stark reduziert. Diese Kabel springen über die Oberfläche der Leiterplatte und enden oft in I/O-Anschlüssen, die auf dem Gerätepanel installiert sind.
Eine weitere lösungsgemäße Lösung ist die co-packaged optics, die den elektro-optischen Umwandlungsprozess auf einem gemeinsamen Substrat mit SERDES oder Switch-Chips lokalisiert und das Signal mit Optik direkt auf das I/O-Panel bringt. Das Ergebnis sind geringe Verzerrungen und eine hohe Portdichte.
Die Realisierung dieser Integrationstechnologie ist Siliziumphotonik, die versucht, mehrere Komponenten eines optischen Senders oder Empfängers auf einen Siliziumchip zu integrieren. Ziel ist es, elektrische Impulse durch Photonensignale zu ersetzen. Seit vielen Jahren versuchen Wissenschaftler, einen praktischen Laser auf Silizium zu machen, aber ohne Erfolg. Kürzlich entschieden sie sich, sich auf separate Laserquellen und photonische Chips zu konzentrieren, die auf einem gemeinsamen Substrat montiert sind. Silizium-Photonikgeräte können mehrere Funktionen integrieren, einschließlich Modulatoren, SERDES, optische Verstärker, Detektoren, Filter, Koppler und Verteiler, und elektronische Logik,-Speicher und Antriebskreise auf demselben Chip integrieren.
Zu den Vorteilen dieser Technologie gehören:
* Hochgeschwindigkeitsgetriebe.
* Silizium-Wellenleiter können mit Leitern auf einem gemeinsamen Substrat koexistieren.
* Verwenden Sie vorhandene integrierte Schaltungsfertigungs-, Prozess- und Waferprüfgeräte mit hoher Kapazität.
* Fähigkeit, elektronische und optische Komponenten auf demselben Mikrochip zu erstellen.
* Realisieren Sie elektro-optische Umwandlung auf dem gleichen Chip.
* Reduzieren Sie den Stromverbrauch.
* Der Grad der Integration erhöht die Dichte des Systems.
* Reduzieren Sie die Systemkosten durch Automatisierung.
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