Wie müssen die immer komplexer werdenden Serverdesigns die Komplexität der internen Hochgeschwindigkeitskabelmontage berücksichtigen?

Die heutigen Computerumgebungen verlangen von den Geräten der Unternehmensklasse ein noch nie dagewesenes Maß an Raffinesse, um ihre Komplexität zu erhöhen. Da die Datenraten steigen, wird die Komplexität durch die Leistungsbeschränkungen von Standardmaterialien noch weiter erhöht. Höhere Datenraten erfordern schnellere Anstiegszeiten, was zu einem höheren Verlust von Hochgeschwindigkeitssignalen führt. Dieses Manko kann zwar durch die Verwendung von Hochleistungslaminaten behoben werden, doch sind die Ergebnisse nicht so dramatisch und die Kosten haben sich drastisch erhöht. Neuere Prozessoren und Hauptplatinen verarbeiten mehr Ein- und Ausgänge (I/Os), was zu einer höheren Verdrahtungs- und Layoutdichte auf der Leiterplatte führt. Zusätzlich zu PCI Express® können Onboard-Speicheranwendungen versuchen, auf Hochgeschwindigkeits-SAS umzusteigen. PCIe- oder SAS-I/O-Signale können aufgrund der längeren Strecken, die sie innerhalb des Servergehäuses zurücklegen müssen, kanallängenbasierte Verluste aufweisen. Die Verwendung von PCIe-Retimern ist eine Option, die jedoch mit höheren Kosten und mehr Komplexität verbunden ist. Retimers stellen keine adäquate Lösung für High-Performance-Computing dar, da sie die Latenzzeit der Signalübertragung erhöhen. Durch diese widersprüchlichen Anforderungen werden die Leiterplattendesigns stärker beansprucht. Die Erhöhung der Anzahl der Lagen ist ebenfalls eine Option, aber sie geht zu Lasten von Kosten und Leistung. Eine Verringerung der Breite der Leiterbahnen ist keine gute Option, da sich dadurch die Strecke, die das Signal bei gleicher Datenrate zurücklegen kann, weiter verringert. CABLINE®-VS II Very Fine Coaxial Connectors sind ein Hochgeschwindigkeits-Differenzial-Koaxial-Steckverbindersystem für Draht-zu-Platine-Verbindungen, das sich bestens für die Leistungs- und mechanischen Anforderungen von Computergeräten der Enterprise-Klasse eignet.

Was sollte ein Systemarchitekt tun? In den letzten Jahren ist ein zunehmender Trend zur Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Innenkabeln zu verzeichnen. Gleichzeitig werden immer mehr Industriestandards festgelegt, z. B. vom T-10 SAS-Komitee des American National Standards Institute (ANSI) für Cable-to-Board-Systeme. SAS 4 entspricht 22,5 Gbps und verfügt über Komponenten, die diese Spezifikation unterstützen können. Andere, wie z. B. PCI Express (PCIe), haben nicht spezifizierte Komponenten, sind aber in der Regel SAS-ähnliche Komponenten. PCIe 3.0 hat eine Spezifikation von 8 Gbit/s, verbindet aber keine Kabelbaugruppen miteinander; PCIe 4 hat eine Spezifikation von 16 Gbit/s und ist der PCIe-Standard, der das interne Kabelbaugruppensystem definiert. PCIe wird verwendet, um Prozessoren mit SAS-Controllern und anderen Peripheriegeräten zu verbinden, wie z. B. Allzweck-Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs), die bis zu 16 Lanes von PCIe (32 Paare plus Frequenz und Masse) belegen können, meist in unternehmenskritischen und/oder Hochleistungsgeräten. Die heutigen Server der Unternehmensklasse können mehrere GPUs in einem einzigen Gehäuse zusammenfassen. Der Zusammenbau von GPUs in Leiterplatten ist aufgrund der Abnutzung der Leiterplatten und des erforderlichen Abstands zwischen allen Systemkomponenten unpraktisch.

Duale Differenzialkabel können diese Lücke schließen und bieten mehr mechanische Optionen für GPU-Konfigurationen: Da der Stromverbrauch und die Wärmeabgabe des Systems mit dem Prozessor und der GPU ansteigen, ist die Konfiguration ein wichtiger Faktor. Der Luftstrom ist ebenfalls entscheidend und darf nicht blockiert werden. Die Herausforderung bei Kabelbaugruppen besteht darin, die mechanischen und konnektiven Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig den Luftstrom nicht zu behindern. Daher ist es wichtig, die mechanischen Kriterien in der Nähe der Kabelbaugruppe zu berücksichtigen. Geringe Höhe, geringer Verlust, Dichte und Flexibilität sind allesamt erwünschte Eigenschaften. Einige Kabelbaugruppen erfordern eine komplexe Verdrahtung durch ein System, erfordern größere Biegeradien und nehmen mehr Platz in Anspruch. Einige Kabelbaugruppen haben eine geringe Höhe, erfordern aber eine feine Faltung. Die meisten Kabelkonfektionen haben keine 360-Grad-Flexibilität oder verwenden Massivleiter für eine höhere Kabelsteifigkeit.CABLINE® CA-II Extremely Fine Coaxial Wire-to-Board Connectors haben eine 360-Grad-EMI-Abschirmung und bieten eine größere Flexibilität bei On-Board-Konfigurationen.

Extrem dünne Koaxialleitungen werden seit langem in Laptops und anderen Geräten verwendet, mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s bei Verwendung von USB-C. Koaxialkabel können durch Differentiale getrieben werden, während die Auswirkungen auf die Signalintegritätsfunktionen minimiert werden. Extrem dünne Koaxialkabel bieten ähnliche Vorteile wie zweiachsige Kabel, jedoch mit der zusätzlichen Flexibilität, die in den meisten Fällen mit Litzen verbunden ist. Zu berücksichtigen sind auch die geringeren Kosten für PFCs, ein zusätzlicher Vorteil der Größenvorteile auf dem Markt für mobile Computer. Die Leistung von sehr feinen Koaxialbaugruppen wird durch den direkten Anschluss verbessert. Dadurch werden PCB-Verluste eliminiert und der Bedarf an zusätzlichen Abschlüssen auf der Leiterplatte verringert. Diese zusätzlichen Diskontinuitäten und Reflexionsquellen können die Signalintegrität beeinträchtigen. Kabelkonfektionen sind in flachen, gebündelten oder hybriden Konfigurationen für Drahtkonfigurationen erhältlich. Die Steckverbinder bieten sehr niedrige Anschlusshöhen und ermöglichen rechtwinklige Einführungen mit voller Abschirmung bei einer Höhe von weniger als 2 mm, vertikale Abschirmungsanschlüsse mit Verriegelung und andere Funktionen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, einschließlich direkter Jumper-Baugruppen auf traversierenden Leiterplatten sowie Baugruppen mit geringer Bauhöhe, die unter der Hauptplatine zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse oder zwischen dem Bauteil und der Gehäusewand verlegt werden können. Es sind auch hochtemperaturbeständige Kabel erhältlich, um alle temperaturbedingten Probleme in der Anwendung zu lösen, so dass die Steckverbinder in unmittelbarer Nähe des Prozessors konfiguriert werden können.

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