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　　隨著互連速度超過了10Gbps，工程師和設(shè)計人員都在努力解決如何在保持一個合理的熱能管理預(yù)算的前提下，保持信號的完整。由于系統(tǒng)散發(fā)的熱量過多，因此如何讓系統(tǒng)保持溫度低于合理的水平，防止過早失效或人身傷害(連接器的溫度)這對工程師和設(shè)計人員來說是一個挑戰(zhàn)。在這篇文章中，我們將探討如何降低互連功耗，以及當(dāng)今高速世界熱能管理的各種技術(shù)。

　　服務(wù)供貨商正在迅速擴(kuò)大他們的容量，為此所需的傳輸互傳帶寬—10G通過太網(wǎng)交換機(jī)和服務(wù)器進(jìn)行互連的方式已經(jīng)非常普遍了。由于數(shù)據(jù)傳輸速率超過了10Gbps，要保持信號的完整性以及管理日益增加的電力需求正變得越來越困難。要更快的速度，就需要更多的電力。要在同一距離達(dá)到更快的速度，就需要有源電路或特殊材料。那么，有沒有適合這種轉(zhuǎn)換升級的解決方案呢?

　　光互連和替代品

　　在許多高速數(shù)據(jù)應(yīng)用中，都有一個ASIC或FPGA在完成或正在處理交換。實例包括了組成連接結(jié)構(gòu)的交換機(jī)和采用深度封包檢測技術(shù)的防火墻，這里吞吐能力是設(shè)計的關(guān)鍵所在。這些類型的系統(tǒng)互連通常是通過位于靠近設(shè)備背面的連接光纜的光纖模塊。直到最近，大多數(shù)ASIC或FPGA都不能直接提供內(nèi)建的10G以太網(wǎng)連接，所以一個物理層設(shè)備(PHY)采用了匯聚多個信道的較慢數(shù)據(jù)(XAUI)來達(dá)到10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這使得設(shè)計人員能夠在其印刷電路板(PCB)上傳輸速度較慢的數(shù)據(jù)，也較少會碰到一些關(guān)于信號完整性(SI)的問題(請見圖1)。

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　　然而，隨著最近32nm(及更小)CMOS工藝的推出， 10GE元件已能夠被整合在中央ASIC或FPGA當(dāng)中。在大多數(shù)應(yīng)用中，這是很重大的進(jìn)步，因為系統(tǒng)工程師可以在他們的設(shè)備設(shè)計中實現(xiàn)更高的密度—這的確是這樣(見圖2)。然而，這帶來了一個新的問題，因為在到達(dá)光纖模塊連接器之前，10G信號的完整性會迅速惡化。較小發(fā)射振幅的低電壓CMOS限制了信號的輸出電平。此外，如果這些模塊遠(yuǎn)離ASIC或FPGA，就可能難以滿足非常嚴(yán)格的輸入抖動要求。為了解決這個問題，信號調(diào)節(jié)器裝置可以放在連接器附近以幫助減少抖動來滿足規(guī)范。在許多情況下，隨著高密度交換器的增加，額外的功耗會導(dǎo)致空氣溫度上升，而空氣本是用來冷卻插入系統(tǒng)背面的光纖模塊的，這就需要增加信號調(diào)節(jié)的步驟以盡可能的降低功耗。美國國家半導(dǎo)體的單通道DS100BR111和四通道DS100BR410都是可以滿足此要求的良好實例，兩款元件都是功耗極低的10G緩沖中繼器。增加連接器附近的功耗可能會導(dǎo)致光纖模塊溫度的問題，所以保持較低的功耗至關(guān)重要。

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　　另外，系統(tǒng)也開始在使用有源銅纜來代替長度在15米以下的光模塊互連。這種趨勢主要來自于用戶希望能降低互連的成本，且在較短傳輸距離下可選擇的使用到光纜。有源銅纜基本上采用了如上所述相同的技術(shù)，除了緩沖中繼器裝置是在連接器外殼內(nèi)部，還采用了均衡和去加重補(bǔ)償電纜的損耗。然而，由于這些系統(tǒng)背面高密度的連接器和有限的氣流或空氣溫度較高，構(gòu)建一個有源電纜還是要求非常低的功耗。事實上，如果有源元件的功率不夠低，連接器外殼的溫度可能上升到足以造成移動電纜的技術(shù)人員嚴(yán)重?zé)齻某潭取?/p>

　　像Molex、Tyco、Amphenol及其他幾家制造商也開始在光纖模塊組籠(Cage)中整合散熱片，以幫助消除余熱。這有助于管理模塊的熱量性行蹤(thermal footprint)以確保正常運(yùn)行。然而，對于某些為了縮短運(yùn)行距離而使用無源電纜的安裝客戶來說，需要的是較大直徑的電線組件。當(dāng)這些電纜大量插入一個機(jī)架的背面時，它們實際上可能阻礙氣流，造成設(shè)備的運(yùn)行溫度上升。這是促使用戶轉(zhuǎn)向使用有源銅纜28或30 AWG導(dǎo)線的另一個原因。相對于無源電線組件以及類似光纖的彎曲半徑來說，后者的直徑更小。

　　未來不再那么遙遠(yuǎn)

　　隨著對帶寬需求的不斷增加，運(yùn)營商和服務(wù)供貨商將需要更高容量和更高密度的互連。目前大多數(shù)企業(yè)交換機(jī)和服務(wù)器接口都是10G以太網(wǎng)，其已部署到位的信息架構(gòu)可支持光纖和銅纜—無論是有源還是無源。40G以太網(wǎng)使用四信道10G，而100G使用十通道。但是，下一步將遷移到25G互連，這將簡化用于傳輸100G以太網(wǎng)的WDM光纖模塊。由于必須以更快的速度運(yùn)行和需要增加互連密度而導(dǎo)致功率的增加，預(yù)計在2012年或2013年左右將會出現(xiàn)一系列新的散熱問題。

　　增加氣流以改善系統(tǒng)冷卻能力的需求帶來了與機(jī)械式風(fēng)扇有關(guān)的問題。然而，Nuventix公司新的冷卻技術(shù)采用了所謂的「夾帶(entrainment)」現(xiàn)象，他可以在無需旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的情況下，幫助保持連接器的周圍氣流運(yùn)動。這些冷卻器產(chǎn)生了噴射的氣流，將周圍的空氣拉入(pull in)冷卻器，其壽命達(dá)到了10萬小時。這些冷卻器已經(jīng)被用于那些有較高使用壽命要求和在乎因使用旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇引起過大噪聲影響的LED散熱系統(tǒng)。

　　結(jié)論

　　隨著我們對分享豐富式媒體(Rich Media)、流視頻和實時下載愿望的增加，對帶寬的要求也將不斷增加。更快的系統(tǒng)需要更多的電力，也需要新的方法來更有效地使用電力，或是處理好相關(guān)的散熱。一個最佳的解決辦法是以較低功率水平更快地傳輸數(shù)據(jù)，也許在不久的將來的某個時候人們會發(fā)現(xiàn)一種全光纖網(wǎng)絡(luò)解決方案。銅纜仍然還有很長的壽命，今天的一些解決方案已使數(shù)字信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了25Gbps。