224G 系统架构简介

人工智能 (AI)、机器学习 (ML)、流媒体和其他高性能应用对数据中心提出了前所未有的要求。对更快速度、更高带宽和更低延迟的需求挑战着当今数据中心的极限，随着生成式 AI 等应用的发展，这一挑战预计只会日益严峻。

如今，采用 224G PAM4（四电平脉冲幅度调制）的系统对于数据中心来说必不可少，使数据中心能够支持数据密集型应用和工作负载，因为这种技术可提供速度、带宽和延迟方面的众多优势。但是，采用 224G 并不只是简单的升级，而是需要专为新兴技术打造的新一代设施。

224G PAM4 是一种高速数据传输技术，利用 PAM4 调制方案实现每秒 224 吉比特 (Gbps) 的数据传输率。224 代表了数据传输技术的下一次演进，将数据速率提高到 112G 系统的两倍，用于支持生成式 AI、自动驾驶、5G/6G 和高性能计算等应用不断增长的带宽和性能需求。

PAM4 是多电平信令方案，使用四个不同的电压电平来代表每个符号 2 比特的数据。传统的不归零 (NRZ) 信令技术只使用两个电压电平来传输数据（0、1），与此不同的是，PAM4 可通过使用四个电平实现相当于 NRZ 两倍的数据传输率（00、01、10、11）。通过每个符号传输 2 比特，PAM4 能以低于 NRZ 调制的符号率工作，因此在数据传输率相同的情况下，其功耗低于 NRZ。此外，这种带宽效率使 PAM4 成为可扩展性高于 NRZ 的技术，更适合高带宽应用。

PAM4 有独特的设计考虑因素，因为 PAM4 的结构使其更容易受到符号间干扰 (ISI)——这是一种由于信号相互干扰而产生的失真。符号间干扰可能会导致误码率 (BER) 增加和数据完整性降低等问题，对于云计算、AI 和机器学习等需要准确可靠地传输数据的应用来说，这些问题可能是严重问题。符号间干扰问题凸显了与 Molex 莫仕等信誉良好的供应商合作的必要性，以便利用先进的均衡技术来管理 PAM4 解决方案中的信号完整性。

PAM4 是以 224 Gbps 速率传输数据时的首选调制方案，因为这种技术的带宽效率更高、功耗更低且可扩展性更高。由于 PAM4 每个符号使用 2 比特，因此 224G PAM4 能以低至 112 千兆波特的符号率工作。224 Gbps-NRZ 系统需要以 224 千兆波特的符号率工作才能实现同样的数据传输率，增加了所需的功耗并限制了可扩展性。

除了符号率和编码方案，电缆和连接器等系统内部组件以及收发器等硬件的设计也必须能够支持 224G PAM4。

对于生成式 AI 和高性能计算等新兴应用，支持 224G 的数据中心将不是可有可无。对更快速度、更低延迟、更高可扩展性甚至更高机械坚固性的需求会使现今的先进数据中心面临压力；所有这些需求都可通过 224G-PAM4 技术来满足，但可能有独特的设计要求。

相较于以往的 112 Gbps 和 56 Gbps 标准，224G 网络的速度和带宽有了显著提高。这两方面的提高是支持人脸识别、5G/6G 推广和车联网 (V2X) 通信等关键应用的必要条件。更快速度和更高带宽还有助于训练非常复杂的 AI 模型——这个过程会使用和产生大量数据。

224G PAM4 技术还有助于降低传输延迟。传输延迟是指数据从源头传输到接收器所需的时间。对于延迟可能会导致系统故障或中断用户体验的应用来说，降低延迟很重要。例如，视频会议和 AR/VR 应用需要降低延迟，以提供流畅的沉浸式体验。远程手术需要延迟降到极低，以确保手术安全、准确地进行。对于自动驾驶汽车，延迟可能会影响汽车根据路况和周围环境做出反应的速度。

224 Gbps-PAM4 网络组件比前几代解决方案具有更高的机械坚固性。这对于确保数据中心环境中的可靠运行很重要，因为在这种环境中，高热量和高振动可能会导致系统故障。

6G 网络等变革性新技术需要高带宽、低延迟性能，为了满足这些技术的未来需求，可扩展性、灵活性和模块化是必要条件。Molex 莫仕 Mirror Mezz Enhanced 连接器等 224G 解决方案使架构可以根据需求增长和下降情况迅速扩展，在最有需要的时候和地点确保高效可靠的运行。

虽然最需要 224G 解决方案的许多应用还是新兴事物，但却获得了前所未有的广泛采用。生成式 AI 在业务运营和消费类应用中迅速普及，且有可能集成到系统和设备中——这凸显了对支持基础设施的需求。此外，流媒体、云和物联网 (IoT) 等成熟应用继续发展，但需要有更强大的解决方案。

生成式 AI 应用正在各个行业和用例中迅速受到追捧。这些应用需要大量数据进行训练以提高成熟度，其广为人知的特点是，能够生成质量可媲美人类作品的文本、图像、视频和其他形式的媒体。此外，生成式 AI 的简单操作（通过某种形式的输入来引发响应）也会产生大量数据。

机器学习是 AI 的一个子集，使机器能够从数据中学习，做出预测或决策，并改善流程。因此，机器学习应用在企业中的使用量稳步增长，例如，用于进行预测、欺诈检测、产品推荐和能源分配。

但是，像生成式 AI 一样，机器学习也是数据密集型应用，因为它需要大型数据集进行训练，而且机器学习模型可能会不断产生数据。

高性能计算使用强大的计算机和软件来解决传统计算机无法解决的复杂计算问题。尽管高性能计算已被用于科研、工程、金融和制造等众多领域，但如果与 224 Gbps-PAM4 数据中心的可扩展性相结合，高性能计算的能力将会显著提升。

数字孪生是实体对象或系统的虚拟表示，根据从连接到相应对象或系统的传感器和其他设备获得的数据创建出来。数字孪生可用于监控当前情况，预测未来行为，以及模拟潜在情景。例如，数字孪生可用于模拟环境条件（例如，可能出现的飓风或暴风雪）对货运公司物流可能造成的影响。也可以在设备层面甚至组件层面创建数字孪生，以预测使用效果，例如意外掉落。

物联网 (IoT) 是由嵌入了传感器和其他设备的实体对象组成的网络，因此能够收集和交换数据。到 2030 年，预计将有近 300 亿台物联网设备连接到互联网；推动这一增长的因素是，物联网设备变得越来越便宜和容易获得，以及对数据驱动型洞察的需求不断增长。

224G PAM4 网络对于确保来自物联网设备的数据可通过云端传输、处理和交付至关重要。

随着 Netflix 和 YouTube 等平台的广受欢迎，再加上视频网络的增多，音频和视频流媒体成为了家庭必需品，预计将会保持强劲的增长势头，尤其是因为其已成为典型广播媒体的替代品。流媒体依赖于高带宽、高速和低延迟，可确保始终以高分辨率提供内容。

尽管 5G 网络仍处于推广阶段，但已开始对 6G 的早期规划。5G 对消费设备具有最显著的影响，而 6G 则预计会更加侧重于工作场所，有助于实现工业 4.0 等运营目标——这进一步凸显了速度和可靠性的重要性。

自动驾驶汽车预计将在未来十年内普及，而 224G 网络对于自动驾驶汽车的部署至关重要。自动驾驶汽车和配套的车联网 (V2X) 基础设施需要高带宽、低延迟的网络，以便有效地通信，并确保驾驶者、乘客和行人的安全。

随着与 224G 数据中心的集成，边缘计算将会变得更强大、更高性能且更可靠，使边缘网络能够更好地支持智能家居、远程医疗、智能电网和工业物联网 (IIoT) 等应用。边缘计算性能的提高将会让增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 等技术也能受益，使这些技术可打造更低延迟的沉浸式体验。

量子计算使用量子力学原理解决大多数计算机都无法解决的复杂问题。量子计算有望彻底改变从医疗保健到研究和金融建模等众多行业，但需要高带宽网络来实现其潜力。

对于不断出现的新技术来说，采用 224G 势在必行，但这并不只是更换几个组件和系统那么简单。这种技术的采用面临多重障碍，虽然这些障碍并非无法克服，但也凸显了与专攻 224 Gbps-PAM4 技术且值得信赖的供应商携手合作的必要性。在设计过程的最初阶段发现并解决难题有助于将代价高昂的错误减到最少。

数据中心运营商一直想方设法提高性能和效率，但他们还需要注意新技术升级涉及的成本和中断。从 112G 过渡到 224G PAM4 网络需要能够支持 224G 的新设备、组件和系统架构。交换机、路由器和电缆等现有网络组件将需要更新换代。

尽可能减少信号完整性问题是实施 224G PAM4 系统时面临的最大技术挑战之一。在设计和部署阶段需要谨慎考虑，以确保长期可靠性。“是什么影响了 224G 信道的信号完整性？”部分提供了有关信号完整性的更多信息。

来自不同供应商的 224G 网络设备之间的兼容性至关重要，但目前尚未有 224G PAM4 网络的最终确定标准。这意味着，数据中心运营商需要谨慎地选择 224G 设备，以确保所选设备与网络中的其他设备兼容；这凸显了与值得信赖、备受认可的解决方案提供商携手合作的重要性。

224 Gbps-PAM4 比前几代网络更加复杂。数据中心运营商需要有 224G 网络设计、部署和管理方面的专业知识，尤其是如何解决信号完整性难题。对于没有内部专业知识的小型数据中心来说，这可能是一个挑战；即使是超大规模设施，由于对技术熟练的操作人员的争夺变得越来越激烈，也可能面临同样的挑战。Molex 莫仕在设计的最初阶段就提供咨询体验，确保客户认清并克服挑战，以简化实施、维护和操作，从而帮助客户解决这个问题。

224G 网络设备的耗电量高于前几代。对于力求降低能耗的数据中心运营商来说，这可能是一道障碍。尽管如此，224 Gbps PAM4 解决方案的能效仍高于同类 NRZ 解决方案。

尽管面临重重障碍，数据中心也必须采用 224G 网络，以便能够支持生成式 AI、机器学习、数字孪生和其他新兴应用快速增长的数据需求。224G PAM4 网络的好处远远大于存在的挑战以及不采用这种网络将会面临的风险。

连接器在 224G 系统架构中发挥着关键作用，例如，在 ASIC 附近或 ASIC 中、在电缆接口处、在架构通道中以及在横向扩展通道中。这需要特别重视所用电缆和连接器的质量。

如今，某些 ASIC 要放置在印刷线路板上用作模块，这需要板对板或平行板连接器系统。

架构通道由电缆和连接器系统组成，支持模块之间的高速数据传输，还使设计人员可以灵活选择架构。

连接器存在于横向扩展通道中的多个位置，例如，用于将铜缆或光缆连接到印刷线路板的标准化高速铜连接器。此外，飞线电缆连接到近芯片连接器，以将信号传输到 ASIC 中或 ASIC 附近。

采用 224G 带来了重大设计挑战，尤其是如何在信号完整性与机械外形尺寸需求这两方面取得平衡。如果不能在设计阶段及早解决这个平衡问题，可能会导致灾难性的后果，例如，选用的组件不兼容，热管理难度增加，性能下降。在优先考虑信号完整性时，对候选连接器产品采用带有 S 参数模型的系统级建模方法是鉴定设计的最佳方法。以下是已被证实会影响信号完整性的几个 224G 系统因素。

连接器接口的连接、电缆和焊盘图案决定了输入阻抗。此外，接口的物理结构决定了引脚间串扰以及连接器主体发出的辐射。

I/O 引脚的负载电容和封装电感会对信号完整性产生负面影响。此外，进入印刷线路板或模块连接器的芯片焊盘图案必须采用宽带设计，以支持 224G 这样的高频。

电路板可能会通过传输线的寄生电容带来电容负载。

对于低于或接近奈奎斯特频率的中频，管理铜粗糙度造成的损耗至关重要。对于接近或高于奈奎斯特频率的频率，介电损耗成为了主要问题。应尽量减少串扰，并使其保持低于一定限度，最高不得超过奈奎斯特准则的规定，典型值为 -40 dB。

Molex 莫仕是领先的高速数据中心提供商，提供可支持纵向扩展和横向扩展架构的全面产品系列。Molex 莫仕的 224G 解决方案旨在满足对高性能计算工作负载不断增长的需求，使数据中心能够提升性能并扩大容量，以满足其客户的需求。

借助模块化硬件，架构师可以根据特定需求添加或移除模块，对每个机箱进行定制，以便在必要时逐渐增加电力。新型 Mirror Mezz Enhanced 连接器支持 224G PAM4，且在阻抗公差和串扰方面有所改进，使这种模块化设计成为现实。Mirror Mezz Enhanced 还保持了 Mirror Mezz 系列的业界领先密度和双性性质，以减少 SKU。当与 Inception/CX2 架构配合使用时，系统可以通过使用背板连接器和电缆在不同的机箱之间连接。

符合 MSA 标准的 Molex 莫仕下一代 OSFP、QSFP 和 QSFP-DD 产品系列包括专为 224G 打造的 SMT、BiPass、直连电缆 (DAC) 和有源电缆 (AEC) 解决方案。这些坚固的电缆和连接器提供卓越的机械耐用性和出色的屏蔽性，可以减少串扰，并在更高的奈奎斯特频率下提供更好的信号完整性 (SI) 性能。

数据需求永无止境，要使新兴应用能够支持企业和人们使用的日常功能，必须满足对更快速度和更高带宽的需求。Molex 莫仕提供率先上市的全面 224G 产品和解决方案组合，为下一代数据中心铺平道路。

Molex 莫仕和客户一起实现的共同开发方法确保了我们能够设计并制造出优质互连解决方案来支持生成式 AI 等应用。而且，我们的多元化专家团队专精于硬件、架构、连接、机械完整性和信号完整性等方面的设计考虑因素，在设计的最初期就为客户提供个性化咨询体验。

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