Решения TE Connectivity для 112 Gbps архитектуры и серверов. Перспективные решения для серверов и дата-центров

5 июля 2021

Святослав Зубарев (г. Смоленск)

Вторая часть серии публикаций о решениях компании TE Connectivity для высокоскоростных соединений посвящена соединителям и кабельным сборкам, ориентированным на применение в серверах и дата-центрах. Это разъемы IMPACT и Z-PACK, соединители SFP/QSFP, мезонинные разъемы Free Height.

Повышение скоростей передачи данных и распространение новых технологий (например, 5G) вынуждает производителей оборудования искать сборки и компоненты, поддерживающие новые высокоскоростные стандарты. Это касается и выбора разъемов/соединителей, одним из лидеров по производству которых является компания TE Connectivity. Продукты компании проверены временем, способны работать в самых суровых условиях эксплуатации и находят широкое применение в транспорте, промышленном производстве, медицине, энергетике, системах передачи данных, дата-центрах и даже в космосе. В перечень продукции TE Connectivity для высокоскоростных приложений входят соединители для различных типов оборудования, кабельные сборки, сокеты, контакторы, переключатели и многое другое (рисунок 1).

Рис. 1. Решения компании TE Connectivity для высокоскоростной передачи данных

В прошлой публикации мы рассматривали наиболее скоростные продукты компании, подходящие для использования в приложениях 112 Gbps архитектуры и серверов – серию соединителей STRADA Whisper, сегодня же речь пойдет о сериях высокоскоростных разъемов IMPACT и Z-PACK, соединителях SFP- QSFP и Mini-SAS, переходных разъемах M.2 NGFF, а также сокетах для подключения памяти, разъемах и кабельных сборках для организации питания, и их областях применения.

Серия соединителей IMPACT

Соединители серии IMPACT имеют высокую плотность контактов (до 80 пар на линейный дюйм), скорость передачи данных до 25 Гбит/с и занимают второе место по скорости передачи среди разъемов TE Connectivity, уступая лишь соединителям серии STRADA Whisper (рисунок 2).

Рис. 2. Разъемы и соединители TE Connectivity для высокоскоростной передачи данных

К преимуществам соединителей IMPACT следует отнести низкий уровень перекрестных помех (в худшем случае – 2,7%, рисунок 3), высокую производительность (ток через контакт на уровне 0,75А), надежность (200 гарантированных циклов сочленения), а также возможность работы в жестких условиях эксплуатации (рабочая температура от -55 до 85°С).

Рис. 3. Уровень перекрестных помех для четырехпарного разъема с шагом контактов 1,9 мм

Разъемы серии IMPACT находят широкое применение в серверах, коммутаторах, маршрутизаторах и разного рода решениях для оптических сетей.

Серия соединителей Z-PACK Slim UHD

Соединители данной серии поддерживают передачу данных со скоростью 12,5 Гбит/с с возможностью масштабирования до 20 Гбит/с и имеют компактные размеры с высокой плотностью контактов – 55 сигнальных линий на см² (8 контактов на столбец и 12 столбцов на модуль), что примерно на 10% меньше аналогов и позволяет значительно сэкономить место на печатной плате (рисунок 4).

Рис. 4. Внешний вид соединителей серии Z-PACK Slim UHD

Помимо достаточно высокой скорости передачи и плотности контактов, к особенностям Z-PACK Slim UHD можно отнести низкий профиль (высота всего 7,85 мм), а также то, что каналы маршрутизации на разъемах ориентированы как в горизонтальном, так и вертикальном направлении (рисунок 5).

Рис. 5. Маршрутизация сигнальных линий в разъемах Z-PACK Slim UHD

Основной областью применения разъемов Z-PACK Slim UHD, как и ранее рассмотренной серии IMPACT, являются роутеры, серверы и другое телекоммуникационное оборудование.

Серия соединителей Z-PACK HM-Zd

Данный тип соединителей поддерживает скорость работы от 3,125 до 12,5 Гбит/с, имеет плотность до 16 дифференциальных пар контактов на см (40 пар на линейный дюйм), размер PTH 0,46 мм, и был представлен разработчикам как наиболее адаптированная для Advanced Telecom Computer Architecture (ATCA) система разъемов, поскольку они обеспечивают надежное соединение, в котором каждая пара контактов полностью окружена заземлением, что приводит к значительному снижению перекрестных помех (рисунок 6).

Рис.6. Внешний вид соединителей Z-PACK HM-Zd

Разъемы Z-PACK HM-Zd характеризуются высокой надежностью, имеют встроенные функции для предварительной настройки и поляризации, оптимизированы как для единичного, так и для системного использования и находят широкое применение в серверах, маршрутизаторах, коммутаторах и решениях для оптических сетей. 

M.2 NGFF

Линия продуктов M.2 Next Generation Form Factor (NGFF) представляет собой решение, призванное осуществить переход от mini-card и half-mini-card к еще более компактному как по размеру, так и по объему форм-фактору (рисунок 7). Новый формат позволяет сократить используемое пространство на печатной плате более чем на 20% по сравнению с PCIe Mini Card и уменьшает высоту соединителя на 15%. Разъемы M.2 NGFF поставляются высотой 2,25 мм, 3,2 мм или 4,2 мм, материал покрытия контактной зоны – Gold Flash 15 или 30 мкм.

Рис. 7. Внешний вид M.2 NGFF

Разъемы M.2 NGFF поддерживают PCI Express 3.0, USB 3.0, SATA 3.0 и предназначены для работы как с односторонними, так и двусторонними модулями (рисунок 8).

Рис. 8. Пример установки M.2 (NGFF) с односторонним и двусторонним модулем

Подразумевается, что новый формат найдет широкое применение в решениях для бытовой электроники, промышленности, автомобилестроения и медицины. Благодаря компактным размерам данный тип разъемов можно использовать в ноутбуках, планшетах, а также настольных ПК, серверах, игровых приставках и портативных мобильных устройствах.

Серия мезонинных разъемов Free Height

Компания TE Connectivity предлагает своим клиентам несколько линеек разъемов серии Free Height (FH), предназначенных для мезонинного соединения между плат. При мезонинном соединении платы располагаются параллельно друг другу, а сочленение производится в направлении, перпендикулярном плоскости платы (рисунок 9).

Рис. 9. Пример мезонинного соединения при помощи разъемов TE Connectivity

Особенностью разъемов Free Height является то, что сочетание двух частей разъема (вилки и розетки) различной высоты обеспечивает выбор расстояний между платами из определенного ряда значений. Таким образом, для конкретного изделия может быть подобрано подходящее минимальное расстояние, позволяющее достичь наиболее компактных габаритов. Разъемы FH представлены четырьмя линейками в зависимости от шага выводов: 0,5; 0,6; 0,8 или 1 мм. Контакты разъемов выполняются из сплавов меди с никелевым подслоем и с золотым покрытием 8 мкм, 30 мкм или Gold Flash.

Семейство разъемов FH с шагом 0,5 мм

Данное семейство было принято консорциумом PICMG в качестве стандарта для коммутации встроенных модулей с платой-носителем COM Express. Семейство позволяет выбирать межплатное расстояние от 4 мм до 8 мм и конфигурации с 220, 240 и 440 выводами. Разъемы данного семейства имеют исполнения с заземленным экраном.

Семейство разъемов FH с шагом 0,6 мм

Данное семейство представляют собой сверхминиатюрные вертикальные вилки и розетки для монтажа на плату, позволяющие подобрать межплатное расстояние от 4 мм до 8 мм.

Семейство разъемов FH с шагом 0,8 мм

Семейство содержит изделия с количеством контактов 40…200 с шагом по 20 контактов, что обеспечивает межплатное расстояние 5…20 мм. Пружинные контакты розетки особой формы снижают износ и обеспечивают надежный контакт.

Семейство разъемов FH с шагом 1 мм

Семейство предназначено для мезонинных соединений стандарта IEEE 1386. Семейство соответствует стандарту EIA-700 AAAB, но при этом имеет некоторые конструктивные особенности. Разъемы доступны в восьми вариантах с высотой от 8 до 15 мм в стандартной 64-контактной версии IEEE 1386 и в дополнительной 84-контактной версии. Выступы для позиционирования разъема при поверхностном монтаже имеют не круглую, как обычно, а ромбовидную форму, что упрощает установку разъема на плату.

Отдельно также стоит выделить обновленные семейства COM-разъемов Free Height с шагом 0,5 мм и поддержкой скорости передачи 16 Гбит/с, а также 32+ Гбит/с с шагом 0,8 мм.

COM-разъемы Free Height с шагом 0,5 мм и поддержкой скорости передачи 16G

Данный тип разъемов позволил удвоить скорость передачи по сравнению с предыдущим поколением Free Height. Кроме того, разъемы получили обновленную конструкцию контактов, которая позволяет обеспечить лучшую в своем классе целостность сигнала и на 30% снизить усилие сочленения и разъединения, что упрощает процесс монтажа и работы. Разъемы занимают такую же площадь, как и все стандартные COM Express, благодаря чему значительно упрощается процесс модернизации и обновления оборудования. Разъемы поддерживают работу с PCIe Gen 4, высоту стека 5 и 8 мм и включают варианты с числом контактов 220 и 440 (рисунок 10).

Рис. 10. COM-разъемы Free Height с поддержкой скорости передачи 16 Гбит/с

Разъемы Free Height с шагом 0,8 мм и поддержкой скорости передачи 32+G

Новая линейка разъемов Free Height с шагом 0,8 мм обеспечивает скорость передачи 32+ Гбит/с, что является максимальной на данный момент скоростью в своем классе. Разъемы имеют отличное соотношение цены и производительности и поддерживают технологию PAM-4 со скоростью 56 Гбит/с, а также PCIe Gen 5. Применение данных разъемов позволяет значительно снизить системные затраты за счет внедрения технологий 32 Гбит/с для серверов и систем хранения большого объема данных (рисунок 11).

Рис. 11. Разъемы Free Height с шагом 0,8 мм и поддержкой скорости передачи данных 32+ Гбит/с

Высокоскоростные модульные соединители

TE Connectivity предлагает своим клиентам множество модульных соединителей для подключения сетевых трансиверов, применяющихся в высокоскоростных сетях передачи данных: разъемы и кабельные сборки QSFP, SFP, Mini-SAS, COBO и многое другое. Модульные соединители компании обладают высокой надежностью, компактными размерами и обеспечивают высокую целостность сигнала и защиту от EMI. Номенклатура модульных соединителей содержит более 1000 наименований, однако отдельного внимания заслуживают соединители относительно нового формата QSFP-DD и CDFP, поддерживающие высокоскоростное соединение 400GbE.

Соединители QSFP-DD

QSFP-DD представляет собой не так давно появившийся интерфейс, призванный заместить QSFP28 и QSFP56 на оборудовании всех производителей. Соединители QSFP-DD имеют обратную совместимость с классическим QSFP, однако в отличие от последних способны работать с новым форматом скоростей 400 Gigabit Ethernet (400GbE). Разъемы поддерживают работу с технологиями 28G NRZ и 56G PAM-4, а также 112G PAM-4, что позволяет быстро и без особых затрат перевести существующие приложения на новый формат. Кроме того, разъемы QSFP-DD от TE Connectivity имеют фирменную конструкцию теплоотвода, что делает их по сути единственным решением на рынке для работы в приложениях мощностью 15…18 Вт, обеспечивающим превосходную тепловую и сигнальную целостность (рисунок 12).

Рис. 12. Соединители QSFP-DD от компании TE Connectivity

Соединители CDFP

Соединители CDFP включают в себя 16 каналов со скоростью передачи данных до 28 Гбит/с и общей пропускной способностью до 400 Гбит/с и поддерживают сетевые протоколы Ethernet и PCIe текущего и следующего поколений. Благодаря столь высокой скорости передачи коммутатор формата 1U с 11 портами CDFP может обеспечить пропускную способность более 4,4 терабит в секунду. Соединители CDFP имеют 120 контактов для подключения с шагом 0,75 мм (рисунок 13).

Рис. 13. Разъемы CDFP от компании TE Connectivity

DDR4-сокеты

Еще одним решением компании TE Connectivity, способным улучшить характеристики и упростить процесс производства серверов и дата-центров являются сокеты для подключения памяти формата DDR4. Эргономичность разъемов DDR4 DIMM позволяет сэкономить до 20% пространства на плате и дает экономию в 10% по высоте. Помимо этого, на 70% улучшены характеристики энергопотребления и на 30% — скорость передачи данных по сравнению с прошлыми поколениями. Сокеты DDR4 DIMM имеют 288 выводов с шагом 0,85 мм и доступны в вариантах для поверхностного и SMT-монтажа (рисунок 14).

Рис. 14. Сокеты для подключения памяти DDR4 от компании TE Connectivity

LGA-сокеты

Сердцем любого сервера или дата-центра является процессор (или процессоры), а для их установки на плату требуется специальный сокет. TE Connectivity занимается изготовлением сокетов для процессоров с 1970 года и предлагает своим клиентам широкий выбор решений в формате LGA, являющемся одним из популярных форматов для процессоров x86 от компании Intel, количество контактов на которых может достигать 4200 штук. (рисунок 15).

Рис. 15. Пример сокета LGA от компании TE Connectivity

На сегодняшний день TE Connectivity предлагает своим клиентам следующие форматы сокетов:

XLA (Extra-Large Array)-сокеты – новый продукт, обеспечивает надежное подключение процессоров со скоростью передачи данных до 56 Гбит/с и количеством контактов до 10000. По сравнению с другими решениями контроль деформации сокетов XLA улучшился на 78%, а точность позиционирования шариков припоя возросла на 33%.

LGA 4189 – данные сокеты предназначены для работы с процессорами Xeon на базе архитектуры Ice Lake и процессоров второго поколения Xeon Scalable от компании Intel.

LGA 3647 – сокеты для последних поколений процессоров INTEL, имеют 3647 подпружиненных контактов для соприкосновения с контактными площадками процессора. Применяются для подключения процессоров Xeon Phi Knights Landing, Xeon Phi Knights Mill и Skylake-EX/SP.

На сайте компании также представлены сокеты LGA 2011 и LGA 115x, однако их производство было прекращено ввиду морального устаревания.

Решения для организации и распределения питания

Для организации питания составляющих серверов и дата-центров компания TE Connectivity предлагает plug-and-play-решения, разработанные в рамках программы Open Compute Project (OCP). Решения включают в себя разъемы и кабельные сборки различной конфигурации для работы с напряжением от 12 до 48 В при максимальном токе до 500 А (рисунок 16).

Рис. 16. Решения для организации питания от компании TE Connectivity

Решения TE Connectivity для организации питания имеют одни из лучших характеристик с точки зрения рассеивания тепла на рынке и обеспечивают минимальные потери проводимости, снижая общие затраты на энергопотребление в приложении. Клиенту доступно множество вариантов исполнения разъемов и сборок, включая разъемы MULTI-BEAM Plus с максимальным током до 140 А на контакт (рисунок 17), а также различные нестандартные решения.

Рис. 17. Внешний вид разъемов MULTI-BEAM Plus

Области применения

Компания TE Connectivity является одним из лидеров рынка по производству разъемов, кабельных сборок и других сопутствующих товаров для высокоскоростных приложений, начиная от коммутаторов и маршрутизаторов и заканчивая серверными системами и дата-центрами, работающими, в том числе, с сетями 5G (рисунок 18).

Рис. 18. Примеры использования продуктов компании TE Connectivity в сетевой архитектуре 5G

Главными преимуществами компании является широчайший ассортимент продукции, среди которого пользователь может без проблем подобрать комплектующие для организации высокоскоростного подключения практически в любом приложении, без необходимости добавления в спецификацию разъемов и коннекторов других производителей. Кроме того, продукты компании отличаются высокой надежностью и качеством, что позволяет им находить применение в самых разных сферах и оборудовании, начиная от источников питания, распределителей мощности или AC/DC- преобразователей и заканчивая приложениями для высокоскоростной передачи данных, устанавливаемыми на спутниках.

Заключение

Продукты компании TE Connectivity уже много лет устанавливают стандарты в области качества, надежности и гибкости конструирования современных приложений для высокоскоростной передачи, хранения и обработки данных. Номенклатура компании включает десятки тысяч компонентов, многие из которых ориентированы в первую очередь на работу в высокоскоростных приложениях. К таким компонентам в частности относятся разъемы серии IMPACT и Z-PACK, соединители SFP, QSFP и Mini-SAS, переходные разъемы M. 2 NGFF, сокеты для подключения памяти или процессоров, а также другие продукты, рассмотренные в данной статье.

Продукты и компоненты, предлагаемые TE Connectivity, всегда отличались высоким качеством изготовления, что обеспечивается применением только современных высококачественных материалов и проведением жесткого контроля качества вне зависимости от места изготовления или применения готовых изделий. Именно поэтому решения от TE Connectivity выбирают крупнейшие мировые производители компьютерной, телекоммуникационной, потребительской и автомобильной электроники, а также аппаратуры, используемой в медицине, промышленности, военной и космической сферах.