面向usb3.1的有源高速连接：让下一代连接植入“中国芯”大连接呼唤“小”连接术

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1、面向USB3.1的有源高速连接：让下一代连接植入“中国芯”大连接呼唤“小”连接术　　信息产业正在进入大连接时代，人与人、人与物、物与物的连接，将突破千亿规模。每一个连接，将可能产生无尽的比特。而每一个比特，都需要连接：传输、交换、存贮、分析、计算。大连接需要连接术，5G、光宽带网、SDN/NFV等解决的是大网络的连接；而每个设备之间、数据中心的每个服务器、每个端到端硬件，都需要连接术。在主导厂商掌控大连接术之外，具体设备的“小”连接术似乎并不被业界重视，然而，正是这些具体的连接术，从一个层面决定整个网络的效能与速度，成为产业技术的“命门”。现在，大连接术在

2、重构，而小连接术将面临什么变革：是成为网络的瓶颈，还是成为比特的加速器？　　连接决定速度，但电磁兼容是“魔鬼”　　众所周知，通信由硬变软，而SDN和NFV广泛应用让这种趋势更为深入。数据中心、服务器已经取代传统意义上通信网络的机房，成为通信网络的主要基础设施。与此同时，小小的服务器连接线，伴随海量服务器的部署，已经催生出一个近千亿美元的大市场。5　　市场之外是技术。传统意义上的连接线缆只是在塑胶里包裹着铜线，是无源传输。要想增加传输速率，只能缩短铜线长度，同时使铜线变粗降低损耗，就使得传统线缆进化得更粗更短。但是在大连接时代，数据中心要求更多的服务器连接在

3、一起，完成速率更快的数据传输，越来越粗短的传统线缆已经“捉襟见肘”。正像手机电池的突破依赖于缓慢发展的物理化学的进步一样，连接线的突破，依赖于对电磁兼容的突破。而电磁兼容，却是所有信息技术中最基础、也最难变革的技术。作为全球首屈一指的电磁兼容科学家，范峻另辟蹊径的创新，正有望打破大连接的瓶颈。　　范峻接受《通信产业报》（网）记者专访时称：“电磁兼容主要是解决提高信号强度，提高数据传输能力，降低噪声干扰，提高信噪比，降低电磁辐射和提高抗干扰能力。”电磁兼容是一门科技也是一门艺术，既依赖于对技术的基础研究和深刻理解，也需要丰富的经验和“手艺”。电磁兼容是所有电

4、子设备的基础技术和影响因素，制约设备的性能。无论是无线基站天线、交换路由设备，还是服务器存储器，抑或是手机终端设备，甚至是连接线，电磁兼容都是设计的前置因素。越是简单或细小的东西，电磁兼容因素越大。连接线便是一例。传统的电磁兼容理念已经让目前的连接线设计“山穷水尽”。　　这位领导着全美排名第一的电磁兼容实验室科学家对记者说，目前在连接线的电磁兼容技术面临三大挑战。一是创新思想与设计理念的欠缺，制约对下一代联网技术的适应；二是在突破频率、速率、能耗等关键因素的基础研究不够；三是设计工具和方法需要提高。　　USB3.1的出现，更是对连接技术及电磁兼容提出了更高

5、的要求。USB3.1是最新的USB规范，由英特尔等公司发起。其数据传输速度提升可至10Gbps。大数据的吞吐量、无损传输、更长传输的要求，传统连接线已经不能适应要求。范峻说：“我们必须换一种思路。”5　　范峻早年毕业于清华大学电子工程系无线电相关专业，获得本科及硕士学位，后留学美国密苏里大学罗拉分校，从事电磁兼容问题研究。目前范峻在美国密苏里科技大学任教授，负责该校的电磁兼容实验室。该实验室被誉为美国排名第一的电磁兼容实验室。在美国国家科学基金委（NSF）资助的所有学科实验室中排名第四。范峻本人也是国际电气与电子工程师学会（IEEE）的会士、电磁兼容协会的

6、学术顾问委员会主席，同时拥有14项核心的技术专利。　　另辟蹊径：“中国芯”让连接改头换面　　范峻突破电磁兼容在连接技术上是如何另辟蹊径呢？　　范峻认为，面对大数据、广连接的要求，首先是要实现数据高速无误码的在不同系统间互相传输；其次，要把多样系统之间连接干扰降到最低。这就需要从电磁兼容与高速传输的整体要求上设计，同时考虑到USB的连接接口，创新电磁兼容研究方法，实现面向大连接的低损耗、高速率连接器。由此范峻研发了一项面向USB3.1标准的高速数据线缆技术，实现高速率、大距离的无损传输。　　范峻表示，传统意义上，接插线和线板是一个连接的部件而已，而从系统角度

7、上考虑，这并不是最优设计。范峻解释说，之前的连接线是传统的无源解决方案，简单地将信号放在铜线里传输。当速率更高时，这种铜线将无法适应。范峻的创新之处在于，变无源为5有源，化损耗为补偿，完全突破了传统电磁兼容对连接线的束缚。范峻从电磁兼容和高速传输完整性的设计理论出发，在连接中增加了一个芯片，先对信号进行处理，再在连接线里植入有源的电路，对信号进行补偿、匹配等额外处理。这样虽然在信号高速传输时损耗增加，但是经过补偿后，信号仍可以在更长的距离上进行传输。范峻解释说，这种有源中继的思路，是这个创新的关键。　　此外，在接插头、电缆线设计上，尽量减少信号在高速传输中

8、的损耗和辐射。同时，还需创新优化线缆外围电磁屏蔽，做到不泄露、不辐