As ligas de cobre, incluindo cobre berílio e bronze fosfor, fornecem flexibilidade suficiente, e podem ser usadas para estampagem e formação de produtos de alta velocidade. Vários materiais de revestimento de ouro a estanho reduzem a resistência ao contato, aumentam a durabilidade e evitam corrosão. Os cabos de cobre podem ser de forma confiável, usando uma variedade de técnicas, incluindo solda, crimping, descascamento de fios e solda. Circuitos de cobre embutidos no material laminado PCB multicamadas tornam possíveis conexões de alta densidade. Os componentes nessas placas são produzidos usando equipamentos automatizados de alta velocidade e soldados por solda de onda. O design e o estabelecimento de circuitos de cobre confiáveis ao longo dos anos deram às pessoas confiança na cadeia de suprimentos média e global composta por vários fabricantes.
Cobre é um excelente material, mas tem suas limitações. À medida que a velocidade do sistema continua a aumentar, os condutores de cobre começam a apresentar características desfavoráveis. Além da simples resistência dc, fatores como mudanças de impedância, crosstalk frontal, inclinação, nervosismo e interferência entre símbolos muitas vezes degradam a qualidade dos sinais digitais. Além disso, os problemas do EMI e dos loops de terra devem ser resolvidos.
À medida que a taxa de dados aumenta, cada um desses fatores negativos se torna maior, limitando efetivamente o comprimento físico do canal. Nos últimos anos, os projetistas de sistemas começaram a inserir mais de 25Gb/s aplicativos. Considerando vários fatores, manter a velocidade de transmissão dos sinais digitais tornou-se um desafio cada vez mais sério.
Conexões de fibra óptica usando fótons em vez de elétrons têm sido discutidas por muitos anos. O feixe de luz modulado que transmite informações digitais sempre foi o meio de escolha para links de longa distância, enquanto os canais de cobre exigem vários pontos de amplificação e tentam reduzir a distorção. Os engenheiros continuam procurando maneiras de prolongar a vida útil do cobre. A viabilidade da fibra óptica em canais de curto e médio alcance tem sido um objetivo dos engenheiros há muitos anos. Melhorias na transmissão do canal de cobre, incluindo a transição para pares diferenciais, sinalização PAM4 e condicionamento avançado de sinal incorporado no chip SERDES, essas medidas permitem que os projetistas continuem a usar canais de cobre de comprimento aceitável.
A fibra óptica sofre de diversos desafios, incluindo o custo adicional e a energia consumida pelo processo de conversão eletro-óptica exigido em ambas as extremidades do canal óptico. E o difícil e caro processo de rescisão de fibras. Materiais de fibra óptica também são considerados mais frágeis do que os cabos de cobre tradicionais.
À medida que os canais de alta velocidade continuam a ser limitados pelo cobre e o custo dos cabos ópticos, conectores e componentes ativos caem, as atitudes das pessoas estão mudando. A fibra óptica oferece as vantagens da maior largura de banda e acessibilidade. Avanços no multiplexamento da divisão de comprimento de onda e transmissão coerente podem melhorar ainda mais a eficiência da fibra óptica.
Com o uso de tecnologia de feixe expandida, foi minimizada a sensibilidade extrema a qualquer contaminação na superfície de acasalamento da interface óptica, que utiliza lentes integradas no conector para aumentar o diâmetro do feixe em toda a interface. Esta técnica torna o impacto da poeira na luz transmitida muito menor.
A fibra óptica está sendo considerada para uso em data centers e aplicações relativamente curtas. Em alguns casos, a fibra óptica pode até ser usada em caixas.
A necessidade de minimizar a perda e distorção dos materiais de circuito impresso em aplicações de alto desempenho estimulou as pessoas a remover esses canais da placa de circuito. Uma solução é converter o sinal de alta velocidade em um cabo twinaxial blindado adjacente ao dispositivo ASIC ou SERDES. Nestes cabos, a atenuação de sinal e distorção são muito reduzidas. Esses cabos pulam sobre a superfície do PCB e muitas vezes terminam em conectores de I/O instalados no painel do dispositivo.
Outra solução recente é a óptica embalada, que localiza o processo de conversão eletro-óptica em um substrato comum com serdes ou chips de switch, e usa óptica para levar o sinal diretamente ao painel de I/O. O resultado é baixa distorção e alta densidade portuária.
A realização dessa tecnologia de integração é a fotônica de silício, que tenta integrar múltiplos componentes de um transmissor óptico ou receptor em um chip de silício. O objetivo é substituir pulsos elétricos por sinais de fótons. Por muitos anos, os cientistas tentaram fazer um laser prático sobre silício, mas sem sucesso. Recentemente, eles optaram por se concentrar em fontes de laser separadas e chips fotônicos montados em um substrato comum. Os dispositivos fotônicos de silício podem integrar múltiplas funções, incluindo moduladores, SERDES, amplificadores ópticos, detectores, filtros, acoadores e distribuidores, e integrar circuitos eletrônicos de lógica, memória e acionamento no mesmo chip.
As vantagens proporcionadas por esta tecnologia incluem:
* Transmissão de alta velocidade.
* Os guias de onda de silício podem coexistir com condutores em um substrato comum.
* Utilize equipamentos de fabricação, processo e teste de circuito integrado de alta capacidade existentes.
* Capacidade de criar componentes eletrônicos e ópticos no mesmo microchip.
* Realize a conversão eletro-óptica no mesmo chip.
* Reduza o consumo de energia.
* O grau de integração aumenta a densidade do sistema.
* Reduza os custos do sistema através da automação.
