高速连接器技术发展现状及挑战

4.1   有利于提高我国高速连接器研制及应用服务水平，解决高速连接器关键技术和产品“卡脖子”问题

随着物联网、5G、人工智能、边缘计算等新技术、新概念的创新发展，在骨干网络传输、AI服务器、超级计算集群、新型数据中心等下游行业进入了大算力、大数据量处理的时代对高端连接器需求逐渐增大，连接器技术的发展呈现出高速、高密度、小型化等发展趋势，而我国连接器行业起步较晚，连接器市场集中度较低，行业技术水平与先进国家技术水平相比仍有一定差距。

目前，连接器高端技术和高端产品基本由行业国际巨头垄断，国内企业相对于国际巨头而言规模仍较小，国内大多数中小规模的连接器生产企业不具备自主开发设计能力，在国际竞争中技术上处于相对劣势，如国内生产的高速连接器传输速率仍大多数停留在20Gbps，而国外高端连接器产品传输速度已普遍达到56Gbps，国内关键连接器产品无法有效地满足下游产业的高端需求。

不断出现的“卡脖子”事件严重威胁我国数据通信产业的产业链安全，制约我国“新基建”推进进程。针对高速连接器国产化替代程度进展缓慢、难以自主保障、依赖进口等问题，急需发展高速、微型化高端连接器，打破中国高端连接器市场被国外连接器制造商所垄断等不利局面，解决关键核心技术和产品“卡脖子”问题，提高我国数据通信产业链安全。

4.2   有助于提升我国高速连接器领域技术研究、产品开发、智能制造等核心能力，提升我国高速连接器行业整体竞争能力

国内在56Gbps以上高速连接器的整体测试与可靠性评估验证能力缺乏，目前还没有一家企业建有具备56Gbps以上高速连接器可靠性评估和验证平台，无法对相关产品可靠性进行全面的有效的验证，制约我国高速连接器产业发展；在标准制定方面，虽然已经形成了高速连接器通用规范、高速性能测试方法等标准与规范，但尚未建立完整的高速产品标准体系。长期以来，由于受到国外行业龙头企业的专利壁垒和国外技术封锁，国内一些企业陷入“参与机会少→技术积累不足→客户不敢用→参与机会更少”这种死循环的尴尬局面，迫切需要实现关键核心技术的突破，构建良好的产业链生态。

通过高速连接器产业发展，加大高速连接器的研制力度，加快布局国产高速连接器的专利，提高国产高速连接器的自主可控程度，并通过高速连接器关键技术的研发及研发成果工程化验证、工业化生产，快速提升我国高速连接器的技术研发与制造水平，推进高速连接器行业的技术进步和产业结构调整，进一步提升我国高速连接器竞争能力，促进高速连接器产业的健康、高速、可持续发展。

4.3   有助于补强高速连接器行业上下游产业链，构建连接器产业新格局，打造连接器产业发展“新高地”

“大数据”、“工业4.0”、“云计算”、“智慧城市”、“5G移动网络”是时下信息通讯技术的主流发展趋势和关注焦点，要实现这些先进的信息技术，都离不开高速率、高质量的数据信号传输。因此，高速数据传输连接器业已成为高速率、高质量的数据信号传输不可或缺的核心元器件。

此外，电子信息产业是四川省“5 + 1”产业的支柱产业，大力投入高速连接器产业，将有效提升我国高速连接器产品设计能力，改进产品制造工艺，促进原材料性能提升，带动一批软件企业、自动化装备企业、原材料生产企业以及外协加工单位的技术迭代升级，带动上下游产业链的发展，在区域形成新的产业链条，打造连接器产业集聚发展区，更有效地快速发展“绵阳国家级连接器产业集群”。同时，以成渝双城经济圈建设为契机，助力绵阳成为我国乃至世界重要的涵盖连接器研发、制造、应用服务等全生命周期的产业“新高地”，构建“涪江流域连接器产业联盟”，塑造四川产业新的核心竞争能力。

随着IT行业的快速发展，传输质量、速度和应用层面的多样性引发了向更快传输速度发展的持续推动力。为了提高信号传输速度，所有单个组件都必须能够最大限度地减少信号衰减、失真和抗干扰性。因此，作为传输“桥梁”的连接器也需要升级换代，因为它在传输质量和速度方面的作用越来越大，如下图2所示。

5.1   装备系统高速连接器发展趋势

为满足未来防务装备系统发展和通讯高速传输的要求，行业技术在现有高速连接器的基础上，重点向56Gbps和112Gbps高速背板、高速夹层和高速正交连接器、56Gbps高速线缆组件、224Gbps高速I/O连接器以及下一代的PAM4传输技术等方面发展。高速产品通过金属加固提升连接器抗振动耐冲击性能，例如随机振动由0.1g²/Hz向0.2g²/Hz、0.4g²/Hz、0.6g²/Hz发展，传输由单一高速信号向“高速 + 电源”、“高速 + 电源 + 射频”、“高速 + 电源 + 射频 + 光纤信号”混合传输发展，以满足设备模块化集成需求。

5.2   通讯服务器高速连接器发展趋势

AI时代下服务器对高性能高速连接器的传输速率和稳定性提出了更高的要求，连接器要满足在有限空间内布局更多的传输线路以实现更快的传输速率、更高的可靠性等要求。更高的传输速率越高端服务器所需传输的数据量就越大，对连接器传输速率要求也更高。

在56Gbps速率时代，为了追求更高的端口密度，连接器企业将进一步开发出了QSFP-DD I/O模块，实现了400G端口容量，将来会朝着支持800G端口容量的QSFP-DD连接器演进。现在，QSFP-DD连接器还只用在较为高端的服务器上，内部存储连接器以Mini-SAS、Mini-SAS HD为主，则将会更多的使用Geenn Z、Slim SAS、MCRIO等更高速的连接器。

5.3   高速连接器技术发展趋势

5.3.1  向更高传输速率发展

随着用户对传输速度的要求越来越高，高速连接器供应商不断优化微调他们的产品，调整的内容包括采用柔性干涉（compliant pin）连接电路板技术（电路板的孔可以做得更小）、用定制的塑胶来补偿信号延迟（Skew）、推荐在电路板扩孔（counterbore）。半导体技术的发展使高速连接器厂商能够展示他们更高频率的产品。高速连接器市场经历了新界面暴增时代，这些新界面高速连接器是为了迎接新一代应用的竞争而准备。

在这个领域主要有4个厂商，分别是Amphenol TCS、FCI、Molex和TE，它们均能供应20Gbps的高速连接器。美国Molex（莫仕）是军工背景企业，在军工、航空航天和通信方面非常有名。AMP/TE（美国安普泰科），做端子、胶壳起家的，故现在中国卖得最多的还是端子胶壳，是消费类电子高速连接器的世界老大。通信高速连接器市场美国安费诺公司（Amphenol）占据龙头老大的地位。FCI/BERG高速连接器第四位，中文曾译为法马通，2017年被美国安费诺财团收购。美国申泰（Samtec）最有名的是板对板产品（排针、排母等），在安费诺收购FCI后，将旗下高速背板产品授权给申泰公司生产。

截止2018年，应用于25G信号的主流背板高速连接器型号有Amphenol的ExaMAX、Xceede HD，TE的Whisper，Molex的Impulse、Impulse Plus，这些高速连接器已经在线板系统应用得非常广泛。即便之前量产的领域几乎没有要求这么高的传输速度，但这种高性能的高速连接器却给了未来系统更新升级的空间，对系统设计者很有吸引力，高速背板高速连接器是新系统硬件的至关重要零件，需要兼容交叉互配，一旦在系统设计阶段被选上，很可能无法用别家的高速连接器替换，因为在10Gbps以上工作频率，若高速连接器的内部结构不同，传输性能会大不一样。

有鉴于此，设备厂商与他们主要高速连接器供应商达成协议，要求高速连接器供应商共享设计和制造方面的知识产权，在设计和生产上具备足够的一致性以保证界面的互换性及高速传输的兼容性。这种要求高速连接器供应商之间共享高速连接器技术的做法是史上少见的，创了历史先河，很可能是未来高速连接器产业发展的一种趋势。

5.3.2   新的产品架构实现低损耗

材料和产品结构成形技术的发展拓宽了电缆组件的带宽和提高电缆组件的传输速度，当铜件高速连接器接近它本身固有的极限时，带宽几乎不受限的光纤高速连接器被认为将取代铜件高速连接器，然而铜件高速连接器的极限不断被延伸的事实一次又一次令光纤零件供应商失望。

尽管如此，光电转换器的价格不断下降及带宽不断增加必定会使光纤高速连接器在I/O，甚至背板领域成为铜件高速连接器的有力竞争者。不过，具体什么时候出现这种情景，目前恐怕无人能够准确预测。

近年来，光缆密度高的数据中心和服务器群场合使系统设计者需要考虑到多通道光电转换的大功率消耗，这对整机系统散热提出挑战且与国家要求的绿色低碳目标相违背。

自2017年推出第一版正交系统高速背板连接器，后续该种架构被其他各大高速连接器厂商在其主要产品系列上应用，这类高速背板连接器可有效减少传输链路的插入损耗指标；另外一种降低传输链路的架构模式为高速线模组。这种架构在高速连接器之间或者高速连接器与其他器件之间使用高速线缆连接，高速线缆替代印制电路板，即使印制电路板使用M6板材，同环境传输链路插入损耗收益可提升60% - 80%，如图 4 所示。

随着产品传输速率越来越高，对于无源通道的要求越来越高，高速连接器也越来越难做，未来可能就会高速连接器、背板一体化，采用线缆组件的方式将高速连接器、背板集成；也可能会用光纤替代背板，采用Module + 光纤的方式，不过对于要在单位面积上实现大容量传输的情况，Module + 光纤的方式可能有所不足。

5.3.3   新的信号传输制式运用

56G应用的到来，高速连接器要适用于更高的速率、不同的编码方式，PAM4是一种高效利用带宽传输串行数据的方法，所需的通道带宽仅为NRZ所需带宽的一半。对于PAM4信号，由传统的NRZ双电平单眼图，变成了四电平三眼图，每个眼图的眼高只有1/3了，对于串扰的容忍度降低，这就要求高速连接器在降低插损的条件下，还必须做到更低的串扰；如果56G的NRZ信号，需要做到更宽的频段内都是低损耗和低串扰。

综上所述，国内高速连接器产业发展无论是在专利布局、核心技术攻关，还是在智能制造和在线检测等方面仍然存在不同程度的差距。因此，国内亟待持续投入发展高速连接器产业，从高速连接器不同运用领域着力深入技术预研、产品开发、智能制造、检测等技术，将有利于提升我国高速连接器领域产品研制、验证、应用服务等核心能力，提升我国高速连接器行业整体竞争能力；更有助于补强高速连接器行业上下游产业链，构建连接器产业发展新格局，发展连接器产业新生态，打造连接器产业发展“新高地”。

为了论述和分析相关趋势，本文有部分数据及其描述引自互联网平台，在此不一一列举，谨表感谢。