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GEN Z 連接器簡介

來源: | 作者:信樂老王 | 發(fā)布時間: 2019-09-22 | 35563 次瀏覽 | 分享到:

GEN Z 連接器簡介

一前言

關(guān)注Gen Z有一段時間了，但一直沒有時間來做進一步的了解。近來有時間，就慢慢抽時間來學(xué)習(xí)一下。以下都是從網(wǎng)絡(luò)上摘取的資料，所涉及到都是一些浮淺的點，希望能拋磚引玉，有方家能定出更具技術(shù)背景的資料。

二緣起

PCI E作為非常成功的總線技術(shù)，在二十世紀(jì)第一個十年取得了飛速的進展，但這種勢頭在PCI E3.0發(fā)布后進入了放緩的狀態(tài)。PCI E 4.0一直只見樓梯響，規(guī)范的發(fā)布一再跳票，即使4.0版能順利盡快發(fā)布，其16G的速度也不過中規(guī)中矩，即將陷入發(fā)布即落后的狀態(tài)。

圖一：PCIe 規(guī)范發(fā)布時間軸

PCI E標(biāo)準(zhǔn)的1x,4x,8x, 16x曾經(jīng)也是非常成功的一代金插指卡緣連接器，結(jié)實耐用、成本便宜的PCI E插槽很快成為各種ADD IN CARD的標(biāo)準(zhǔn)接口，也用來連接各種RISER CARD, DAUGHTER卡等。但是這種連接器只適合較低頻率，且由于間距為1.0mm，信號密度小, 在PCI E 3.0時代還能夠勉力支撐，面對更高速率更高信號密度時就無能為力。

圖二：PCIe slot edge card連接器

雖然molex也推出過edgeline系列，與nvidia一起在edgeline的基礎(chǔ)上推出nvlink連接器（edgeline25），但由于不是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，且價格較貴，接受度不強，使用面不廣。而業(yè)界也有其它業(yè)者在基于目前PCI E插槽的設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計，推出SMT焊腳的產(chǎn)品，宣稱支持PCI E 4.0和5.0。同樣由于沒有規(guī)范背書，且基礎(chǔ)設(shè)計陳舊間距較大，不能得到終端廠商的認(rèn)同。

在這種情況下，AMD、IBM、ARM、Broadcom、Cray、戴爾EMC、惠普、華為這些公司另起爐灶，推出GEN Z就顯得合理且合乎潮流，受到熱捧也是理所當(dāng)然的。

三關(guān)鍵參數(shù)

如上所說，GEN Z兩個關(guān)鍵的參數(shù)是更小的間距和更高的速率。

Gen Z連接器的pin間距是0.6mm，相對于PCI E SLOT的1.0mm, 能提升67%的信號密度。即使與0.85mm間距的DDR4/5連接器相比，在信號密度上也有40%的提升。

從下圖的對比就能看出，4C的GEN Z連接器（140pin）比16X的PCI E連接器(168pin)短了約1/3。只有288PIN的DDR連接器40%長。

圖三：Gen Z連接器 / PCI e連接器/DDR連接器尺寸對比

Gen Z能支持的速率也是大幅度提供，能扶持2.5GT/S NRZ到112GT/S的PAM4。這樣就遠超PCI E 3.0的規(guī)格。以下是GEN Z在不同速率下支持Memory/IO時的帶寬。

圖四：Gen Z帶寬

如果整合尺寸和速率做一個對比，我們就能看到，相對于PCI E， Gen Z具有巨大優(yōu)勢。

圖五：Gen Z和PCI e帶寬對比

當(dāng)然，以上只是紙面數(shù)據(jù)，Gen Z連接器的各家供應(yīng)商在不同階段所提供的連接器所支持的速率以供應(yīng)商各自的產(chǎn)品規(guī)格為準(zhǔn)。據(jù)俺所知，目前各家供應(yīng)商所提供的連接器以支持28G NRZ為主， 56G NRZ和112G PAM4是下一階段優(yōu)化的目標(biāo)。

四 GEN Z連接器規(guī)格

Gen Z有板對板和線對板兩種連接方式。板對板又可以分為垂直（vertical）、九十度直角(right angle)、夾板（Straddle mount）和正交（Orthogonal）四種配置。

圖六：Gen Z板對板的四種配置

垂直（vertical）、九十度直角(right angle)和夾板式（straddle mount）又分為1C, 2C, 4
C, 4C HP， 4C+和8C(規(guī)范沒有定義8C)。8C是不在規(guī)范定義中的，但是在實際的應(yīng)用中，特別是服務(wù)器這種空間緊湊、信號密度高的應(yīng)用場合。

圖七：1C, 2C, 4C, 4C，4C+的pin定義

GEN Z的每個C包含8對差分，即4個收發(fā)通道，即GEN Z 1C相當(dāng)于PCIE 4X， GEN Z 2C相當(dāng)于PCIE 8X， GEN Z 4C相當(dāng)于PCIE 16X。

如下圖所示，在1C中，包含了8對差分（pin 16~pin28）, 另外還包含有6對12V電源PIN，以及時鐘pin和其它一些輔助功能pin。這些電源/時針/輔助pin是共用的。

圖八：1C PIN定義

4C HP是在4C的基礎(chǔ)上增加了12V/48V的電源pin， HP是high power的縮寫。這里面，12V和48V所對應(yīng)的尺寸是有所差異的，差異在于power單元與信號單元的相隔距離。 48V的距離要比12V的遠1mm。一個high power單元能支持高過55A的電流回路。

圖九：4C HP圖示

在12V的應(yīng)用中，除了從power單元引電，也可以從1C中引12V的電，這樣最差也可以支持到660W的功率。但在48V的應(yīng)用中，只能從power單元，不能從1C中引電。關(guān)于后者的原因，俺還沒有作進一步研究，推測應(yīng)該是1C的pin間距過小，額定電壓達不到48V。

Straddle mount的配置中，主板（host board，夾板一邊）的厚度可以定義三種：1.57mm, 1.93mm和2.36mm。但在在add in card一邊，統(tǒng)一用1.57mm。當(dāng)然，任何產(chǎn)品都是以客戶導(dǎo)向的，相信只要有足夠的需求，肯定有廠商能配合開出其它板厚規(guī)格。

正交型產(chǎn)品有1C和2C兩種規(guī)格，有press fit和smt兩種焊接腳。這種設(shè)計類似于NGSFF，可以預(yù)見這是一種昂貴的，相對冷門的配置。

Gen Z的內(nèi)接線束連接器也有1C, 2C和4C的規(guī)格，方向有vertical和Right angle兩種。特別要說的是， Gen Z的線束連接器母端既可以與線端公頭配對，也可以與Add in Card 配對。

圖十：Cable連接器圖示

圖十一：Cable連接器母端與AIC卡配對圖示

五 GEN Z連接器可能需要解決的問題

GEN Z 連接器總體說來是在適當(dāng)?shù)臅r間點出現(xiàn)的適當(dāng)?shù)倪B接器，應(yīng)該會有較好的發(fā)展前景。但是最終具體如何，可能還需要市場和時間的檢驗，依俺的愚見，GEN Z可能有以下問題需要解決。

1. 堅固性：在比較粗暴的使用環(huán)境中，包括需要經(jīng)常插撥、需要需要匹配大質(zhì)量的卡，280pin需要匹配超寬的卡，板卡的直線度、翹曲和尺寸公差等可能達不到要求。作為一種0.6mm間距的連接器，GEN Z 連接器是否具備足夠的堅固性來應(yīng)對跪pin， pin變形，刮傷，接觸不良，PCB翹曲，PCB焊接溫度應(yīng)力等應(yīng)用性問題時保持低的不良率。

2. 成本：GEN Z 連接器由于是高速連接器，成本不菲。除了高端的應(yīng)用情況，一般客戶估計使用前都需要三思而行（如果一個板卡連接器價格在6USD，應(yīng)用場合肯定會受限）。但如果能推出成本較低，應(yīng)用在16~25G之間的版本應(yīng)當(dāng)會贏得很大一部分市場。

六 GEN Z的會員

Gen Z的會員包含了幾乎所有有影響力的大廠，從CPU/SOC、存儲、模組、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、硬盤、連接器等。包括AMD, ARM, BROADCOM, DELL/EMC, HP, HUAWEI, IBM, IDT, LENOVO, MELLANOX, MICROM, MICROSEMI, REDHAT, SAMSUNG, SEAGATE, SKHYNIX, WD, XILINX等等各行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)。

會員名單里沒有INTEL、CISCO。之前傳說不在會員名單里的WINTEL聯(lián)盟的MICROSOFT名列其中。 Intel 不在會員名單里的原因是不言自明的。

因為關(guān)注華為，我特意又登錄了GEN Z官方協(xié)會的網(wǎng)頁，對比了實時的會員名單（2019-06-14）。果然，華為已經(jīng)不在官方協(xié)會的會員名單里了。對此俺不得不說：“川普，真有你的。 ” 同時，俺也有些疑惑，華為作為12個創(chuàng)始會員之一，在協(xié)會應(yīng)該是有自已的重大貢獻的，就這樣被除名了，符合法律與契約精神嗎？

在Gen Z 的連接器廠商里，俺看到有以下：3M, ACES, Amphenol, Bizlink, Foxconn, Genesis Connected, Jess-link, Lotes, Luxshare, Molex, Samtec, TE, Zhejiang Zhaolong。

圖十二：Gen Z主要會員員錄

TE: Gen Z的連接器是基于TE的Sliver高速連接系統(tǒng)。是很重要的創(chuàng)始會員。TE的外接sliver最開始作為一種外接方案知名度和接受度遠遜于slimsas和oculink，但沒想到移到內(nèi)接在Gen Z上大翻身。

圖十三：TE的sliver產(chǎn)品家族

Amphenol: Gen Z在Amphenol的系列名稱為Mini Cool Edge 0.60mm connectors. Mini cool edge包含一系列的金手指連接器。

Molex: Gen Z在Molex的系列名稱為Edgeline Sliver, 官網(wǎng)上還沒有相關(guān)信息。Edgeline也是Molex一系列高速edgecard連接器的系列名稱，包含12.5Gbps的Edgeline, 15Gbps的Edgeline+和25Gbps 的Edgeline25。