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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 | 35561 次瀏覽 | 分享到:

GEN Z 連接器簡介

一前言

關注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，就慢慢抽時間來學習一下。以下都是從網(wǎng)絡上摘取的資料，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背景的資料。

二緣起

PCI E作為非常成功的總線技術，在二十世紀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標準的1x,4x,8x, 16x曾經(jīng)也是非常成功的一代金插指卡緣連接器，結實耐用、成本便宜的PCI E插槽很快成為各種ADD IN CARD的標準接口，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的基礎上推出nvlink連接器（edgeline25），但由于不是規(guī)范標準產(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插槽的設計，優(yōu)化設計，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，且基礎設計陳舊間距較大，不能得到終端廠商的認同。

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然的。

三關鍵參數(shù)

如上所說，GEN Z兩個關鍵的參數(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

當然，以上只是紙面數(shù)據(jù)，Gen Z連接器的各家供應商在不同階段所提供的連接器所支持的速率以供應商各自的產(chǎn)品規(guī)格為準。據(jù)俺所知，目前各家供應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。

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，但是在實際的應用中，特別是服務器這種空間緊湊、信號密度高的應用場合。

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相當于PCIE 4X， GEN Z 2C相當于PCIE 8X， GEN Z 4C相當于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的應用中，只能從power單元，不能從1C中引電。關于后者的原因，俺還沒有作進一步研究，推測應該是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。當然，任何產(chǎn)品都是以客戶導向的，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。這種設計類似于NGSFF，可以預見這是一種昂貴的，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?shù)臅r間點出現(xiàn)的適當?shù)倪B接器，應該會有較好的發(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對跪pin， pin變形，刮傷，接觸不良，PCB翹曲，PCB焊接溫度應力等應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，應用場合肯定會受限）。但如果能推出成本較低，應用在16~25G之間的版本應當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、服務器、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。