引言

銅纜與光纖傳輸?shù)幕緳?quán)衡

在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施迎來(lái)指數(shù)級(jí)擴(kuò)張的今天，算力節(jié)點(diǎn)間的物理互聯(lián)已從配套支撐升級(jí)為核心瓶頸，直接決定 AI 集群的吞吐效率、擴(kuò)展性與整體算力上限。無(wú)論是支撐人工智能工作負(fù)載部署數(shù)十萬(wàn)顆 GPU 的超算集群，還是承載云端基礎(chǔ)設(shè)施中數(shù)百萬(wàn)顆處理器的分布式架構(gòu)，底層挑戰(zhàn)高度一致：每一臺(tái)設(shè)備都必須依靠高性能物理線纜實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠的全域數(shù)據(jù)互通。這一看似基礎(chǔ)的剛性需求，正催生出規(guī)模超百億美元的高速互聯(lián)產(chǎn)業(yè)，其核心載體便是主動(dòng)式電纜（Active Electrical Cables, AECs），而 Credo Technology Group 等頭部企業(yè)已憑借技術(shù)壁壘成為該賽道的絕對(duì)主導(dǎo)者。

截至2025年9月，Credo股價(jià)較去年同期暴漲近500%，資本市場(chǎng)的強(qiáng)勢(shì)反饋，正是AECs在新一代算力基礎(chǔ)設(shè)施中戰(zhàn)略地位飆升的直接印證。這類專用高速線纜已大規(guī)模部署于全球頂尖算力項(xiàng)目，包括 xAI 的 Colossus 超級(jí)計(jì)算機(jī)（搭載 20 萬(wàn)顆 GPU），Credo 標(biāo)志性的紫色 AECs 更成為高端 AI 集群的視覺(jué)符號(hào)。要理解 AECs 為何具備如此稀缺的市場(chǎng)價(jià)值，需從傳統(tǒng)銅纜在高頻高速下的物理極限入手，深入解析 AECs 如何通過(guò)先進(jìn)信號(hào)調(diào)理、DSP 均衡、低功耗重定時(shí)與鏈路自愈等芯片級(jí)技術(shù)創(chuàng)新，突破帶寬、距離與損耗的三重約束，重新定義數(shù)據(jù)中心短距互聯(lián)的性能邊界。

被動(dòng)銅纜的物理限制

盡管銅纜在成本、低延遲、低功耗與高可靠性方面具備顯著優(yōu)勢(shì)，但其基本物理特性對(duì)高頻高速傳輸性能構(gòu)成了嚴(yán)格限制。銅并非理想導(dǎo)體，電子在傳輸過(guò)程中會(huì)與晶格發(fā)生碰撞，能量以焦耳熱形式耗散，形成電阻損耗；而在高頻場(chǎng)景下，這一損耗會(huì)因趨膚效應(yīng)（Skin Effect）急劇惡化。

趨膚效應(yīng)是指：高頻交流電會(huì)自發(fā)集中于導(dǎo)體表層，電流有效流通截面積大幅縮減，等效電阻顯著上升。趨膚深度（電流密度衰減至表面 1/e 處的厚度）可由公式近似：

其中 f 為頻率，μ0 為真空磁導(dǎo)率，σ 為銅電導(dǎo)率（5.96×107 S/m）。

典型頻率下銅的趨膚深度：

50/60Hz 工頻約 9.0 mm / 8.5 mm，電流分布接近均勻

1 MHz約 0.065 mm（65 μm）

100 MHz約 6.6 μm

1 GHz約 2.1 μm

10 GHz約 0.66 μm

25 GHz（高速銅纜常用頻段）約 0.42 μm

50 GHz僅約 0.30 μm

頻率越高，電流被擠壓在極薄表層，有效導(dǎo)電面積急劇減小，導(dǎo)線交流電阻隨√f 近似上升。工程師常采用粗線徑、多股絞合利茲線（Litz wire）、表面鍍銀 / 鍍銅等方案，本質(zhì)是增加有效表面積以降低等效電阻，而非改變趨膚深度本身。即便如此，當(dāng)頻率進(jìn)入數(shù)10GHz 范圍，銅纜衰減仍會(huì)快速逼近物理極限，這也是高速互連中銅纜與光模塊形成場(chǎng)景互補(bǔ)的核心原因。

圖 1：銅導(dǎo)體在 60Hz、100MHz 和 1GHz 下的電流密度分布，展示趨膚效應(yīng)如何在更高頻率下將電流集中在表面附近，有效地增加電阻。

被動(dòng)銅纜通常采用雙軸電纜結(jié)構(gòu)，由兩根絕緣導(dǎo)線絞合在一起。這種幾何形狀本身會(huì)產(chǎn)生電感和電容，兩者結(jié)合產(chǎn)生傳輸線的特性阻抗。當(dāng)這個(gè)阻抗在線纜、發(fā)射器和接收器之間無(wú)法正確匹配時(shí)，傳輸信號(hào)的一部分會(huì)反射回源端。這些反射會(huì)干擾前向傳播的信號(hào)，產(chǎn)生失真，在更高速度下逐漸閉合信號(hào)眼圖，使可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)變得越來(lái)越困難。

情況進(jìn)一步惡化，因?yàn)殡p軸線對(duì)在線纜組件中并非孤立存在。電磁場(chǎng)相互作用，導(dǎo)致串?dāng)_，即一對(duì)中的信號(hào)污染相鄰線對(duì)。高頻信號(hào)還會(huì)將電磁能量輻射到周?chē)h(huán)境中，同時(shí)吸收外部噪聲。這些效應(yīng)的組合意味著銅鏈路遭受衰減（信號(hào)隨距離減弱）、色散（數(shù)字脈沖的邊緣模糊和重疊）以及串?dāng)_（信號(hào)相互污染）。

圖 2：信號(hào)波形和眼圖，展示阻抗失配、信號(hào)衰減、頻率相關(guān)損耗和反射如何結(jié)合劣化銅纜中的高速信號(hào)，導(dǎo)致眼圖開(kāi)口逐漸閉合。

這些物理現(xiàn)象造成基本約束。隨著數(shù)據(jù)速率提高和線纜長(zhǎng)度延長(zhǎng)，接收信號(hào)品質(zhì)逐漸惡化。在發(fā)射器處開(kāi)始為清晰轉(zhuǎn)換的數(shù)字脈沖，到達(dá)接收器時(shí)已經(jīng)衰減、色散，并受到相鄰位元和鄰近信號(hào)路徑的噪聲污染。數(shù)據(jù)傳輸速率越快（意味著脈沖持續(xù)時(shí)間越短），線纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，這些劣化效應(yīng)就越嚴(yán)重。這造成了一個(gè)無(wú)法避免的權(quán)衡，設(shè)計(jì)者必須在線纜長(zhǎng)度和傳輸速度之間做選擇，而且兩個(gè)參數(shù)都有明確的上限。

光學(xué)解決方案及過(guò)度設(shè)計(jì)區(qū)域

圖 3：比較被動(dòng)銅纜和光學(xué)傳輸技術(shù)的運(yùn)作范圍，顯示被動(dòng)銅纜在 25G 至 100G 每通道速度下限制在約 1-5 公尺，而光學(xué)傳輸可以跨越從極短到超過(guò)一公里的極長(zhǎng)距離。

被動(dòng)銅纜在最大實(shí)際傳輸距離與最高支持速率上存在明確的物理硬限。在 1 米左右的極短距離內(nèi)，被動(dòng)銅纜可實(shí)現(xiàn)單通道 100Gbps 傳輸；當(dāng)距離延長(zhǎng)至 3 米，速率通常降至約 50Gbps；達(dá)到 5 米時(shí)，其性能上限進(jìn)一步收縮至單通道 25Gbps。一旦超出上述距離與速率邊界，被動(dòng)銅纜將難以維持合格的信號(hào)完整性，無(wú)法滿足高速互連要求。

與之形成對(duì)比的是，光傳輸具備極強(qiáng)的距離適應(yīng)性：同一套光技術(shù)方案，既能支撐機(jī)架內(nèi)部超短距高速鏈路，也可實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心、長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的遠(yuǎn)距離互連。在區(qū)域性數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中，光纖可高效連接 80 公里范圍內(nèi)的多個(gè)物理站點(diǎn)，助力運(yùn)營(yíng)商通過(guò)分布式資源部署實(shí)現(xiàn)容量彈性擴(kuò)展。

這種能力跨度帶來(lái)了一個(gè)典型應(yīng)用矛盾：以液冷 GPU 集群場(chǎng)景為例，3 米距離、單通道 100Gbps 的互連需求，恰好落在被動(dòng)銅纜能力之外，卻又讓光傳輸顯得 “過(guò)度設(shè)計(jì)”。如此短的鏈路中，電信號(hào)與光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換、激光器驅(qū)動(dòng)、光纖傳輸及接收端還原，帶來(lái)了額外的復(fù)雜度、硬件成本與功耗開(kāi)銷，與實(shí)際場(chǎng)景需求嚴(yán)重不匹配。

這一不匹配區(qū)間正是行業(yè)關(guān)注的 **“過(guò)度設(shè)計(jì)區(qū)域”—— 被動(dòng)銅纜力所不及，而光模塊又成本與功耗偏高。機(jī)架內(nèi)、相鄰機(jī)架間及數(shù)據(jù)中心短距高速互連，大多屬于這一范疇。若銅纜能在速率與距離上實(shí)現(xiàn)小幅突破，這類場(chǎng)景將充分受益于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本更低、可靠性高、功耗優(yōu)異 ** 的核心優(yōu)勢(shì)。

主動(dòng)式電氣線纜：信號(hào)處理的解決方案

AECs 代表的突破來(lái)自于應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)補(bǔ)償銅纜的物理限制。如果可以表征和建模銅纜對(duì)高速信號(hào)施加的劣化效應(yīng)，那么就可以對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行后校正。

在傳輸端，AECs 在將信號(hào)發(fā)送到銅介質(zhì)之前進(jìn)行預(yù)處理。這種預(yù)處理可以增強(qiáng)在傳輸過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷更大衰減的高頻元件，確保以適當(dāng)?shù)恼穹竭_(dá)接收器。發(fā)射器還可以應(yīng)用預(yù)加重和其他波形整形技術(shù)，這些技術(shù)考慮了銅通道的已知特性。在接收端，AECs 采用復(fù)雜的均衡算法來(lái)進(jìn)一步恢復(fù)信號(hào)完整性，增強(qiáng)盡管有發(fā)射端預(yù)處理仍然衰減的高頻，并采用決策反饋均衡等技術(shù)來(lái)減去符號(hào)間干擾，即先前位元的能量滲入當(dāng)前位元期間。

圖 4：主動(dòng)式電氣線纜的基本概念，銅介質(zhì)兩端的數(shù)字信號(hào)處理器在傳輸前執(zhí)行預(yù)處理，在接收后執(zhí)行后處理，以補(bǔ)償信號(hào)劣化。

這解釋了為什么與被動(dòng)銅纜相比，AECs 的連接器看起來(lái)異常大。這些連接器容納實(shí)際的集成電路，執(zhí)行復(fù)雜的信號(hào)處理算法。芯片持續(xù)監(jiān)控信號(hào)品質(zhì)，調(diào)整均衡參數(shù)，并采用先進(jìn)技術(shù)從劣化的波形中提取干凈的數(shù)據(jù)。這就是主動(dòng)式電氣線纜中的 “主動(dòng)”，將其與僅傳導(dǎo)信號(hào)而不進(jìn)行任何處理的 “被動(dòng)” 傳統(tǒng)銅纜區(qū)分開(kāi)來(lái)。

圖 5：Credo 主動(dòng)式電氣線纜，具有獨(dú)特的紫色線纜和容納整合信號(hào)處理芯片的連接器組件。

信號(hào)處理能力使 AECs 能夠?qū)~纜的距離和速度延伸到超出被動(dòng)限制。通過(guò)智能預(yù)處理和后處理，AECs 可以在比被動(dòng)銅纜支援的更長(zhǎng)銅纜運(yùn)作和更高數(shù)據(jù)速率下可靠地傳輸數(shù)據(jù)。這精確地填補(bǔ)了過(guò)度設(shè)計(jì)區(qū)域的空白，提供了一種解決方案，保持銅纜在成本、功率和可靠性方面的基本優(yōu)勢(shì)，同時(shí)將性能推進(jìn)到以前需要光學(xué)傳輸?shù)念I(lǐng)域。

圖 6：主動(dòng)式電氣線纜如何填補(bǔ)被動(dòng)銅纜和光學(xué)傳輸之間的 “過(guò)度設(shè)計(jì)區(qū)域”，將基于銅纜的連接延伸到 100G 每通道速度下約 5-7 米，在這種情況下光學(xué)過(guò)度但被動(dòng)銅纜不足。

超越原始性能的實(shí)際優(yōu)勢(shì)

即使在被動(dòng)銅纜仍可勉強(qiáng)滿足傳輸需求的場(chǎng)景中，AECs 同樣具備極具說(shuō)服力的工程與運(yùn)維優(yōu)勢(shì)。依靠增大導(dǎo)體截面積、缺乏主動(dòng)信號(hào)處理能力的高速被動(dòng)銅纜，往往變得極為粗重、僵硬且缺乏柔韌性。這類粗纜更接近花園軟管而非精密數(shù)據(jù)連接線，在高密度設(shè)備機(jī)架中會(huì)帶來(lái)一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：剛性沉重的線束難以彎折與理線，占用大量機(jī)柜空間，同時(shí)嚴(yán)重?cái)_亂氣流，破壞對(duì)數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要的散熱效率。

圖 7：比較使用主動(dòng)式電氣線纜與直接連接銅纜的機(jī)架安裝，展示線纜管理的顯著差異，AECs 提供比笨重的 DAC 線束更干凈的布線和更好的氣流。

在部署液冷系統(tǒng)的高性能運(yùn)算環(huán)境中，線纜管理變得更加重要。設(shè)備機(jī)架不僅必須容納高密度運(yùn)算模組及其互連，還必須容納冷卻基礎(chǔ)設(shè)施，包括流體分配歧管、冷卻劑管線和熱管理硬件。阻塞氣流或妨礙冷卻劑布線的粗被動(dòng)銅線束可能會(huì)危及整個(gè)機(jī)架設(shè)計(jì)。

圖 8：粗直接連接銅纜線束如何阻塞設(shè)備機(jī)架中的氣流路徑，造成熱管理挑戰(zhàn)，在高密度部署中尤其嚴(yán)重。

AECs 采用截然不同的技術(shù)路徑應(yīng)對(duì)機(jī)械與信號(hào)挑戰(zhàn)：其并非依靠增大導(dǎo)體截面積來(lái)補(bǔ)償信號(hào)劣化，而是通過(guò)集成高性能芯片與固件，運(yùn)行復(fù)雜的信號(hào)處理算法主動(dòng)補(bǔ)償損耗、校正失真，從根本上 “對(duì)抗” 傳輸衰減。

這一技術(shù)路線允許 AECs 使用更細(xì)的銅導(dǎo)體，同時(shí)性能持平甚至超越更粗重的被動(dòng)銅纜。相比同等規(guī)格的被動(dòng)方案，AEC 線纜組件可實(shí)現(xiàn)最高 75% 的體積縮減，更纖細(xì)、更柔韌的線纜在高密度機(jī)架中更易布線，對(duì)冷卻氣流的阻礙更小，并顯著簡(jiǎn)化安裝與維護(hù)流程。

性能延伸、體積縮減、布線優(yōu)化，同時(shí)保留銅纜固有的低成本、低功耗、高可靠性優(yōu)勢(shì)，這一組合使AECs成為數(shù)據(jù)中心互連中覆蓋面廣、增長(zhǎng)迅速場(chǎng)景的最優(yōu)解。隨著算力基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)向更高密度、更高性能演進(jìn)，AECs 所處的技術(shù)最佳點(diǎn)（Sweet Spot）不斷擴(kuò)大，驅(qū)動(dòng)這一數(shù)十億美元產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)

參考來(lái)源

[1] Lyons, "Credo AECs," Chipstrat, Sep.23,2025.[Online]. Available: https://www.chipstrat.com/p/credo-aecs

天府逍遙（成都）科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)；期待與您相聚無(wú)錫，共筑高速互聯(lián)產(chǎn)業(yè)新生態(tài)，共贏智造新未來(lái)！

已經(jīng)報(bào)名成功的后臺(tái)數(shù)據(jù)

掃碼免費(fèi)報(bào)名參會(huì)

閱讀更多內(nèi)容長(zhǎng)按二維碼識(shí)別

▼歡迎“點(diǎn)贊”“分享” 在評(píng)論區(qū)留下您的看法▼