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高速线缆市场的广阔前景主要来自于人工智能引领下的通信设备连接需求的高速发展。人工智能的技术进步使得对线缆行业通信传输速度、抗干扰性等方面提出了更高要求，在应用场景方面也有着多种差异化需求，常规的无源线缆在性能上已经无法满足，促进高速线缆产业不断推陈出新。高速线缆可分为高速直连线缆（Direct Attach Cable，DAC）和有源光缆（Active Optical Cables，AOC），其中高速直连线缆又主要分为：无源铜缆、有源铜缆、有源电缆。 就高速直连线缆而言，2022年全球高速直连电缆DAC市场规模为 67.6 亿美元，权威机构Reports and Data预测：2032年将达到 1149.3 亿美元，年复合增长率约 37%。随着云计算和大数据的出现，高效和高速的数据传输变得至关重要，同时也是推动市场收入增长的主要因素。就有源光缆而言，2023年全球有源光缆市场规模达33.819亿美元。权威机构IMARC Group预测：到2032年，有源光缆的市场将达到188.495亿美元，市场规模的年增长率达到20.6%。在适用场景上，由于传统无源线缆无外置的有源电子元器件，有着相对较低的成本优势，更多用于低信息传输速率需求如：温湿度测量、气体检测等较短距离和较低功耗的场景。有源线缆因其传输距离的优势则适用于高清音视频传输和高速数据传输等远距离、高功率需求的场景。2024年，英伟达在GTC大会上发布了最新一代AI芯片架构Blackwell，其超级芯片GB200采用高速铜缆连接技术，其内置的NVLink5.0铜缆电连接实现了高速、低延迟、低成本的数据传输，证明了高速铜缆连接技术在高性能计算领域的应用价值。同时英伟达也指出，目前AI对网络速率的需求是现在环境的10倍以上，高速线缆设备由于人工智能技术的发展而走上了更新换代的快车道。有源电缆（AEC）需要外部电源供电才能传输信号，内置在电缆线中的电子元器件产生的电流将信号传输出去。AEC的电源在电子元器件的内部电路把信号放大或转换成数字信号后再输出。因而AEC适用于远距离、高速度和高功率的应用场景，如音视频传输和高速数据传输等。相比于ACC来说，AEC具备灵活的封装类型，插换方便多样。 有源电缆（AEC）结合了有源铜缆（ACC）和有源光缆（AOC）的优势部分。相比使用AOC来说，AEC的功耗更低，且成本比光学元件更便宜。对比ACC来说，AEC不仅在体积重量上更有优势，而且传输距离也有较大的提升，此外AEC的弯曲半径更小，意味着在布线方面更具灵活性，且占用空间更小。当前的AEC有源电缆支持的传输速率有100G、200G、400G，封装类型含QSFP28、QSFP56、OSFP、QSFP-DD、DSFP/SFP56等，主要用于其他电缆类型无法实现的快速转换环境，是数据中心交换机和路由器环境中机架或端口之间直接连接的理想解决方案，如NIC到ToR服务器连接和直接数字控制应用。 美国莫仕（Molex）的有源电缆（AEC）采用QSFP-DD和OSFP互连，其传输速度最高能达800Gb/s。法国罗格朗(Legrand)旗下Approved Networks公司的AEC维持8通道的 56G-PAM4 信号，从而提供全双工400Gb/s传输速度，目前采用QSFP-DD和OSFP封装规格，其传输极限达到7m。上海奇异摩尔（Marvell）采用高速SerDes技术的AEC支持各种用例和应用程序的优化，最高可以实现每通道200 Gbit/s。 目前AEC起步较晚，但发展前景可观。随着新的高性能软件工作负载接入网络，拥有可靠且低成本的高速互连解决方案是当前的主要研究方向。 2.3 有源光缆（AOC） 有源光缆是一种通信传输中需要外部电源进行光电转换的通信线缆。有源光缆AOC结构上主要由两个光收发器和一根光缆跳线组成，光电转换发生在有源光缆两端的光收发器部分。 和无源光缆对比，无源光缆不具备内部的光电转换设备。无源光缆的传输能力完全由光纤本身来决定。在传输信号时，无源光缆的光信号的强度随着距离的增加而减弱，传输距离受限。
有源光缆（AOC）与有源铜缆（ACC）和有源电缆（AEC)相比较，其优势在于拥有更强的抗电磁干扰能力，从而具备更远的传输距离。在中短距离（300 m左右）下，ACC仅仅局限在10m以内的应用场景。由于电信号的性质，电磁干扰限制了铜制线缆的性能和可靠性，而AOC光纤使用光信号，使其能够不受电磁干扰和静电荷的影响，发挥了高速数据传输中的重大作用。因此，有源光缆AOC目前是高性能计算和存储应用在长距离传输方面的最佳解决方案。 法国罗格朗(Legrand)旗下Approved Networks公司的有源光缆（AOC）提供10至400G的数据传输速率，能够创建3～30个链路。在多分支光缆部分，提供一侧是 QSFP+、QSFP28、QSFP56、QSFP-DD 或 OSFP 光收发器，另一侧是两个/四个 SFP+、SFP28、QSFP56、QSFP28 或 QSFP-DD 光学器件，最长长度可达 50 米。美国西蒙（Siemon）的AOC高传输速度单通道能够达到100 Gb/s，单套组件的极限传输距离在100 m。美国相干公司（Coherent）的AOC主要有QUADWIRE AOC、C.WIRE (CXP) AOC、SFPWIRE AOC这三种。其中C.WIRE (CXP) AOC提供了较长传输光缆，传输距离最大可达到100m，与此同时传输速率达到150Gb/s。其中QUADWIRE AOC能够在QSFP-DD 转 QSFP-DD光模块下达到8通道共400Gb/s的传输速度，此时光缆传输极限长度为30m。国内深圳华光昱能公司的QSFP28接口的AOC最高能达到100Gb/s的传输速度。深圳易天公司生产的AOC采用的QSFP-DD接口，支持最大传输速率为400Gb/s。 2.4 各有源线缆对比 ACC、AEC、AOC彼此各有优缺，因此需要根据应用场景的需要配置单种或者多种高速线缆。ACC两端的电子元器件是线性放大器，只能对信号进行简单放大，导致传输噪音也同时被放大。AEC两端的电子元器件包含了重定时器，能够在放大信号的同时消除噪音，具备重置损耗和重定时的能力，使得信号能在直径较小的铜缆上高效传输，这就使得AEC的直径能低至34 AWG以下，而ACC仅达到26 AWG，且AEC两端封装器件可插拔，封装类型也更为多样。因此AEC虽然起步略晚，但其成本适中，具备前向纠错和重定时功能可消除噪声，传输距离比ACC更长，现场布线更方便等特点，被认为是AOC的良好替代品，是下一代系统架构的核心。有源铜缆（ACC）的优势包括：应用距离远、即插即用、协议透明、鲁棒性好、温度变化影响小、更低的成本、更低的功耗，非常契合大型数据中心日益增持的绿色节能和成本控制的迫切需求。尽管ACC存在很多缺陷，但它仍在当今市场上占据主导地位。有源电缆（AEC）是分布式机箱（DDC）架构的关键启用技术，克服了ACC铜缆的密度，重量和性能限制以及AOC的成本和可用性问题。它的优势在于功耗低、成本低、节省空间，其中功耗比光学器件低25％，成本比光学元件低50％，体积比ACC更小，相比ACC可节省多达70％的空间，而且比光学更可靠。AEC有源电缆主要用于ToR与服务器的连接、分布式机箱，每个机架最多布线500条电缆。对于有源光缆（AOC）而言，AOC对比铜缆的优势体现在某些需要较长距离传输的场合，仍然具有不可替代性。未来在AOC的研究方向会落在连接的光模块上，推出连接多个QSFP-DD的LR（Long Range）模块。在人工智能领域，AEC和ACC都是铜缆，在短距离内信号传输有成本优势。AOC因本身固有属性将无法与ACC和AEC形成竞争。AOC对比铜缆的劣势主要体现在： 1)在尚未进入完全意义上全光网络的当下，设备内信号交互依旧采用电信号，而AOC需进行多次光电转化，才能实现信号传输，这增加了传输故障的风险以及成本开销； 2)人工智能技术较少出现需要单条线缆长距离传输的情况，在中短距离AEC和ACC完全可以取代AOC的作用，致使采用AOC的性价比较低； 3)机器人的运动可能会导致光纤弯曲而发生较大的光纤弯曲损耗。 3 高速线缆发展趋势 人工智能技术被誉为21世纪的三大尖端技术之一，是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量。各国都在为此技术的发展进行布局和铺路。在英伟达超强算力GPU等产品的问世后，线缆行业迫切需要能够高速传输数据并且能够稳定运作的线缆。而英伟达认为，现代人工智能技术对网络通信的传输速率的要求将是目前已有产品的10倍以上。 随着有源线缆产品的不断完善，目前线缆结构本身已经很难再有飞跃性的提升。材料学的推进、工艺技术的发展有望带来ACC和AEC线缆进一步提升传输性能，其本质上是为了提升缆芯导电率，由此可以尝试使用导电性能更好的新型材料及制造工艺来进行改进。就组件产品而言其主要方向在于连接器封装各项性能的整体提升以及相关如QSFP28等通信协议的提出。在现场总线布置上，AEC可能是综合之后最优选择，随着通信传输协议、新材料、新工艺技术的推动，AEC必将体现出更强的市场竞争优势。 参考文献： [1] Direct Attach Cable (DAC) Market By Product Type (Passive, Active), By Connector Type [Small Form-factor Pluggable (SFP), Quad Small-form Factor Pluggable (QSFP), Copper Connector (CXP), C-Form factor Pluggable (CFP), and Others], By Application (Data Center, Telecommunication, Others), By End-use, and By Region Forecast to 2032[R], Reports and Data, Aug 2023, RND_007323. [2] Active Optical Cable Market Report by Connector Type (QSFP, CXP, CDFP, CFP, SFP, and Others), Technology (InfiniBand, Ethernet, HDMI, DisplayPort, USB, and Others), Application (Data Center, High-Performance Computing, Personal Computing, Digital Signage, Consumer Electronics, and Others), and Region 2024-2032[R], IMARC Group, 2024, SR112024A5021[3] GB/T 11091-2024.电缆用通信箔材[S] 高速电线电缆的应用和技术发展方向浅析：亚洲线缆展 http://www.gzcableexpo.com/
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