Печатная плата модуля QSFP28: Решение проблем высокой скорости и высокой плотности в серверных печатных платах центров обработки данных

technology8 октября 2025 г. 14 мин чтения

Печатная плата модуля QSFP28Подключаемая когерентная печатная платаПечатная плата модуля QSFP PlusПечатная плата модуля QSFP56Печатная плата модуля AOCПечатная плата модуля DAC

Печатная плата модуля QSFP28: Решение проблем высокой скорости и высокой плотности серверных печатных плат центров обработки данных

В волне глобальной цифровой трансформации объем данных растет экспоненциально с беспрецедентной скоростью. От коммуникаций 5G и искусственного интеллекта (ИИ) до облачных вычислений — все эти приложения опираются на общую инфраструктуру: высокопроизводительные центры обработки данных. Внутри этих центров высокоскоростные соединения между серверами, коммутаторами и устройствами хранения данных критически важны для обеспечения бесперебойного потока данных. Именно в этом контексте печатная плата модуля QSFP28 играет ключевую роль, служа основным физическим носителем для подключения Ethernet 100 Гбит/с. Будучи сердцем высокоскоростных оптических модулей, сложность ее проектирования и производства напрямую определяет производительность, стабильность и надежность всей сети. Highleap PCB Factory (HILPCB), обладая глубоким опытом в производстве высокоскоростных и высокочастотных печатных плат, стремится предоставлять глобальным клиентам исключительные решения для печатных плат модулей QSFP28, чтобы справиться с огромными вызовами, вызванными потоком данных.

Основные функции модулей QSFP28 и основы проектирования печатных плат

QSFP28 (Quad Small Form-factor Pluggable 28) — это компактный, с возможностью горячей замены, стандарт оптического модуля, разработанный для передачи данных со скоростью 100 Гбит/с. Его основной принцип работы включает четыре параллельных канала, каждый из которых работает со скоростью до 28 Гбит/с (4x25 Гбит/с), достигая общей пропускной способности 100 Гбит/с. Эта архитектура не только обеспечивает чрезвычайно высокую эффективность передачи, но и сохраняет физический размер, аналогичный своим предшественникам (таким как плата модуля QSFP Plus 40 Гбит/с), значительно улучшая плотность портов.

Основы проектирования печатных плат модулей QSFP28 вращаются вокруг трех основных задач:

Чрезвычайно высокие скорости сигнала: При частотах сигнала, достигающих 28 Гбит/с и входящих в микроволновый ВЧ-диапазон, даже незначительные дефекты в трассах печатной платы могут привести к серьезному затуханию и искажению сигнала.
Чрезвычайно высокая плотность монтажа: На очень небольшой площади печатной платы должны быть размещены высокоскоростные дифференциальные пары, низкоскоростные управляющие линии, плоскости питания и заземления, что требует исключительной точности в пространстве монтажа и межслойном выравнивании.
Строгое управление энергопотреблением и теплоотводом: Высокоскоростная работа генерирует значительное тепло, требуя от печатной платы отличной теплопроводности для обеспечения работы лазеров и чипов в безопасных температурных диапазонах.

По сравнению с традиционными конструкциями печатных плат, проектирование печатных плат модулей QSFP28 — это скорее сочетание искусства и науки, требующее от инженеров достижения идеального баланса между целостностью сигнала, целостностью питания и теплоотводом.

Получить расчет стоимости печатной платы

Целостность высокоскоростного сигнала (SI): Жизненно важный аспект печатных плат модулей QSFP28

Когда скорость сигнала достигает 28 Гбит/с, трассы печатных плат перестают быть просто «проводами», а становятся сложной системой линий передачи. Целостность сигнала (SI) становится основным фактором, определяющим успех или отказ модуля. Любые проблемы с SI, такие как чрезмерные вносимые потери, отражение, перекрестные помехи или джиттер, могут вызвать резкое увеличение частоты битовых ошибок (BER) или даже отказ соединения.

Для обеспечения исключительной целостности сигнала HILPCB применяет следующие ключевые технологии при производстве печатных плат модулей QSFP28:

Точный контроль импеданса: Мы поддерживаем дифференциальный импеданс в пределах чрезвычайно жесткого допуска 100Ω±5%, обеспечивая непрерывность импеданса вдоль пути передачи сигнала и минимизируя отражение сигнала.
Оптимизированная конструкция переходных отверстий: Переходные отверстия на высокоскоростных сигнальных трактах являются основными источниками разрыва импеданса. Мы используем технологию обратного сверления для удаления избыточных шлейфов в переходных отверстиях, эффективно уменьшая отражение сигнала и резонанс, значительно улучшая высокочастотные характеристики.
Строгая трассировка дифференциальных пар: Мы обеспечиваем одинаковую длину и расстояние между двумя дорожками в дифференциальной паре, сохраняя при этом достаточный зазор от окружающих сигнальных линий для подавления синфазного шума и перекрестных помех.
Расширенный имитационный анализ: Перед производством мы настоятельно рекомендуем клиентам использовать профессиональные инструменты моделирования SI, такие как Ansys HFSS и Keysight ADS, для моделирования и анализа, чтобы предсказать и устранить потенциальные проблемы целостности сигнала.

Для некоторых специфических применений, таких как короткие внутристоечные соединения, плата модуля AOC (Active Optical Cable Module) интегрирует оптические волокна непосредственно в модуль. Хотя это упрощает полевые подключения, требования к целостности сигнала (SI) для внутренней печатной платы модуля остаются столь же строгими.

Сравнение эволюции производительности высокоскоростных оптических модулей

В таблице ниже показана эволюция ключевых показателей производительности от QSFP+ до QSFP56, что подчеркивает растущие требования к технологии печатных плат.

Показатель производительности	QSFP+	QSFP28	QSFP56
Общая пропускная способность	40 Гбит/с	100 Гбит/с	200 Гбит/с
Конфигурация канала	4 x 10 Гбит/с	4 x 25 Гбит/с	4 x 50 Гбит/с
Схема модуляции	NRZ	NRZ	PAM4
Скорость одной линии	10 Гбит/с	~28 Гбит/с	~56 Гбит/с

~56 Гбит/с Проблемы управления SI/PI/тепловыми режимами Высокий Очень Высокий Чрезвычайно Высокий

Выбор передовых материалов для печатных плат: Закладывая основу для передачи 100G

Для высокоскоростных цифровых сигналов диэлектрические свойства материалов подложки печатных плат имеют решающее значение. Хотя традиционные материалы FR-4 экономически эффективны, их высокие диэлектрические потери (Df) и нестабильная диэлектрическая проницаемость (Dk) могут вызывать сильное затухание сигнала на частотах 28 Гбит/с, не соответствуя требованиям к производительности модулей QSFP28.

Поэтому выбор подходящих материалов с низкими или сверхнизкими потерями является обязательным условием успешного проектирования. HILPCB поддерживает различные ведущие в отрасли высокоскоростные материалы, включая:

Megtron 6/7N: Известен своими превосходными характеристиками низких потерь и высокой термической стабильностью, является одним из предпочтительных материалов для приложений 100G/400G.
Серия Rogers RO4000 (например, RO4350B): Предлагает стабильную Dk и низкую Df, широко используется в ВЧ и высокоскоростных цифровых схемах.
Высокоскоростные материалы серий Taconic и Isola: Предоставляют разнообразные варианты для различных требований к стоимости и производительности. Выбор правильного материала в сочетании с передовым процессом производства высокоскоростных печатных плат HILPCB может значительно снизить вносимые потери, расширить глазковую диаграмму передачи сигнала и заложить прочную основу для надежной работы модуля. Даже для печатных плат модулей ЦАП (модулей с пассивным медным кабелем), используемых для соединений на более короткие расстояния, применение более высококачественных материалов может эффективно улучшить качество сигнала. Наша профессиональная инженерная команда может порекомендовать лучшие печатные платы Rogers или другие высокоскоростные материальные решения, исходя из вашего конкретного применения и бюджета.

Стратегии терморегулирования: Обеспечение стабильной работы модуля при экстремальных нагрузках

Модуль QSFP28 объединяет высокомощные компоненты, такие как лазеры, драйверы, трансимпедансные усилители (TIA) и цифровые сигнальные процессоры (DSP). Эти компоненты могут генерировать тепло до 3,5 Вт или даже больше при работе на полную мощность. Из-за компактного размера модуля пространство для рассеивания тепла крайне ограничено. Если тепло не может быть эффективно и своевременно рассеяно, это может привести к чрезмерным температурам чипов, влияя на производительность или даже вызывая необратимые повреждения.

Эффективное терморегулирование должно начинаться на уровне проектирования печатной платы:

Оптимизация компоновки: Разумно распределяйте основные тепловыделяющие компоненты, чтобы избежать чрезмерной концентрации горячих точек.
Использование тепловых переходных отверстий: Плотно располагайте тепловые переходные отверстия под тепловыделяющими чипами для быстрого отвода тепла к внутренним земляным слоям печатной платы или к теплоотводящим площадкам на нижней стороне.
Утолщение медных слоев: Используйте технологию печатных плат с толстой медью для увеличения толщины меди силовых и земляных слоев, что не только снижает сопротивление постоянному току в силовых цепях, но и значительно повышает боковую теплопроводность печатной платы.
Металлические подложки или встроенные радиаторы: Для конструкций с более высокой мощностью рассмотрите возможность использования печатных плат с металлическим сердечником (MCPCB) или встраивания медных блоков в печатную плату для обеспечения более прямых каналов рассеивания тепла.

По мере развития технологий в направлении печатных плат модулей QSFP56 для приложений 200G, энергопотребление и тепловые проблемы станут еще более серьезными, требуя более высоких требований к тепловому проектированию и производственным процессам печатных плат.

Роль QSFP28 в архитектуре сети центров обработки данных

В широко используемой в современных центрах обработки данных сетевой архитектуре "Leaf-Spine" модули QSFP28 служат критически важным физическим интерфейсом, соединяющим коммутаторы Leaf и коммутаторы Spine. Каждый коммутатор Leaf подключается к нескольким коммутаторам Spine через порты QSFP28, образуя неблокирующую матрицу коммутации с низкой задержкой и высокой пропускной способностью. Надежность печатных плат модулей QSFP28 напрямую влияет на стабильность и пропускную способность всей сети центра обработки данных, что делает их ключевой технологией для обработки массивного восточно-западного трафика (трафика между серверами).

Целостность питания (PI): Обеспечение чистого питания для высокоскоростных сигналов

Если целостность сигнала обеспечивает "быструю передачу" данных, то целостность питания (PI) обеспечивает "стабильную передачу" данных. Высокоскоростные трансиверы чрезвычайно чувствительны к качеству питания — любой шум питания, падение напряжения или отскок земли могут напрямую преобразоваться в джиттер сигнала, серьезно влияя на качество сигнала.

Надежная сеть распределения питания (PDN) критически важна для проектирования печатных плат модулей QSFP28. HILPCB обеспечивает исключительную производительность PI с помощью следующих мер:

Многослойная конструкция платы: Использование многослойной печатной платы со специальными, непрерывными плоскостями питания и заземления для обеспечения низкоимпедансных обратных путей для тока.
Тщательное размещение развязывающих конденсаторов: Стратегическое размещение развязывающих конденсаторов различных номиналов вблизи выводов питания микросхемы для эффективной фильтрации шумов во всем диапазоне частот, от низких до высоких.
Низкоиндуктивная конструкция: Минимизация индуктивности PDN за счет широких и коротких силовых трасс, оптимизированной конструкции переходных отверстий и плотной связи между плоскостями питания/земли.

Хорошо спроектированная PDN обеспечивает стабильный и чистый "источник энергии" для высокоскоростных схем, формируя основу для передачи с низкой частотой битовых ошибок.

Проблемы точности производства и сборки

Преобразование теоретически идеальных проектных чертежей в высокопроизводительные физические продукты требует первоклассных процессов производства и сборки. Производство печатных плат модулей QSFP28 требует исключительной точности, жестких допусков и передовых возможностей по работе с материалами.

Основные возможности HILPCB в производстве печатных плат включают:

Сверхжесткий контроль допусков: Достижение контроля импеданса ±5% и точности выравнивания слоев на микронном уровне.
Передовые финишные покрытия поверхности: Предложение ENIG (химическое никелирование с иммерсионным золочением), иммерсионного серебра, иммерсионного олова и других оптимизированных для высоких частот обработок поверхности для обеспечения отличной паяемости и производительности передачи сигнала.
Технология межсоединений высокой плотности (HDI): Поддержка микропереходов, просверленных лазером, VIPPO (Via-in-Pad Plated Over) и других процессов HDI PCB для удовлетворения требований к сверхвысокой плотности проводки модуля.
Комплексная проверка качества: Использование AOI (автоматизированной оптической инспекции), рентгеновского контроля и TDR (рефлектометрии во временной области) для строгого контроля качества, гарантирующего соответствие каждой печатной платы проектным спецификациям.

Вызовы при сборке модулей не менее значительны:

Высокоточное размещение: Требуется оборудование для SMT-монтажа, способное работать с компонентами 0201 или меньшего размера и BGA с малым шагом.
Выравнивание и сопряжение оптических устройств: Установка оптических двигателей требует чрезвычайной точности для максимизации эффективности сопряжения лазера с волокном.
Контроль процесса пайки: Точное управление температурными профилями пайки оплавлением для обеспечения надежных паяных соединений, избегая при этом повреждения чувствительных оптических компонентов.

Для структурно более сложных подключаемых когерентных печатных плат процесс сборки включает дополнительные прецизионные оптоэлектронные гибридные технологии упаковки, что представляет собой серьезное испытание для комплексных возможностей производителей.

Обзор производственных возможностей высокоскоростных печатных плат HILPCB

Мы предоставляем ведущую в отрасли производственную поддержку для модулей QSFP28 и более высокоскоростных модулей.

Производственный параметр	Спецификация возможностей HILPCB
Поддерживаемые материалы	Rogers, Taconic, Isola, Megtron, FR-4 (High-Tg)
Допуск контроля импеданса	±5%
Максимальное количество слоев	64 слоя
Контроль глубины обратного сверления	±0.05mm
Минимальная ширина/расстояние линии	2.5/2.5 mil
Поверхностная обработка	ENIG, ENEPIG, Immersion Silver, Immersion Tin, OSP

От QSFP28 к QSFP56 и далее: Путь технологической эволюции

Технологии никогда не стоят на месте. По мере того как центры обработки данных развиваются в сторону 400G и даже 800G, технология QSFP28 плавно переходит к стандартам следующего поколения. Печатная плата модуля QSFP56 использует четырехканальную сигнализацию PAM4 (4-уровневая импульсно-амплитудная модуляция) со скоростью 50 Гбит/с, достигая скорости передачи 200G. Сигналы PAM4 имеют более низкую толерантность к шуму и нелинейности, что создает экспоненциально большие проблемы для проектирования печатных плат с точки зрения целостности сигнала (SI), целостности питания (PI) и теплового режима. Тем временем, для удовлетворения потребностей городских сетей (MAN) и межсоединений центров обработки данных на большие расстояния (DCI) появилась технология подключаемых когерентных печатных плат. Она интегрирует сложную когерентную технологию связи в подключаемые модули, компенсируя дисперсию волокна и нелинейные эффекты с помощью передовых алгоритмов DSP для достижения высокоскоростной передачи на сотни километров. Несмотря на постоянное появление новых технологий, печатная плата модуля QSFP Plus по-прежнему играет жизненно важную роль во многих корпоративных сетях и традиционных центрах обработки данных. Тем временем, печатная плата модуля AOC и печатная плата модуля DAC продолжают служить экономически эффективными решениями для коротких соединений внутри стоек и между рядами, сохраняя широкий рыночный сегмент.

Как HILPCB расширяет возможности ваших проектов высокоскоростных соединений нового поколения

Будь то современные QSFP28 или ориентированные на будущее QSFP56 и когерентные оптические модули, их ядро заключается в высокопроизводительной, высоконадежной печатной плате. Выбор опытного и технологически продвинутого производственного партнера имеет решающее значение.

HILPCB — это не просто производитель печатных плат, но и ваш стратегический партнер в области высокоскоростных соединений. Мы предоставляем комплексные услуги, от консультаций по выбору материалов и анализа DFM (Design for Manufacturability) до точного производства и высококачественной сборки. Наша инженерная команда глубоко понимает физику высокоскоростной передачи сигналов, помогая вам снизить потенциальные риски на этапе проектирования, оптимизировать затраты и ускорить вывод продукции на рынок.

Мы реализовали тысячи высокоскоростных проектов, охватывающих все: от печатной платы модуля QSFP28 до сложной подключаемой когерентной печатной платы. Мы знаем, что каждая деталь — от шероховатости медной фольги до диэлектрической проницаемости паяльной маски — может повлиять на конечную производительность.

Преимущества услуг HILPCB по сборке высокочастотных модулей

Мы предлагаем комплексные решения от производства печатных плат до сборки готовой продукции, гарантируя идеальную реализацию производительности вашего проекта.

Пункт обслуживания	Детали возможностей
Точность установки SMT	Поддерживает компоненты 01005, шаг BGA 0,35 мм
Обработка оптических компонентов	Выделенная чистая комната, прецизионные приспособления для выравнивания, контроль ESD
Установка ВЧ-экрана	Автоматизированная или полуавтоматизированная установка, обеспечивающая надежность заземления
Технология пайки	Вакуумная пайка оплавлением, селективная волновая пайка, лазерная сварка
Функциональное и эксплуатационное тестирование	Предоставление услуг по тестированию глазковой диаграммы, BER, TDR/TDT

Начните оценку вашего проекта 5G прямо сейчас

В итоге, печатная плата модуля QSFP28 является компактным, но мощным двигателем, движущим современную цифровую инфраструктуру. Ее проектирование и производство объединяют в себе суть материаловедения, теории электромагнитных полей, термодинамики и процессов точного производства. По мере того как скорость передачи данных продолжает расти, эти проблемы будут только усиливаться. Сотрудничая со специализированными производителями, такими как HILPCB, вы сможете уверенно справляться с этими вызовами, сосредоточиться на ключевых технологических инновациях и оседлать волну эры данных, чтобы получить конкурентное преимущество на рынке.