AI设备的输入/输出面板是多种替代性解决方案的典型应用。这些解决方案旨在满足带宽需求、信号密度、现场可维护性、能效、热管理以及铜缆与光纤方案的综合利用等各项要求。

大多数人都认同，拥有多种解决问题的互连方案比局限于单一解决方案更为可取。这一点对于互连方案设计工程师而言尤为适用。他们往往需要同时满足对高速性能、通道覆盖范围、电路密度、功耗、可制造性、多源采购以及成本等方面的严苛要求。

电子元件产业对此作出了积极响应，开发了种类繁多的互连方案，为设计人员提供了多种替代选择，使其能够精准满足特定应用的需求。开放标准的兴起反映了行业对相关元件及连接协议的需求，这些互连方案标准旨在确保电气与机械兼容性，同时也源于供应商的推动。

近年来人工智能技术的迅猛发展催生了多种I/O互连方案，这些互连方案能够以最低成本满足各类应用的需求。例如，铜缆与光纤电缆组件的互连方案设计人员拥有多种选择。

传统无源铜缆组件（DACs）可采用标准圆形护套组件形式提供，支持互连信号并行或双绞线配置选项。多种屏蔽方案可通过有效隔绝导致信号失真的电磁干扰来提升互连系统性能。

铜缆是一种广为人知、可靠且成本较低的传输介质，其全球范围内拥有丰富的制造资源。随着数据传输速率的持续提升，互连信号衰减与互连信号失真问题开始制约铜导线的敷设长度，从而推动了对替代传输介质的互连方案探索。

为弥补铜缆在高速传输中的损耗特性，业界推出了增强型铜缆产品，其中包括有源铜缆（ACC）。此类铜缆在连接器本体中集成了诸如均衡器、放大器或重定时器等互连信号调理电子器件。

“有源电力电缆（AEC）”可集成数字信号处理器，从而支持其在高速率、长距离应用中的使用。

扁平或圆形导体双轴差分对电缆可实现阻抗匹配，且具有极高的柔韧性及空间利用率。其高速传输损耗显著低于通过PCB上铜走线传输信号，因此成为连接板载高性能器件与I/O面板的理想选择。扁平差分对电缆亦提供编织导体与扁平箔片导体两种互连配置方案。

小规格扁平差分电缆可沿PCB表面飞线（fly over） ，从而最大限度地减少互连信号损耗与失真。

当需要将电缆长度延伸至超出行业标准接口规定的极限时，采用有源光缆（AOCs）可成为一种有效的解决方案。此时需对原定的电气连接器进行改造，使其集成相应的互连组件，将电信号转换为光脉冲并耦合至所连接的光缆中。而在电缆远端则需执行反向的光电转换操作。

解决铜质电路带来的互连技术限制并不局限于电缆组件。当需要将来自安装在印刷电路板上的专用集成电路（ASIC）或交换机的高速信号传输至I/O前面板时，会面临功耗、信号保真度以及I/O面板密度等挑战。传统上，插拔式PCB器件通常连接到嵌入在PCB中的互连铜质走线，这些电路最终连接到安装在电路板边缘的单件式或双件式I/O连接器上。

随着互连信号传输速率的提升，将这些互连信号沿数英寸长的铜走线传输所需的能量，以及开关与PCB边缘之间存在的互连信号失真现象，导致了过大的互连信号损耗和时延。这一问题推动了替代性架构的研发，并最终促使人们用光纤链路取代了PCB铜质链路。

目前，至少有三种不同的方法可将高速互连信号从ASIC传输至前端I/O面板。

近封装铜质（NPC）架构将一个小型PCB连接器安装在主板上，该连接器紧邻GPU或交换机基板。由铜材构成的导电电路仅从基板延伸，经过一段极短的PCB段后连接至该连接器，该连接器再与双轴铜缆相连，这些铜缆“飞越”于PCB表面，最终连接至I/O面板，并与一根外部高性能铜缆对接。由此实现了降低功耗、减少互连信号衰减及降低延迟的效果。

为扩大外部光缆的覆盖范围并互连方案增强设计灵活性，一种常见的NPO变体方案是采用可插拔光收发器，该装置可将电信号转换为光信号。

小外形尺寸的插拔式（SFP）收发信机专为与前置面板安装的笼式组件配合使用而设计，用户可选择使用铜缆或光纤外部电缆。包括当前QSFP和OSFP系列在内的插拔式收发信机在带宽和信号密度方面持续升级，已成为该行业的基础型产品。

这一互连方案的一种变体称为“近端封装光学技术（NPO）”，该互连技术通过将光学引擎直接安装在开关芯片旁（该引擎负责将电信号转换为光信号）来进一步缩短铜质电气导线路径的长度。随后，光纤从印刷电路板延伸至I/O面板，以便与高密度光连接器对接。

为降低这些收发机的功耗，业界引入了线性可插拔光学元件（LPO），该互连技术可省去电路一侧或两侧的数字信号处理器（DSP）和/或重定时器。

共封装光学器件（CPO）进一步创新，将光学引擎直接安装在与有源器件相同的基板上，从而将铜质信号传输路径降至最低。I/O面板上配备的可插拔光纤连接器可实现高性能、高密度的互连功能。

该光学引擎可直接焊接于基板上，或采用插槽式安装方式。全新的Open CPX MSA通过标准化互操作性光学引擎、可插拔插槽及连接器，提供了多种互连方案配置选项。

未来一代CPO将把光引擎集成到ASIC或交换机封装中，很可能采用芯片堆叠技术；光纤将直接对接于芯片，从而消除因铜线损耗导致的所有互连信号衰减问题。

随着互连系统速率攀升至多terabit级别，I/O需求持续增长。在标准1OU前面板上，仅能物理安装约32个OSFP收发器，其最大传输速率可达51.2Tb/s。为解决这一问题，近期推出了XPO模块，用于将来自交换机或ASIC的近端或共封装铜缆信号转换为前面板上的高密度外部光模块接口。每个XPO模块提供64对差分对，每对以224Gb PAM4速率运行，可实现每模块12.8Tb的传输速率，同时功耗仅为80瓦。

配备16个XPO模块的完整配置前板，每个1OU前板可提供总计204.8Tbit的数据交换吞吐量。此外还将提供线性版本。

多家连接器供应商已提供的收发器

Open CPX是互连组件供应商如何响应行业对支持下一代高速架构之多样化选择需求的又一例证。

近端封装与共封装光学器件被视为应对日益增长的带宽需求、降低功耗以及实现高密度封装等挑战的互连方案关键技术。

Open CPX MSA的目标是为插拔式模块及插座制定统一的机械、电气、光学、热学及管理规范，实现不同厂商产品间的互操作性。符合CPX标准的插座可同时支持CPO与NPO模块，这些模块可安装于基板或PCB上，从而提供更大的设计灵活性。Open CPX路线图为实现12.8Tb/s的互连信号传输性能指明了实现路径。

甚至光纤的选择范围也在不断扩大。除传统的多模光纤和单模光纤外，新型光纤类型及结构也已陆续问世，包括：

1. 弯曲不敏感光纤，降低紧弯引起的互连信号损耗。

2. 大有效的大面积光纤，专为日益普及的互连方案相干传输技术而设计。

3. 超低损耗石英光纤。无需放大即可延长互连信号传输距离。

4. 保偏光纤，提升光信号稳定性。

5. 抗辐射光纤，军事及核反应堆应用。

6. 中空芯光纤，降低互连信号延迟与衰减。

7. 多芯光纤，提升互连信号密度。

拥有多种互连方案选择并非没有挑战。例如，屏蔽双轴电缆的性能在不同制造商之间可能存在显著差异。NPO/NPC架构目前仅得到少数标准的支持，其具体实施方案由包括OIF 、IEEE以及相关MSA组织在内的机构负责规范,另有若干互连方案新标准正在制定中。

采用线性可插拔光学器件进行设计并不等同于“即插即用”方案。CPO技术尚处于早期发展阶段，关于激光器的最佳安装位置、互连器件的可插拔性以及现场维护便利性等关键问题仍有待解决。新型接口可能需要专用工具或特定的组装工艺，这些互连工艺均需经过验证以确保质量。此外，包括空心芯光纤和多芯光纤在内的先进光纤类型难以进行互连信号端接，其供应渠道有限且成本较高。

过多的互连方案选择可能会令人困惑并拖慢设计流程，但能够从多种可行的解决方案中进行选择，无疑比被束缚在专有设计或硬件方案中要好。