在现代 AI 服务器机架中，铜缆背板需要在40 dB 通道预算内完成最长1.75 米的信号传输。但在 224G 信号速率下，这两个数字很难兼容。然而，AI基础设施的发展使得该问题已经无法回避：过去，我们通常以8-GPU机箱为计算单元设计系统。如今，单台机架内就要部署72卡、144卡甚至更多加速器，机架本身正在成为新的计算单元。

虽然行业普遍认为，光互连是未来Scale-Up互联的发展方向，但短期来看，铜缆仍具有明显的吸引力，尤其是在供应链成熟度和总体拥有成本（TCO）方面。

目前，市面上有多款铜缆方案可以帮助控制通道预算，但在选择背板方案之前，必须充分理解背后的物理原理，同时也要明确无源铜缆的传输极限，判断何时必须引入信号调理，才能满足新一代信号的传输要求。

无法忽视的物理限制

首先来看最核心的限制因素：插入损耗（Insertion Loss）。随着信号速率从112G 提升到 224G，奈奎斯特频率（Nyquist frequency）从26 GHz翻倍提升至53 GHz。这是一次巨大的跃迁，会影响信号路径上的每一毫米铜材。

在53 GHz条件下，标准30AWG双轴线缆的插入损耗约为10.23 dB/m。在典型的集成式AI机架中，计算节点和交换节点位于同一个机箱内，通常可以将线缆长度控制在1.2 米以内。按照这个距离计算，线缆自身损耗约为12.3 dB，在40 dB的总通道预算中还剩约28 dB。这剩余的28 dB预算需要分配给PCB走线、连接器、封装损耗，同时还要预留余量，应对老化与温度波动。

下一代机架架构正在改变这一切。为了容纳更多AI加速器，系统正在向解耦式架构演进，计算、供电、散热、网络被拆分为相互独立的邻近机架，以此腾出空间部署更多加速器。这种设计提升了计算密度，却增加了连接距离。纯计算机架场景下，最长线缆可达1.75米，相比之前的1.2米增加了46%。采用30AWG线缆时，仅线缆损耗就接近18 dB，还未计入通道内其他器件的损耗。

40 dB通道预算在低速场景下游刃有余，但到224G时代已经接近无源铜连接的极限。

粗径线缆的利弊分析

面对通道预算紧张，很多人第一反应是选用更粗的26AWG线缆来降低损耗。该思路确实可行：53 GHz下，26AWG线缆插入损耗约7.14 dB/m，相比30AWG降低约30%。针对1.75米的计算机架布线场景，线缆损耗由18 dB降至12.5 dB，改善显著，有望控制在通道预算之内。

但现实中会引出物理空间问题。一束包含64组差分对（128根导体）的26AWG线缆，横截面积比同等规格30AWG线缆大约增加50%。单看数字似乎不大，但在 AI 服务器机架内部，空间极其宝贵。现代AI机架背部同时需要部署数千路连线，同时还要为千瓦级高压母线、液冷管路预留空间。

另外还有弯曲半径约束。行业规范要求线缆最小弯曲半径为线缆直径的5至7倍。线缆束截面积增大50%，意味着布线余量、走线空间都要相应增加。OCP Open Rack V3机架宽度仅21英寸，每毫米空间都弥足珍贵。机架后舱面板资源高度紧张，线缆布线设计还需要兼顾通风、可维护性以及大规模量产装配可行性。

实际上，一些机架方案如果想要切换到 26AWG，整套机械结构都需要重新设计。这类改动属于项目级重大调整，会影响制造、供应链与产品上市周期。

系统解耦带来的两难困境

另一大影响背板物理形态的因素是系统解耦。行业普遍认可解耦的架构优势：计算与基础设施可独立扩容、资源利用率更高、维护更简便。但它也带来了新的信号传输距离问题。

过去，GPU、电源、散热、网络都集中在同一个机架中，线缆长度受机架高度约束，最长链路约16U，也就是前文提到的1.2米。一旦把基础设施设备迁移至相邻机架，信号传输距离就被迫拉长。计算托盘可能需要连接同机架中部交换节点，甚至邻近机架中的交换设备。

此时，1.75 米已经不是最坏情况。行级部署（row-scale deployment）或是Open Rack Wide（ORW）双宽机架场景，线缆长度会突破2米。该距离下，30AWG无源铜缆的通道预算完全不够；换成26AWG铜缆，又会带来机械布局难题，在标准机架尺寸下很难解决。

无源铜缆取舍：优化可控设计变量

系统架构师可以调整三个核心变量：

1.线缆长度

该变量通常调整空间最小，因为它主要由机架拓扑决定。例如单机架部署72块GPU、交换机模块居中摆放，布线长度由物理布局直接决定。虽然可以优化交换机位置、选用更短机箱做局部改善，但物理规律与空间约束无法突破。

2.线缆规格

可以在规格上做选型，但利弊同样突出：

· 30AWG：线缆束体积更小，柔韧性好，布线管理难度低，但插入损耗更高。

· 26AWG：插入损耗更低，无源传输距离更长，但线缆束体积增大50%，走线难度上升，弯曲半径要求更高。

选型不能只看信号完整性。在实际项目中，部分客户尽管清楚30AWG存在信号完整性压力，但受限于机架机械结构，无法容纳26AWG线缆束，最终选用 30AWG；也有客户选择26AWG，并重新设计整套背板插框来适配粗线缆。两种方案都可以落地，但选型时必须充分评估后续连锁影响。

3.通道预算分配

信号完整性设计在此处至关重要。40 dB总预算需要覆盖：

· GPU板与交换机板的PCB走线

· 芯片封装损耗

· 背板连接器

· 线缆本身损耗

· 制造误差、温度变化、器件老化的预留余量

通过合理的叠层设计、选用高性能板材、缩短PCB走线，可以降低PCB侧损耗，为线缆留出更多预算。部分团队正在研究飞线组件（Flyover Cable），直接绕开PCB走线，但会增加成本与设计复杂度。

当前无源铜缆背板的三种实用方案

结合上述约束，实际落地有三条可行路径：

方案A：无源铜缆，控制在1.2米及以内

前提是机架架构允许该距离约束。计算、交换机、基础设施处于同一机架的一体化架构，通常可以满足该条件。一般适用于传统规模化部署，单机箱GPU规模多为8-16卡。对于很多不需要超大GPU规模的推理业务，该方案依旧可行。

· 优势：功耗最低、架构最简单、经过实践验证可靠性高。

· 劣势：单机架内集群扩容规模存在上限。

方案B：改用26AWG线缆，实现更长无源传输距离

如果需要无源传输达到1.5-1.75米，从信号完整性角度看26AWG是优选，可以勉强控制在通道预算范围内，但要承担机械设计的代价。适合全新机架开发项目，能够容纳更大线缆束、后舱面板布局具备调整空间，或是项目规模足以覆盖工程改造成本。

· 优势：无源传输距离得到显著提升。

· 劣势：线缆束体积大、弯曲半径要求高，机架存在重新设计风险，超过2米依然受限。

方案C：选用30AWG线缆，接受更短的有效传输距离

部分架构换一种思路：不去追求更远传输距离，而是把交换机尽量靠近GPU。意味着单机架交换机数量增加，拓扑发生变化，整体系统围绕更短链路做优化，容忍少量长链路做特殊处理。

这种方案实际应用比想象中更多。不少精巧的机架设计中，交换机模组经过精心布局，绝大多数链路控制在1米以内，仅少数链路需要特殊处理。

铜缆技术未来的发展方向

对于大量新一代AI部署场景，仅靠无源铜缆已经无法满足需求。更高速率、更长传输距离、单机架GPU数量持续上涨，已经超出无源方案能力边界。行业正在形成三类铜缆架构，用来突破无源传输极限：

· 系统边界全域信号调理：在每一块GPU板、交换机板上部署信号再生或信号放大器件。

· 选择性中间信号调理：只在必要位置部署重定时器、信号放大器，降低成本和功耗。

· 无源/有源混合架构：同一背板内，短链路使用无源铜缆，长链路采用有源线缆。

三类方案在功耗、成本、复杂度、性能上各有取舍。部分机架需要部署512颗信号调理器件；也有项目按需部署，仅183颗就满足信号预算要求。兼容封装尺寸的智能重定时器（Smart Retimers）和智能重驱动器（Smart Redrivers）的问世，缓解了架构师选型压力，可以在设计阶段针对功耗与传输距离做更精细的权衡。

铜缆选型为何对当下与未来至关重要

如今工程团队正在确定机架架构、线缆规格、背板方案，这些决策将决定未来2-3年AI基础设施的走向。选型失误，要么设计过度，投入不必要成本；要么设计不足，遭遇性能瓶颈，被迫付出高昂代价重新改板。需要结合自身业务条件理性决策：

· 集群规模有多大？

· 运行哪些协议？

· 机架机械约束如何？

· 功耗预算是多少？

· 面向未来扩容需要预留多少灵活性？

以上问题没有通用标准答案。但理解插入损耗物理约束、线规取舍、通道预算分配，能够为架构选型打下坚实基础。

线缆背板不会被淘汰，它是机架级互联中密度最高、成本效益最优的铜缆方案。但迈向224G以及更高速率时，我们必须更聪明地围绕它的局限开展设计。欢迎查阅我们最近关于重塑背板的白皮书（链接：https://www.asteralabs.com/document-requests/），了解更多有源铜缆创新方案。

作者：Christopher Blackburn，解决方案架构总监，深耕PCIe、CXL、Ethernet领域，助力面向生成式AI的大规模硬件加速集群落地。