Cable Backplane 是什么？AI 服务器高速 Cable 与传统 PCB Backplane 比较｜技术年份：2022

在 Server、Switch、Storage 与 AI Computing System 中，Backplane 的主要功能，是把多张 Daughter Card、Switch Board、Compute Board 或其他模块连接成一个完整系统。

传统做法通常是：

Board
→ Backplane Connector
→ PCB Backplane Trace
→ Backplane Connector
→ Board

但随着 SerDes 从 25G、56G、112G 持续往 224G Class 发展，长距离 PCB Backplane 的 Insertion Loss、Via、Crosstalk 与 Material Cost 都变得更难控制。这也是 Cable Backplane 开始受到 AI／Data Center 高速系统重视的原因。TE 将 Cabled Backplane 明确定位为高速环境中传统 PCB 的替代方向；Molex 现行 Inception Cable Backplane System 更已发展至 224Gbps 等级。

Cable Backplane 的核心概念是：

把原本需要在大型 PCB Backplane 上长距离传输的高速 Differential Signals，改由低损耗 Twinax Cable 与高速 Connector 建立背板级互连。

它不是单纯「多放几条线」，而是重新设计整个 System Backplane Architecture。

Cable Backplane 和传统 PCB Backplane 差在哪？

项目	PCB Backplane	Cable Backplane
主要高速媒介	PCB Differential Trace	Twinax / High-Speed Cable
主要功能	多板卡系统互连	多板卡系统互连
高速 Channel Loss	距离与频率提高后增加	可降低部分长距离传输损耗
Via / Layer Transition	常需经过多层PCB与Via	可减少部分高速PCB路径
Routing Density	大量高速Pair集中于Backplane	高速Pair可转移到Cable
PCB Material要求	高速率下可能需要Low-Loss Material	可降低部分Backplane PCB SI压力
Airflow	大面积PCB可能形成风阻	Cable架构可增加部分开放空间
Mechanical Design	结构固定、整合度高	Cable Routing较灵活但Assembly较复杂
维修／模块化	视Backplane Architecture而定	可设计成模块化Cable Assembly
成本结构	高阶PCB成本可能快速增加	增加Cable与Connector成本

Molex 的 Impulse 112G Backplane System 即同时提供 Conventional、Orthogonal 与 Cable Backplane 架构，并将改善 Signal Integrity、Density 与 Airflow 列为 Cable Backplane 的主要系统优势。

因此真正的比较并不是：

PCB 很差、Cable 很好。

而是：

高速率与较长距离下，哪一种 Physical Architecture 能以合理的成本、Loss、Density 与 Mechanical Design 完成整条 Channel？

为什么传统 PCB Backplane 在高速世代越来越困难？

PCB Backplane 本身仍然是成熟且可靠的架构，但当讯号需要跨越大型 Chassis 时，Channel 可能经过：

Connector
→ Via
→ Long PCB Trace
→ Via
→ Connector

高速讯号经过的每一段都会消耗 Signal Integrity Budget。

主要影响包括：

• Conductor Loss
• Dielectric Loss
• Copper Roughness
• Via Discontinuity
• Connector Transition
• Crosstalk
• Reflection

TE 的高速数据中心资料指出，当 Equipment Speed 持续增加，传统 FR-4 PCB 在高数据率下可能无法提供理想的 Transmission Performance，因此 Cabled Backplane 可作为高速 Alternative。

这也是为什么越高速的 Backplane，不只是 PCB Layout 越困难，还可能需要：

**更低损耗 PCB Material

• 更严格 Via Design
• 更精密 Connector
• Retimer
• 更复杂 SI Simulation**

来完成 Channel。

Cable Backplane 为什么可以降低 Channel Loss？

Cable Backplane 通常使用 Low-Loss Twinax Differential Pair 传送高速讯号。

架构可概念化为：

Compute / Switch Board
→ Backplane Connector
→ Twinax Cable
→ Backplane Connector
→ Destination Board

相较在大型 PCB 上跑一段长 Trace，Twinax 可以透过稳定的：

**Conductor Geometry

• Dielectric
• Shielding
• Pair Spacing**

建立 Controlled-Impedance Transmission Channel。

Samtec 在 DesignCon 2022 展示的 112Gbps PAM4 Cable Backplane Channel，即使用 NovaRay／Si-Fly Cable System 搭配 ExaMAX Backplane，约 2.2～2.6 m 的完整通道仍能完成 112G PAM4 实测，显示低损耗 Cable 可有效延伸高速背板 Channel Reach。

因此 Cable Backplane 的核心优势可以浓缩成：

让高速讯号少走一段高损耗 PCB，多走一段可控的高速 Cable。

Cable Backplane 和 Flyover Cable 有什么不同？

两者高度相关，但不是完全相同的概念。

技术	核心概念
Flyover Cable	让某一段高速讯号提早离开PCB
Cable Backplane	用Cable建立多板卡之间的Backplane-Level互连
Cable Midplane	用Cable建立Midplane-Level互连
Internal High-Speed Cable	泛指设备内部高速Cable，不一定是Backplane
DAC	一般指设备Port-to-Port Direct Attach Copper

简单说：

Flyover 是一种 Routing Concept；Cable Backplane 是一种 System Architecture。

Cable Backplane 本身常会利用 Flyover 的设计思想，例如 Samtec 的 ExaMAX Cable Backplane 就使用 Flyover 技术，透过 Low-Skew Twinax 将高速讯号绕过 Lossy PCB。

因此不能把所有 Flyover Cable 都叫 Cable Backplane，也不能把所有 Internal Cable 都视为 Backplane。

Cable Backplane 对 AI 服务器有什么价值？

AI Server 与 AI Switch 的特殊之处，是同时需要：

**更多 GPU

• 更多 SerDes Lane
• 更高 Lane Rate
• 更多 NIC / Switch I/O
• 更高 Power Density
• 更困难 Cooling**

传统大型 Backplane 如果同时承载大量 112G／224G-class Differential Pair，PCB Routing、Material、Connector Density 与 Thermal Design 都可能变得非常复杂。

Cable Backplane 可以提供几项 Architecture Advantage：

1. 降低高速 PCB Routing 压力

将大量高速 Lane 从 Backplane PCB 移至 Cable，可降低部分高阶 PCB Routing Complexity。

2. 改善 Signal Integrity

透过 Low-Loss Twinax 控制 Insertion Loss、Impedance 与 Crosstalk。

3. 提升 Layout Flexibility

Board 不再完全受限于一大片固定高速 PCB Trace，可依 GPU、ASIC、Power 与 Cooling 重新配置位置。

4. 改善部分 Airflow

传统大型 Midplane／Backplane PCB 可能形成 Cooling Barrier。Cable Backplane 可让系统保留更多开放空间；Molex 也将 Improved Airflow 列为其 112G Cable Backplane 架构的重要特性。

5. 支持更高数据率演进

目前 Molex Inception Backplane Connector and Cable System 已公开支持 224Gbps，定位于 Hyperscale Data Center 与 AI-HPC Cluster，显示 Cable Backplane 已从 56G／112G 持续朝下一代 SerDes 发展。

Cable Backplane 可以完全不要 PCB 吗？

通常不是。

Cable Backplane 不代表整台 Server 里没有 Backplane PCB 或其他电路板。

真正的系统可能仍需要 PCB 处理：

• Power
• Management Signal
• Clock
• Low-Speed Control
• Sideband
• Connector Mechanical Support
• Board Identification

而把最困难的：

High-Speed Differential Data

转移到 Cable。

因此实际架构可能是：

Hybrid Backplane = PCB + Connector + High-Speed Cable

而不是完全：

Cable Only

这种混合式设计通常更符合现实，因为不同类型的讯号本来就有不同的最佳传输媒介。

Cable Backplane 一定比 PCB Backplane 好吗？

不一定。

如果 Data Rate 不高、距离短，而且传统 PCB Backplane 已经能满足 SI Requirement，那么 PCB 通常具有：

• 结构单纯
• Assembly容易
• Cable Management少
• BOM较集中
• 维修逻辑成熟

等优势。

Cable Backplane 则会增加：

• Cable Assembly
• Connector
• Mechanical Retention
• Bend Radius
• Cable Routing
• Assembly工时
• Service Procedure

等新问题。

所以真正的 Trade-Off 是：

适合 PCB Backplane	适合 Cable Backplane
Data Rate较低或距离短	Data Rate高且Channel较长
PCB Channel Margin充足	PCB Loss Budget紧张
Layout简单	高速Lane数非常多
Cost敏感	Low-Loss PCB成本过高
固定架构即可	需要模块化／Layout Flexibility
Airflow问题不明显	Midplane／Backplane影响Cooling

因此：

Cable Backplane 是高速 System Architecture 的选项，不是所有 Backplane 的自动升级答案。

Cable Backplane 和 Retimer 怎么搭配？

Cable Backplane 可以降低 Channel Loss，但并不代表一定不需要 Retimer。

完整 Channel 仍可能包含：

ASIC
→ PCB
→ Connector
→ Cable
→ Connector
→ PCB
→ ASIC

如果：

**Data Rate提高

• Cable Length增加
• Connector Loss增加
• Channel Budget不足**

系统仍可能需要 Retimer。

所以两者解决的是不同问题：

Cable Backplane：降低 Physical Channel Loss

Retimer：重新 Recover / Regenerate Signal

最佳架构不一定是：

Cable Backplane vs Retimer

而可能是：

Low-Loss Cable Backplane + 适当位置的 Retimer

依完整 Link Budget 决定。

Cable Backplane 选型要确认哪些项目？

至少应确认：

选型项目	工程重点
Application / Protocol	PCIe、Ethernet或其他SerDes架构
Data Rate / Lane	56G、112G、224G-class等
Lane Count	决定Cable Pair与Connector Density
Cable Length	影响完整Channel Loss
Characteristic Impedance	需符合Target Interface
Insertion Loss	Cable与Connector共同评估
Return Loss	Connector Transition非常重要
Crosstalk	高密度Backplane核心SI指针
Skew	多Lane高速传输需控制
Connector Density	决定System I/O Density
Blind Mate需求	影响维修与模块化
Airflow / Cooling	Cable Bundle不可阻碍风道
Mechanical Retention	Cable与Connector需可靠固定
Retimer Requirement	依完整Channel Budget判断
Serviceability	更换Board时Cable是否容易维护

真正需要验证的是：

Transmitter
→ Board
→ Connector
→ Cable Backplane
→ Connector
→ Board
→ Receiver

完整 Channel。

而不是只确认：

「这条 Cable 支援 112G 或 224G。」

Cable Backplane 核心结论

如果只记住五件事：

第一，Cable Backplane 是使用高速 Cable 与 Connector 取代部分传统 PCB Backplane 高速数据路径的系统级互连架构。

第二，它最大的价值不是单纯增加 Cable，而是降低长距离高速 PCB 的 Insertion Loss、Routing 与 Material 压力。

第三，Cable Backplane 和 Flyover 高度相关，但 Flyover 是 Routing Concept，Cable Backplane 则是 Backplane-Level System Architecture。

第四，Cable Backplane 不一定完全取消 PCB，也不一定能完全取消 Retimer；Hybrid Architecture 很常见。

第五，是否采用 Cable Backplane 必须依 Data Rate、Reach、Lane Density、SI、Cooling、Mechanical Design、Serviceability 与 Cost 一起决定。

因此 AI Server 与高速 Data Center Equipment 的真正问题不是：

「PCB Backplane 还是 Cable Backplane 哪个比较先进？」

而是：

在下一代高速 SerDes 下，哪一种架构能用更合理的 Loss、Density、Cooling 与成本完成整个系统？

随着 Backplane Interconnect 从 56G、112G 持续朝 224G 发展，Cable Backplane 将成为 AI Server、AI Switch、Hyperscale Data Center 与高效能运算设备中值得持续关注的高速互连架构。Molex 现行 224G Inception 系统与 Samtec 112G Cable Backplane 实测，都反映这项技术正在持续往更高速世代发展。

SyncTronics 解决方案

AI Server 与 Data Center 的 Cable Backplane／Internal High-Speed Cable 设计需依 Protocol、Lane Rate、Lane Count、Cable Length、Characteristic Impedance、Insertion Loss、Return Loss、Crosstalk、Connector Density、Mechanical Routing、Retimer 与 Cooling Environment 进行完整评估。SyncTronics 可依 AI Server、GPU、Networking、Switch、PCIe 与 Data Center 项目需求，协助进行高速 Cable Assembly、Twinax、Connector 与客制化电子互连方案的规格确认及 NPI 评估。

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