Cable Backplane 是什麼？AI 伺服器高速 Cable 與傳統 PCB Backplane 比較｜技術年份：2022

在 Server、Switch、Storage 與 AI Computing System 中，Backplane 的主要功能，是把多張 Daughter Card、Switch Board、Compute Board 或其他模組連接成一個完整系統。

傳統做法通常是：

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

但隨著 SerDes 從 25G、56G、112G 持續往 224G Class 發展，長距離 PCB Backplane 的 Insertion Loss、Via、Crosstalk 與 Material Cost 都變得更難控制。這也是 Cable Backplane 開始受到 AI／Data Center 高速系統重視的原因。TE 將 Cabled Backplane 明確定位為高速環境中傳統 PCB 的替代方向；Molex 現行 Inception Cable Backplane System 更已發展至 224Gbps 等級。

Cable Backplane 的核心概念是：

把原本需要在大型 PCB Backplane 上長距離傳輸的高速 Differential Signals，改由低損耗 Twinax Cable 與高速 Connector 建立背板級互連。

它不是單純「多放幾條線」，而是重新設計整個 System Backplane Architecture。

Cable Backplane 和傳統 PCB Backplane 差在哪？

項目	PCB Backplane	Cable Backplane
主要高速媒介	PCB Differential Trace	Twinax / High-Speed Cable
主要功能	多板卡系統互連	多板卡系統互連
高速 Channel Loss	距離與頻率提高後增加	可降低部分長距離傳輸損耗
Via / Layer Transition	常需經過多層PCB與Via	可減少部分高速PCB路徑
Routing Density	大量高速Pair集中於Backplane	高速Pair可轉移到Cable
PCB Material要求	高速率下可能需要Low-Loss Material	可降低部分Backplane PCB SI壓力
Airflow	大面積PCB可能形成風阻	Cable架構可增加部分開放空間
Mechanical Design	結構固定、整合度高	Cable Routing較靈活但Assembly較複雜
維修／模組化	視Backplane Architecture而定	可設計成模組化Cable Assembly
成本結構	高階PCB成本可能快速增加	增加Cable與Connector成本

Molex 的 Impulse 112G Backplane System 即同時提供 Conventional、Orthogonal 與 Cable Backplane 架構，並將改善 Signal Integrity、Density 與 Airflow 列為 Cable Backplane 的主要系統優勢。

因此真正的比較並不是：

PCB 很差、Cable 很好。

而是：

高速率與較長距離下，哪一種 Physical Architecture 能以合理的成本、Loss、Density 與 Mechanical Design 完成整條 Channel？

為什麼傳統 PCB Backplane 在高速世代越來越困難？

PCB Backplane 本身仍然是成熟且可靠的架構，但當訊號需要跨越大型 Chassis 時，Channel 可能經過：

Connector
→ Via
→ Long PCB Trace
→ Via
→ Connector

高速訊號經過的每一段都會消耗 Signal Integrity Budget。

主要影響包括：

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

TE 的高速資料中心資料指出，當 Equipment Speed 持續增加，傳統 FR-4 PCB 在高資料率下可能無法提供理想的 Transmission Performance，因此 Cabled Backplane 可作為高速 Alternative。

這也是為什麼越高速的 Backplane，不只是 PCB Layout 越困難，還可能需要：

**更低損耗 PCB Material

• 更嚴格 Via Design
• 更精密 Connector
• Retimer
• 更複雜 SI Simulation**

來完成 Channel。

Cable Backplane 為什麼可以降低 Channel Loss？

Cable Backplane 通常使用 Low-Loss Twinax Differential Pair 傳送高速訊號。

架構可概念化為：

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

相較在大型 PCB 上跑一段長 Trace，Twinax 可以透過穩定的：

**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，約 2.2～2.6 m 的完整通道仍能完成 112G PAM4 實測，顯示低損耗 Cable 可有效延伸高速背板 Channel Reach。

因此 Cable Backplane 的核心優勢可以濃縮成：

讓高速訊號少走一段高損耗 PCB，多走一段可控的高速 Cable。

Cable Backplane 和 Flyover Cable 有什麼不同？

兩者高度相關，但不是完全相同的概念。

技術	核心概念
Flyover Cable	讓某一段高速訊號提早離開PCB
Cable Backplane	用Cable建立多板卡之間的Backplane-Level互連
Cable Midplane	用Cable建立Midplane-Level互連
Internal High-Speed Cable	泛指設備內部高速Cable，不一定是Backplane
DAC	一般指設備Port-to-Port Direct Attach Copper

簡單說：

Flyover 是一種 Routing Concept；Cable Backplane 是一種 System Architecture。

Cable Backplane 本身常會利用 Flyover 的設計思想，例如 Samtec 的 ExaMAX Cable Backplane 就使用 Flyover 技術，透過 Low-Skew Twinax 將高速訊號繞過 Lossy PCB。

因此不能把所有 Flyover Cable 都叫 Cable Backplane，也不能把所有 Internal Cable 都視為 Backplane。

Cable Backplane 對 AI 伺服器有什麼價值？

AI Server 與 AI Switch 的特殊之處，是同時需要：

**更多 GPU

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

傳統大型 Backplane 如果同時承載大量 112G／224G-class Differential Pair，PCB Routing、Material、Connector Density 與 Thermal Design 都可能變得非常複雜。

Cable Backplane 可以提供幾項 Architecture Advantage：

1. 降低高速 PCB Routing 壓力

將大量高速 Lane 從 Backplane PCB 移至 Cable，可降低部分高階 PCB Routing Complexity。

2. 改善 Signal Integrity

透過 Low-Loss Twinax 控制 Insertion Loss、Impedance 與 Crosstalk。

3. 提升 Layout Flexibility

Board 不再完全受限於一大片固定高速 PCB Trace，可依 GPU、ASIC、Power 與 Cooling 重新配置位置。

4. 改善部分 Airflow

傳統大型 Midplane／Backplane PCB 可能形成 Cooling Barrier。Cable Backplane 可讓系統保留更多開放空間；Molex 也將 Improved Airflow 列為其 112G Cable Backplane 架構的重要特性。

5. 支援更高資料率演進

目前 Molex Inception Backplane Connector and Cable System 已公開支援 224Gbps，定位於 Hyperscale Data Center 與 AI-HPC Cluster，顯示 Cable Backplane 已從 56G／112G 持續朝下一代 SerDes 發展。

Cable Backplane 可以完全不要 PCB 嗎？

通常不是。

Cable Backplane 不代表整台 Server 裡沒有 Backplane PCB 或其他電路板。

真正的系統可能仍需要 PCB 處理：

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

而把最困難的：

High-Speed Differential Data

轉移到 Cable。

因此實際架構可能是：

Hybrid Backplane = PCB + Connector + High-Speed Cable

而不是完全：

Cable Only

這種混合式設計通常更符合現實，因為不同類型的訊號本來就有不同的最佳傳輸媒介。

Cable Backplane 一定比 PCB Backplane 好嗎？

不一定。

如果 Data Rate 不高、距離短，而且傳統 PCB Backplane 已經能滿足 SI Requirement，那麼 PCB 通常具有：

• 結構單純
• Assembly容易
• Cable Management少
• BOM較集中
• 維修邏輯成熟

等優勢。

Cable Backplane 則會增加：

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

等新問題。

所以真正的 Trade-Off 是：

適合 PCB Backplane	適合 Cable Backplane
Data Rate較低或距離短	Data Rate高且Channel較長
PCB Channel Margin充足	PCB Loss Budget緊張
Layout簡單	高速Lane數非常多
Cost敏感	Low-Loss PCB成本過高
固定架構即可	需要模組化／Layout Flexibility
Airflow問題不明顯	Midplane／Backplane影響Cooling

因此：

Cable Backplane 是高速 System Architecture 的選項，不是所有 Backplane 的自動升級答案。

Cable Backplane 和 Retimer 怎麼搭配？

Cable Backplane 可以降低 Channel Loss，但並不代表一定不需要 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**

系統仍可能需要 Retimer。

所以兩者解決的是不同問題：

Cable Backplane：降低 Physical Channel Loss

Retimer：重新 Recover / Regenerate Signal

最佳架構不一定是：

Cable Backplane vs Retimer

而可能是：

Low-Loss Cable Backplane + 適當位置的 Retimer

依完整 Link Budget 決定。

Cable Backplane 選型要確認哪些項目？

至少應確認：

選型項目	工程重點
Application / Protocol	PCIe、Ethernet或其他SerDes架構
Data Rate / Lane	56G、112G、224G-class等
Lane Count	決定Cable Pair與Connector Density
Cable Length	影響完整Channel Loss
Characteristic Impedance	需符合Target Interface
Insertion Loss	Cable與Connector共同評估
Return Loss	Connector Transition非常重要
Crosstalk	高密度Backplane核心SI指標
Skew	多Lane高速傳輸需控制
Connector Density	決定System I/O Density
Blind Mate需求	影響維修與模組化
Airflow / Cooling	Cable Bundle不可阻礙風道
Mechanical Retention	Cable與Connector需可靠固定
Retimer Requirement	依完整Channel Budget判斷
Serviceability	更換Board時Cable是否容易維護

真正需要驗證的是：

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

完整 Channel。

而不是只確認：

「這條 Cable 支援 112G 或 224G。」

Cable Backplane 核心結論

如果只記住五件事：

第一，Cable Backplane 是使用高速 Cable 與 Connector 取代部分傳統 PCB Backplane 高速資料路徑的系統級互連架構。

第二，它最大的價值不是單純增加 Cable，而是降低長距離高速 PCB 的 Insertion Loss、Routing 與 Material 壓力。

第三，Cable Backplane 和 Flyover 高度相關，但 Flyover 是 Routing Concept，Cable Backplane 則是 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 很常見。

第五，是否採用 Cable Backplane 必須依 Data Rate、Reach、Lane Density、SI、Cooling、Mechanical Design、Serviceability 與 Cost 一起決定。

因此 AI Server 與高速 Data Center Equipment 的真正問題不是：

「PCB Backplane 還是 Cable Backplane 哪個比較先進？」

而是：

在下一代高速 SerDes 下，哪一種架構能用更合理的 Loss、Density、Cooling 與成本完成整個系統？

隨著 Backplane Interconnect 從 56G、112G 持續朝 224G 發展，Cable Backplane 將成為 AI Server、AI Switch、Hyperscale Data Center 與高效能運算設備中值得持續關注的高速互連架構。Molex 現行 224G Inception 系統與 Samtec 112G Cable Backplane 實測，都反映這項技術正在持續往更高速世代發展。

SyncTronics 解决方案

AI Server 與 Data Center 的 Cable Backplane／Internal High-Speed Cable 設計需依 Protocol、Lane Rate、Lane Count、Cable Length、Characteristic Impedance、Insertion Loss、Return Loss、Crosstalk、Connector Density、Mechanical Routing、Retimer 與 Cooling Environment 進行完整評估。SyncTronics 可依 AI Server、GPU、Networking、Switch、PCIe 與 Data Center 專案需求，協助進行高速 Cable Assembly、Twinax、Connector 與客製化電子互連方案的規格確認及 NPI 評估。

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