EP43. 400G高速互連技術解析：共封裝銅纜 (CPC)的挑戰
2026年3月 OFC 展會期間，Open CPX MSA 與 XPO MSA 的成立，標誌著系統廠、光模組廠與機構連接器廠，針對共同封裝光學 (CPO) 技術路線，提出了另一套400G解決方案。面對 CPO 在熱插拔、維護成本與技術封閉性上的限制，共封裝銅纜 (CPC, Co-Packaged Copper) 成為延續模組化與可插拔彈性的核心技術交集。本文旨在探討單通道 400G (448 Gbps) 傳輸速率下的實體層瓶頸，並解析目前 CPC 架構的壓接式 (Socket-based) 技術，以及 Twinax 銅纜與 PCB 基板在超高速傳輸中的工程取捨與物理極限。
1. 背景與 400G 挑戰
1.1. Two MSA的成立
Open CPX MSA(Multi-Source Agreemen,多源協議 ) 旨在制定運算晶片與光電共裝元件之間的電氣與實體封裝介面標準，而 XPO MSA 則專注於定義新型可插拔光學模組的外型與機構規格(請參考: EP38. 解析 3.2T 光通訊實體層技術 ):
對 CPO 的挑戰及 CPC 的技術共性：
挑戰CPO 的動機： CPO 面臨無法熱插拔、維修成本高與技術封閉等限制。系統廠與模組/機構廠發起 XPO 與 Open CPX，旨在 400G 世代延續「可插拔」的維護彈性與「模組化」的開放生態。
核心共通技術 CPC (共封裝銅纜)： 兩大 MSA 皆利用 CPC 克服高速訊號在傳統 PCB 板上的嚴重物理衰減問題，減少對 CPO 方案的依賴。
CPC 的具體應用與效益：
在 XPO 路線： 透過內部銅纜飛線直接連接交換晶片與前面板光模組，跳過 PCB 走線。這大幅提升訊號餘量，實現高密度可插拔設計與低功耗的設計。
在 Open CPX 路線：在同一介面標準下，不僅能以低成本、無 DSP 功耗的被動銅纜 (CPC) 滿足機架內的短距傳輸；亦能直接支援光電引擎 (O/E Engine) 以應對跨機架的長距與高密度互連需求。此一兼具彈性與擴充性的架構，正吸引如 Ciena (原 Nubis)，Marvell 等主攻高密度光學互連的廠商大力推進。
1.2. 單通道 400G (448 Gbps)
Keysight 對高速序列技術 (High-speed serial Technology) 的發展看法，可歸納為以下三個重點(請參考: EP23. 448G SerDes)：
source: Keysight
標準演進週期急遽壓縮 (Standards Compression)
技術世代的交替時間正在顯著縮短。早期的 25Gbps 單通道技術世代延續了約 10 年，50Gbps 約 7 年。但隨著資料吞吐量需求攀升，未來的 400Gbps 與 800Gbps 單通道速率，其研發與標準落地週期預估將大幅壓縮至 3 年以內。
單通道 400G (448 Gbps) 面臨調變架構分水嶺：
在開發單通道 448 Gbps 時，產業界必須面臨實體層調變技術的抉擇:
維持 PAM4： 繼續沿用 PAM4，但符元率需大幅拉高至 224 Gbd，這對通道頻寬 (Channel BW) 要求極高。
轉向 PAM6： 轉換至更高階的 PAM6 調變，將符元率降至 180 Gbd，以緩解高頻訊號在物理通道上的衰減壓力。下方的眼圖即是針對此速率在不同調變下的訊號特徵比較。
source: Kocsis, Amphenol
邁向更高階調變 (PAM6 / PAM8) 的長期藍圖：
受限於物理通道頻寬的極限，Keysight 預估未來的次世代高速介面將不可避免地走向更高階調變。預估在 2028 年單通道達 896 Gbps 時將預期採用 PAM6 調變；而到了 2031 年挑戰單通道 1.7 Tbps (12.8Tbps 總頻寬) 時，則需推進至 PAM8 調變架構。
source: Keysight
現有電氣通道的已知邊界為 120GHz： 資料明確指出，目前產業界所熟知的電氣通道（Electrical channel）效能地圖極限大約落在 120GHz。在圖表上，超過此頻率的區域被標示為充滿未知挑戰的領域(圖中畫的是一隻海怪（Sea Monster）)。
傳輸瓶頸在於「機電組件」而非「純銅纜」： 觀察圖表中的訊號衰減曲線（SDD21），0.5mm 純銅纜線即使在頻率高達 250GHz 時，其訊號衰減依然維持平穩且極低的狀態。然而，當系統加入連接器（如 OSFP-1600 等組件）後，訊號衰減會在接近 100GHz 至 120GHz 區間出現斷崖式的下降（例如圖中的深藍色曲線）。這顯示真正的物理牆在於組件的轉換與連接，而非銅線本身。
突破極限的後續條件： 若要向更高的傳輸速率推進並跨越現有的電氣極限，產業界必須針對新型機電組件（electro-mechanical assemblies）與新材料及傳輸特性進行研究與開發。
總結來說，純銅線材本身的傳輸極限仍有極大餘裕，但以銅為基礎的「整體電氣互連系統」（包含連接器等複雜組件）的實際應用極限，目前被確立在 120GHz 左右。
1.3. Chip to Module
在 IEEE 802.3規範的探討中，Insertion Loss (IL) 的確是決定實體層架構走向的關鍵因素。
source: Kocsis, Amphenol
200G (802.3dj) 面臨的嚴苛 IL 挑戰：
從 IEEE 專案演進來看，由 100G (3ck) 推進至 200G (3dj) 時，調變方式雖維持 PAM-4，但 Nyquist 頻率從 26.56GHz 翻倍驟升至 53.13GHz。在這樣的高頻運作下，Host 端的 Insertion Loss 預算 (die-thru-MDI budget) 被嚴格限制在 28.2dB 左右。傳統 PCB 走線在 53GHz 下的訊號衰減極為劇烈，使得系統設計容錯率大幅降低。
source: Kocsis, Amphenol
PCB 與 Twinax Cable 的 IL 差異：
根據 C2M (Chip-to-Module) 的材料特性模擬，不同等級的 PCB 材料損耗率大約落在 0.8 dB/in、1.0 dB/in 及 1.2 dB/in。相較之下，Twinax Cable (銅纜) 的損耗率僅約 0.35 dB/in。這巨大的損耗差異，迫使系統設計必須重新評估訊號傳遞的路徑。
source: Kocsis, Amphenol
採用 Twinax 架構下的主要 Loss 來源：
系統改用 Twinax cable 來取代長距離的 PCB 走線 (例如圖中所示的 400mm 纜線)，傳輸線本身的衰減問題便能得到緩解。然而，在 200Gb/s 的速率下，系統瓶頸 (bottlenecks) 將明確轉移至兩個轉換節點：
晶片封裝引出段 (Chip package breakout)
涵蓋範圍： 訊號從裸晶 (Die，即圖中的 TP0d) 產出後，途經封裝載板 (Substrate)、BGA 錫球，並沿著極短的 PCB 走線 (如圖示的 25mm) 抵達內部纜線連接器的這段立體路徑。
核心挑戰： 此區段的物理結構極度複雜。在 200Gb/s 產生的高頻訊號下，封裝載板內的極細走線、過孔 (Vias) 以及層疊結構的轉換，會導致頻繁的阻抗不連續 (Impedance Discontinuity) 與訊號反射。此外，高密度的走線設計容易引發嚴重的串擾 (Crosstalk)，使此區段成為整個系統中插入損耗 (Insertion Loss) 最密集的重災區。
Front-panel interfaces (前面板介面)
傳統微型彈片（Traditional Cantilever）是高速可插拔 I/O（如 OSFP 等模組）中非常經典的連接器接觸結構。雖然其具備優良的機械彈性與接觸可靠度，但在推展至單通道 200Gbps 甚至未來的 400Gbps 領域時，會遭遇難以跨越的物理瓶頸。
source: Kocsis, Amphenol
殘樁效應（Stub Effect）
彈片摩擦接觸所留下的懸空尾段（殘樁）會產生高頻諧振。即使殘樁極短（如 0.58 mm），也會在 84 GHz 處產生嚴重的訊號衰減凹谷，這會直接吞噬訊號，使其無法達到 400Gbps 所需的 100 GHz 以上 Nyquist 頻寬。
嚴重串擾 (Crosstalk)
彈片的開放式機械結構無法提供緊密的接地屏蔽。在超高頻環境下，極易產生強烈的電磁輻射與相鄰接腳間的串擾（NEXT/FEXT），導致高階調變（如 PAM-4）所需的訊號雜訊比嚴重惡化。
source: Kocsis, Amphenol
1.4. Current CPC solution
Samtec 的 SI-FLY HD 為共封裝銅纜 (CPC) 概念的早期先驅，Arista Co-Founder Andy也用SI-FLY HD為範例說明(請參考: EP38. 解析 3.2T 光通訊實體層技術 ):
source: ISSCC26, F2.1
但其傳統彈片受制於高頻極限，且交由 OSAT 直接焊接所伴隨的製程破壞風險與高價晶片賠償責任，成為推動此架構難以跨越的技術與商業雙重壁壘。
source: Samtec
Samtec SI-FLY CPC (基於傳統微型彈片) 優缺點比較
SI-FLY 架構將連接器母座直接放置於封裝基板上，跳過 Host PCB 走線，直接以 Twinax 銅纜引出訊號。其內部接觸結構採用傳統微型彈片（Cantilever），其優缺點如下：
優點：
製程成熟與成本效益： 傳統彈片的金屬沖壓與成型技術極為成熟，量產良率高。相較於開發全新的壓縮式接點（Compression contact），其整體物料與製造成本顯著較低。
接觸可靠度： 彈片設計具備物理導程（Wipe）與較大的機械公差容忍度。在插拔過程中能有效刮除金屬表面的氧化層或微小髒污，確保接觸電阻的長期穩定性。
測試與導入門檻低： 此架構符合現有系統廠與測試廠的電氣測試邏輯，無需引進複雜的測試設備，供應鏈的技術轉換成本較低
缺點：
高頻訊號完整性瓶頸：傳統彈片摩擦接觸必然產生殘樁（Stub），在推進至單通道 400Gbps（Nyquist 頻率約 100GHz 以上）時，極易發生高頻諧振下陷（Suckout）。
串擾（Crosstalk）控制極限： 傳統彈片陣列為開放式機械結構，無法實現良好的接地遮蔽。在超高密度與高頻運作下，近端/遠端串擾（NEXT/FEXT）的惡化將成為提升傳輸速率的最大物理限制。
Connector on Substrate 製程責任歸屬
將連接器交由半導體封測廠（OSAT）直接焊接於封裝基板上的議題，重點總結如下：
製造與物理缺點：
熱應力破壞： 大型基板二次回焊（Reflow）的高溫極易引發翹曲，可能破壞已封裝的高價 ASIC 微凸塊或導致基板分層
機械強度不足： 封裝基板無法承受系統廠組裝或客戶插拔線纜時的強大機械外力，極易造成連接器剝離或內部微裂紋。
良率風險極高： 連接器的微小瑕疵或焊接偏移，將導致整顆價值不斐的 ASIC 模組直接報廢。
責任歸屬與商業困境：
權責難釐清： 若發生插拔損壞或接觸不良，難以界定是 OSAT 表面黏著（SMT）製程瑕疵，還是後端組裝/使用不當所致。
商業風險不對等： OSAT 的商業模型難以承擔低價機械元件損壞所引發的高價矽晶片連帶賠償責任。這成為推動 CPC 供應鏈整合的最大阻礙
2. Socket-based 解決方案
Amphenol、TE Connectivity 與 Luxshare 所提出的 Socket 型（或稱壓接式, Compression contact）CPC 解決方案，其核心設計理念正是為了避開將連接器直接焊接（SMT）於封裝基板上所帶來的諸多挑戰。這種採用類似 CPU Socket 的機械鎖固與彈片下壓接觸方式，在產業實務上具備明確的優缺點：
source: DCON26
優點：
免除製造風險與釐清責任： 避開了二次回焊的高溫破壞風險，明確切割了 OSAT (負責晶片封裝) 與系統廠 (負責連接器組裝) 的責任歸屬。
維護彈性極佳： 具備熱插拔般的便利性，損壞時只需鬆開螺絲替換線纜，無須報廢整顆昂貴的 ASIC 模組。
訊號純粹： 省去傳統過孔與錫球，有助於維持高頻訊號的完整性。
缺點：
機械應力破壞： 需施加龐大的下壓力來維持電氣接觸，極易壓裂脆弱的封裝載板或破壞晶片底部的微凸塊
空間佔用大： 龐大的金屬鎖固框架與結構件佔據過多面積，難以實現極致的高密度通道引出。
長期可靠度隱患： 在長期運作的熱脹冷縮或微震動下，純機械壓接容易發生接觸衰退或磨損，影響超高頻訊號的穩定度
針對免焊壓接式的 CPC (Socket-based CPC) 架構，目前產業主要分為「金屬微型樑接觸」與「導電彈性體接觸」兩大技術路線。兩者皆需透過外部鎖固機構施加下壓力來維持電氣導通，但其物理機制與工程取捨截然不同：
source: TE, DCON26
Metal-Beam Contacts(金屬微型樑接觸 )
運作機制： 透過微型金屬彈片或探針的物理形變，刺穿或刮開金屬焊盤表面的氧化層以建立連接。
核心優勢(主打「機械可靠度」)： 金屬結構的抗疲勞性極佳，支援高次數的重複插拔，且在長期的微震動與溫度循環下，接觸阻抗表現極為穩定。
主要劣勢： 需要極巨大的總下壓力才能確保數千個接點同時穩定導通。這會對下方脆弱的 ASIC 封裝載板構成極高的壓裂風險，因此必須配備極度厚重、堅硬的金屬強化框架來抵抗變形。此外，實體金屬接腳在超高頻下容易衍生微小的寄生電感問題。
Conductive Elastomer Contacts(導電彈性體接觸)
運作機制： 將導電微粒或細絲垂直植入柔軟的高分子彈性體（如特殊矽膠）中，只需輕微壓縮即可讓內部金屬連通。
核心優勢 (主打「低應力與高頻效能」)： 所需的下壓力大幅降低，極大地緩解了對高價封裝載板的物理破壞風險。同時，因其垂直導電路徑極短，幾乎完全消除了殘樁效應 (Stub effect; Zero Stub)，在高頻訊號完整性 (SI) 上具備絕對優勢
主要劣勢： 高分子彈性材料在伺服器長期高溫與持續受壓的環境下，容易發生材料老化與「永久壓縮變形 (Compression Set)」。其插拔壽命與長期的物理耐久性明顯不如金屬彈片
在導入 Socket CPC 時，系統設計者必須面臨抉擇：若首重系統的「超長插拔壽命與機械穩定度」，通常會選擇金屬接觸；若首重「保護封裝基板安全並追求極致的超高頻訊號表現」，則會傾向導電彈性體方案。
2.1. Metal Beam(金屬微型樑)
Metal-Beam壓接式 Socket 架構追求極致高頻效能，針對此架構的電氣優勢與機構劣勢，說明如下:
電氣效能優勢 (Signal Integrity)
source: TE, DCON26
極小殘樁 (Near Zero Stub) 改善插入損耗 (IL)：
壓接式設計讓金屬接腳能以極短的垂直物理路徑直接接觸基板焊盤，幾乎消除了傳統彈片摩擦接觸所產生的懸空尾段。這種近乎零殘樁的結構能有效避免高頻諧振下陷 (Suckout)，顯著改善高頻傳輸時的插入損耗。
高密度接地遮蔽 (GND Shielding) 抑制串擾 (XT)：
為了應對 400G 級別的高速傳輸，設計上針對每一對差分訊號 (Differential Pair) 導入了極高比例的接地接腳。
以 12 接點結構為例，系統會將 2 個正負訊號接腳 (Sig+, Sig-) 包覆於 10 個接地接腳 (GND) 之中。這種 360 度環繞的陣列形成了一個微型的「法拉第籠 (Faraday Cage)」，能有效圍堵電磁輻射外洩，將相鄰通道間的近端與遠端串擾 (NEXT/FEXT) 降至最低。
機構設計劣勢與挑戰 (Mechanical Drawbacks)
source: TE, DCON26
龐大的下壓力需求 (Massive Compression Force)：
為了刺穿金屬表面的氧化層並維持穩定接觸，單一金屬接點通常需要 15 至 25 克的壓縮正向力。1對差分信號有12個金屬接點(2: Signals; 10: GND)。
當累積至系統層級時，這股力量極為驚人：一個 64 對訊號的連接器需承受超過 19 公斤(= 64x12x25克)的壓力；
若一顆高階 ASIC 周圍佈置 16 個此類連接器，整體系統需施加高達 307 公斤(=16x19.2) 的總下壓力。這要求系統必須配備極度堅固的恆力壓縮硬體框架 (Compression hardware)，否則極易壓毀下方基板。
微小工作行程 (Limited Vertical Working Range) 與翹曲 (Warpage) 對抗能力差
在如 0.6 x 0.6 mm 腳距的高密度設計中，微型金屬彈片的物理彈性空間極度受限。上下兩側與基板的接觸面，通常各自僅擁有約 35 µm 的垂直彈性工作行程 (總計 70 µm)。
這意味著系統對 PCB、封裝載板與連接器本身的「平整度 (Flatness)」要求極其嚴苛。一旦高階載板在運作高溫下發生微小的熱翹曲 (Thermal Warpage) 超過此幾十微米的容許值，接腳就會立刻懸空斷路，造成系統失效。
2.2. Elastomer Interposer
Elastomer-based CPC 架構解析(以Luxshare為例)
source: Luxshare, DCON26
底部載板佈局與銅纜引出
無須二次回焊： 封裝載板表面僅需設計對應的訊號與接地金屬焊盤 (Pads)，完全排除了傳統 SMT 製程的二次高溫回焊風險。
高密度引出與接地佈局： 載板上不僅只需 3 到 4 層訊號層即可完成 64 對差分訊號的 Fan-out，更重要的是，其焊盤設計包含了高密度的接地陣列 (GND Pattern)，這為後續的電磁遮蔽奠定了實體基礎。
彈性體中介層 (Elastomer Interposer)
達成「零殘樁 (Zero Stub)」： 訊號從載板垂直穿過彈性體直達連接器，路徑極短且完全沒有傳統彈片的懸空金屬尾段，徹底消除了高頻諧振下陷 (Suckout) 所導致的訊號衰減
形成「法拉第籠 (Faraday Cage)」極致降低串擾 (XT)：彈性體的特性是「受壓處垂直導通」。當配合載板上環繞在差分訊號 (Diff Pair) 四周的接地陣列時，彈性體內部會形成一圈密集的垂直接地導通柱。這等於在微觀層面上，為每一對高速訊號建構了一個完美的法拉第籠，有效阻絕電磁輻射外洩，將相鄰通道間的串擾 (NEXT/FEXT) 壓制到最低
source: Luxshare, DCON26
剛性接觸連接器 (Rigid Contacts Connector)
消滅斷針風險： 連接器端子採用無彈性的剛性接觸點 (Rigid contacts)。因為「彈性 (Compliance)」已全交由下方的 Elastomer 承擔，此設計徹底排除了傳統微型金屬接腳在插拔時容易彎折 (Bent pin) 的致命隱患，確保長期的物理可靠度。
外部下壓力機構 (Need extra force for contact)
恆力壓縮與對抗翹曲 (Warpage Control)：導電彈性體必須處於受壓狀態（約 10%~20% 形變）才能建立穩定的內部金屬連通。因此，系統必須配備金屬頂蓋與壓縮框架來施加正向力。同時，這組施力機構也能將大型封裝載板（如 110x110mm）牢牢壓平，有效克服高階載板在高溫運作下必然發生的熱翹曲問題。
source: Luxshare, DCON26
Elastomer Interposer的組成與製作流程
核心材料介紹:
製作流程簡介:
此中介層的製造過程是透過特製模具與變化的磁場來達成，具體可分為四個關鍵階段：
source: Luxshare, DCON26
無序的液態均勻混合 (Mixing)：首先將微型金鎳球均勻攪拌至尚未固化的黏稠液態矽膠中。此時微球處於隨機散佈的無序狀態，彼此隔離，整體系統完全不導電
磁場引導對位 (Magnetic Alignment)： 將含有微球的液態矽膠置入具備精密對位（如對應 1.9mm x 1.7mm PCB 焊墊間距）的特製模具中。啟動垂直磁場後，微型球的鎳核心受磁力線引導，迅速向磁場最強的節點聚集，形成高密度的微球垂直柱體。
高溫固化定型 (Curing)： 在磁場維持開啟以保持金屬球站立排隊的狀態下，透過熱能或紫外線觸發化學交聯反應。液態矽膠會瞬間固化為具備優異回彈性的固態橡膠，將動態的微球陣列強制鎖定定型。
解除磁場與物理脫模： 脫模後，導電柱被永遠凍結在固態矽膠內部。由於矽膠本身是極佳的絕緣體，相鄰的導電柱之間自然形成了物理屏障，進而實現完美的各向異性導電 (Anisotropic conductivity)。
2.3. 比較
針對 Metal Beam（金屬微型樑）與 Elastomer Interposer（導電彈性體中介層）這兩種 Z 軸垂直互連架構，以下進行客觀的工程特性與優劣勢比較：
金屬微型樑 (Metal Beam)：主打「可靠、耐用、高 CP 值」
優勢：機械壽命長、允許在現場重複插拔維護、製造成本較低，且高頻訊號表現已能滿足多數需求。
劣勢：金屬的剛性結構難以克服高階巨型晶片嚴重的「熱翹曲 (Warpage)」，且仍有微小殘樁(影響高頻信號)。
導電彈性體 (Elastomer)：主打「極致高頻、完美貼合翹曲」
優勢：實現真正的「零殘樁」，提供頂級的超高頻訊號完整性；柔軟材質能完美吸收並補償基板的翹曲變形。
劣勢：長期高溫受壓下有材料老化與彈性疲乏的風險、通常為「一次性使用（拆卸即需更換新品）」，且成本極高。
共通挑戰：
無論選哪一種，系統設計都必須嚴格控管載板與 PCB 的平整度，並配備強大且施力均勻的恆力壓縮硬體 (下壓機構)。
3. 傳輸介質比較：Cable vs. PCB
關於 400Gbps/lane 的兩種實體層傳輸解決方案，重點總結如下：
高階 PCB (如 NVIDIA Rubin 採用 M9)：
優勢： 完全相容現有自動化量產製程，內部無懸空線纜，散熱風道乾淨，機構穩定度高。
劣勢： 頂級 PCB 板材成本極高，物理傳輸距離受限，且常需加裝重定時器 (Retimer) 導致功耗與延遲上升
Twinax 銅纜飛線 (CPC 架構)：
優勢： 訊號損耗極低（支援更長傳輸距離），可大幅降低主機板板材成本，並減少對 Retimer 的依賴以降低系統功耗。
劣勢： 組裝高度仰賴人工（自動化困難），大量線纜會嚴重阻礙機箱散熱氣流，且對高價晶片封裝載板帶來長期的機械拉扯風險。
3.1. Twinax 銅纜
針對 Twinax 銅纜的設計與材料特性，說明如下：
設計類型 (Design Types) 與訊號均勻性 (Homogeneity)
對於高速差分訊號而言，實體結構的幾何均勻性極為重要:
source: Luxshare, DCON26
傳統雙軸 (Conventional Twinax)： 具備最簡單的設計與製造流程，但在超高頻傳輸下，其內部結構的均勻度較難維持最佳狀態
獨立絕緣緊密耦合 (Tightly Coupled with discrete insulation)： 同樣具備低損耗、優良模式轉換與低歪斜特性，且能良好控制製造變異，並實現較小的線纜外徑 (Small OD)。此類高度對稱與緊密的設計，確保了差分對訊號在傳輸介質中的均勻性。
單一擠出成型 (Single Extrusion)： 能夠提供低損耗 (Low loss)、改善模式轉換 (Mode conversion) 並降低訊號歪斜 (Skew)，但其製造變異 (Manufacturing variation) 較難以控制。
材料組成 (Materials)：
Twinax 銅纜在追求訊號完整性 (Signal Integrity) 的設計上，其核心材料組成可分為以下五個關鍵結構：
source: Luxshare, DCON26
導體 (Conductors)： 主要採用鍍銀銅 (Silver Plated Copper)。工程師需在傳輸損耗 (Loss) 與線纜尺寸 (AWG size) 之間進行權衡與取捨
絕緣層 (Insulation)： 包含主絕緣與次絕緣結構。材料的介電常數 (DK) 與介電損耗 (DF) 會直接決定線纜的實體尺寸與高頻插入損耗表現；此外，材料需具備良好的耐高溫特性
遮蔽層 (Shield)： 採用鋁 (Aluminum) 或銅 (Copper) 材質，用以包覆內部結構，阻絕外部電磁干擾並防止內部訊號輻射外洩。
接地結構 (Drain wires or drainless)： 設計上分為兩種路線。一種是配置實體接地裸線 (Drain Wire) 以方便終端加工焊接；另一種則是無接地裸線 (Drainless) 設計，藉此提升內部介質的物理對稱性，進一步優化超高頻段的訊號完整性。
外被 / 護套 (Jacket)： 最外層通常採用螺旋纏繞膠帶 (Helically applied tape) 構成，其主要目的是維持線纜彎折或佈線時的結構穩定，確保訊號完整性的一致性與長期的物理可靠度。
螺旋包覆設計問題 (Wrapping Issue：Suck-out Effect)
為了維持訊號完整性的一致性與可靠度，Twinax 最外層通常會使用膠帶進行螺旋狀包覆 (Normally helically applied tape)。 然而，這種螺旋包覆結構會帶來特定的物理現象：
source: Luxshare, DCON26
諧振下陷 (Insertion loss suck-out)： 螺旋膠帶的邊緣會造成微小的阻抗漣波 (Impedance ripple)，導致在特定頻率點發生插入損耗急遽惡化的現象。
發生位置與公式： 該下陷頻率 (F) 取決於兩個參數：膠帶螺旋包覆的間距( L) 以及絕緣系統的複合介電常數 (Composite Dk, 符號為 Er)。計算公式為 F = c / (2 * L * √ϵr)，其中 c 為光速 (2.9979 * 108m/s)。
設計應對： 為了確保訊號品質，必須將此諧振點推遲至工作頻段之外。例如在 224G CPC/NPC 銅纜中，Suck-out 被推遲至 80GHz；而在 448G 銅纜中，則被推遲至約 120GHz。
3.2. CCL(銅箔基板)
CCL（Copper Clad Laminate，銅箔基板）是製造印刷電路板（PCB）的核心基礎材料，在 AI 伺服器與高頻高速運算設備中扮演關鍵的硬體載體角色。
從物理結構來看，CCL 類似於「夾心餅乾」，主要由以下三大核心材料構成：
核心組成結構與功能
外層導電層：銅箔（Copper Foil）
如同夾心餅乾的外層，負責提供優異的導電性能，是後續 PCB 製程中用來蝕刻出電子線路（Trace）的金屬層。
絕緣填充層：樹脂系統（Resin System）
由樹脂（Resin）、硬化劑（Hardener）與促進劑（Accelerator）等化學物質調配而成。其主要功能是作為層與層之間的黏著劑，並確保基板具備足夠的電氣絕緣性與耐熱性
骨架增強層：玻璃纖維布（Glass Fabric）
包覆於樹脂之中，作為基材的骨幹。主要負責提升整體的機械強度，並維持基板的尺寸穩定性（Dimensional Stability），防止其在高溫製程或環境中發生嚴重的翹曲與變形
CCL (銅箔基板) 的訊號損耗 (Loss) 分析
Low Dk 與 Low Df 的連動關係
數學上： 如果ϵ”固定, Dk 變小確實會讓Df變大(Df = tan σ = ϵ”/ ϵ’ = ϵ”/Dk)
物理上：材料的ϵ’ (Dk)與ϵ”損耗通常是綑綁在一起的。 Dk越小的材料，通常化學性質越穩定、極性越低，因此其ϵ”損耗極低，最終導致Df也隨之變小
所以，在挑選高速板材時，會發現 “Low Dk / Low Df “ 總是成雙成對出現，這也是設計高速系統選板材的原則:
Resin Loss (樹脂介電損耗機制)
source: DCON24
當高頻電氣訊號通過 PCB 時，外部電場會導致絕緣體內的分子或原子發生重新排列與極性反轉。
在這個極性反轉的過程中，分子為了克服彼此之間的阻力會產生熱能，這就是介電損耗 (Dielectric Loss) 的主要物理來源。
採用對稱且無極性的材料（如 PTFE / 聚四氟乙烯），能大幅減少這種分子間的「摩擦」損耗，其 Df 值在 10GHz 下可達到極端的 0.0001。
source: DCON24
Fabric (玻璃纖維布) 的分類與選擇
source: DCON24
為了達成整體的低損耗，骨幹材料也必須朝向更低的 Dk 與 Df 演進。
在 56G/112G 世代廣泛使用的 E-glass 與 Low Dk glass，到了 224/448G 世代必須轉向使用 L2-glass 或 Q-glass (石英玻璃纖維)。
Q-glass 具備極低的 Dk 與 Df，但目前面臨大量量產、來源受限且成本極高的挑戰。
Copper Foil Roughness (銅箔粗糙度與肌膚效應)
source: DCON24
導體的物理損耗與高頻下的「肌膚效應 (Skin-Depth)」密切相關
隨著訊號頻率飆升，電流會極度集中在銅箔表面，例如在 53GHz 時，Skin Depth 僅剩下微小的 0.282um
為了避免銅箔表面的粗糙起伏大於這個深度而導致訊號路徑變長與嚴重衰減，業界必須將銅箔從傳統的 RTF，一路升級到極低輪廓的 HVLP3，甚至是 Rz 小於等於 0.5um 的 HVLP4 等級
M9 等級 CCL 的極致材料組合
針對448G的極端應用，頂級的 CCL（如 M9 等級）必須集結最頂尖的材料。
這意味著它將採用：提供極限訊號完整性的 PTFE 樹脂、具備極低 Dk/Df 的 Q-glass 玻璃纖維布，以及表面極度平滑的 HVLP4 或 HVLP5 銅箔。
M9 等級的嚴苛製程挑戰
雖然 PTFE 具備極致的電氣性能，但它屬於熱塑型 (thermoplastic) 材料，也就是俗稱的「鐵氟龍」，擁有極差的附著力（不沾鍋特性），這使得它在多層板生產中極度困難。
當這種「完全不黏」的樹脂，遇上了粗糙度 Rz 極小（如小於 0.5um）的 HVLP4/5 超平滑銅箔時，物理上的「抓地力」或錨定效應幾乎喪失。
這兩者的組合會導致嚴重的剝離強度 (Peel Strength) 不足，成為製造頂級高頻板材時最需要克服的製程瓶頸。
3.3. 比較
關於面對 400G 傳輸挑戰的兩種實體層技術，重點總結如下：
M9 CCL (頂規 PCB)：主打「短距極限微縮」
特點： 採用最頂尖材料配方（PTFE、石英玻璃纖維、超平滑銅箔）將 PCB 效能逼至物理極限，以克服高頻下的介電損耗與集膚效應。
致命傷： PCB先天受限於半開放波導(平行板結構)與導通孔 (Via)，長距離傳輸容易產生嚴重串擾與訊號反射。
Twinax (雙軸銅纜)：主打「長距純淨飛線 (Flyover)」
特點： 封閉式的金屬屏蔽結構，實現完美的「零串擾」；內部無玻璃纖維干擾，且點對點直達（不經過 Via），從物理面徹底解決了 PCB 的痛點。
4. 結論
在邁向單通道 400G 的進程中，傳統 PCB 走線面臨嚴峻的插入損耗、高頻串擾以及集膚效應等物理挑戰。儘管透過導入頂級的 M9 等級材料 (結合 PTFE 樹脂、石英玻璃纖維與極低輪廓銅箔) 能夠進一步延伸 PCB 的效能極限，但其高昂的製造成本與多層板製程難度，促使產業界加速尋求替代方案。
基於 Twinax 銅纜的 CPC 架構，憑藉其優異的封閉式屏蔽與低衰減特性，提供了一種繞過 PCB 物理限制的有效長距飛線 (Flyover) 路徑。在 CPC 的連接介面實作上，免焊壓接式 (Socket-based) 設計已成為解決供應鏈責任與良率風險的主流，系統設計者必須依據應用需求，在金屬微型樑(Metal Beam)的機械穩定度與導電彈性體(Elastomer)的高頻訊號完整性之間進行精確的工程評估。整體而言，CPC 技術將在 400G 及未來的超高速光電互連發展中扮演不可或缺的橋樑角色。
[Reference]
Kocsis, Amphenol, “Considerations for Electrical Interfaces Beyond 200Gb/s per lane“, IEEE 802.3 NEA Ad hoc
Luxshare, DCON26_SLIDES_Track07_Tutorial Enabling224G448GCo-PackagedCopperArchitectures_252_155
DCON26_SLIDES_Track03_448GIsCopperStillaViableSolutionforIn-chassisConnections_241_206
Samtec, 7685 - Empowering Scale-Up and Scale-Out Networking with Samtec CPX Architecture CPC-CPO.pdf
TE, DCON26_SLIDES_Track13_Near-ChipCopackagedCopperCopackagedOpticsInterconnects_58_165