隨著新一代伺服器的演進，模組化與標準化已是必然的趨勢。模組化伺服器中的板卡(Blade)必須透過高速的背板(Backplane)互連才能滿足日益複雜的數據與通訊的需求，然而有許多因素影響著廠商採用標準硬體通訊協定和互連規格的意願，包括開發費用、設備可用度、整合容易度，甚至與供應廠商結盟的能力...
隨著新一代伺服器的演進，模組化與標準化已是必然的趨勢。模組化伺服器中的板卡(Blade)必須透過高速的背板(Backplane)互連才能滿足日益複雜的數據與通訊的需求，然而有許多因素影響著廠商採用標準硬體通訊協定和互連規格的意願，包括開發費用、設備可用度、整合容易度，甚至與供應廠商結盟的能力。
本文將討論影響這些通訊協定與互連的基礎，以及介紹兩個被市場快速採用的互連通訊協定─第三代輸出入架構PCI Express與先進交換(Advanced Switching)互連。
首先，本文將從背板互連的特性談起。背板(通常是被動式)是位於機殼內的互連裝置，容許各種插卡與電路板插在插槽上。雖然被動式的背板在設計上可能需要使用電阻，但卻不會增加電路的處理負擔。在大部分的情況下，背板上會保留1至2個插槽給交換卡(Switch Card)，作為背板的基礎架構或邏輯層之用。
標準的19"機箱中的背板通訊協定使用常見的FR4材質，可跑完背板的走線長度加上到面板部分距離，並橫跨2個2～40Gbps集成線路卡的連接器。在此速度下，串列傳輸是唯一可行的方法，另外需要譯碼機制解決封包或細胞傳輸與內頻調節(in-band control)。很重要的是系統集成能力將決定背板線的數量和每條線所需的資料傳輸速度。背板邏輯上會包含一條交換光纖供各層級的互連，系統能力在這裡就是線卡速度的總合，並與交換光纖的效能直接相關(相對的，光纖效能大致上由連接埠的數量和速度決定)。其他還需考慮資料的完整性、由熱力引發的發送器位元錯誤率(bit-error-rate)的彈性、錯誤偵測與回復。
當選擇背板互連(Backplane Interconnects)的通訊協定時，必須考量系統的設計要件，首先是傳輸的流量特性。解決處理系統中不同元件的分享與移動，也就是背板互連與其它元件互相搭配，是所有資料傳輸服務必須面對的挑戰。在多重處理的情況下，資料更必須在應用、工作或暫存器間盡其可能地無縫轉移，此外，網路流量最好以資料串流形式傳輸。在高效運算的區域，也須考慮CPU網域之間或CPU與所存取的遠端物件間的抽象化程度。如果加上直接存取暫存器，那麼橫跨訊息傳輸或是網路通訊協定間的存取傳輸才有可能完成，不過卻會增加負載量，有了網路資料的傳輸，資料傳輸的特質就能和直接應用其上的通訊協定相符。
總之，系統內處理功能如何緊密耦合可以決定出特殊背板互連解決方案，如先進交換就適用於中度耦合(medium-coupled)的多重網域，資料在同一應用內的處理程序間進行傳遞，網域獨立與擴充性是需要的。而PCI Express則是另種通訊協定選擇，用於階層式中度耦合的應用，並不需網域獨立。
網路服務品質(QoS)是背板互連的重要特色。QoS主要的內涵就是符合跨系統流量傳輸所需的界定延遲(bounded latency)、訊號抖動、輸出效能和捨棄率(discard rate)。另外，QoS也通常指網路服務品質(或分級服務)的差異化，為一種特意控制的系統資源分配方式，在預定的負載下，提供各種流量串所使用的QoS服務。
接近網路核心的交換器或路由器架構通常設計更高的線路速度，還需要備援單元(如包含可用度的服務水準保證)和更多的處理功能分布來擴充系統效能，另外也需具備支援不同網路協定的能力。為了提昇效能與QoS(包括QoS差異化)，交換器和路由器的背板互聯技術長久以來一直使用特殊的通訊協定，通常是以封包喚醒(packet-aware)，元件式(cell-based)的運算法傳輸串流。不過諸如先進交換等開放互連標準出現後，不但提供同樣的功能，更帶來標準晶片化的好處。
在過去，交換系統必須仰仗寬頻、平行匯流排和專屬的交換架構，不過在交換器物件間，使用高速串列連結的交換器逐漸取代平行架構(圖1)。雖然仍有許多協定和運算法在交換系統或晶片上使用專利技術，但在不久的將來，標準串列交換技術一定會成長迅速，目前最可能為大眾接受的2種協定是PCI Express與先進交換架構(圖2)。
PCI Express架構是一種開放標準，滿足現在、未來運算和通訊產業發展中多樣的系統互連需求。該架構擁有彈性化、擴充性強、高速的串列互連，可和PCI架構軟體相容，但效能和功能遠超過PCI架構，例如有「熱插入」的功能。
在運算產業中，PCI Express架構已經有大批忠實的追隨者，例如，包括FPGA開發商等主要IP核心廠商，已在晶片設計中納入許多具有PCI Express架構的IP核心，主要的IP認證供應商也提供PCI Express架構的認證碼和工具給設計師。開發工具與測試設備的領導廠商在產品中支援PCI Express的架構，晶圓廠更在製程中納入PCI Express的架構。ASIC和FPGA裝置的製造廠在設計中結合PCI Express技術，乙太網路、儲存和I/O處理器、交換器、橋接器的製造商也開發相關架構的元件。由於晶片廠商利用運算產業的基礎產品和服務開發通訊業者所需產品，PCI Express同樣也在此受到重用。Intel與IDT兩個晶片廠是支援PCI Express的主要大廠。
根據PCI Express架構所設計的先進交換標準，是處理器對處理器以及處理器對I/O裝置互連的先進技術，發展很迅速，已受到IDT等多家晶片廠商重視。先進交換標準遠超越PCI Express技術核心，增加了資料交易層(transaction-layer)的功能，可執行彈性化的協定封裝、對等式傳輸、動態重新設定、多址傳送等等。先進交換標準由先進交換互連特別小組(ASI-SIG)推動與支援，參與廠商包括Agere Systems、Alcatel、Huawei Technologies、Intel Corpo-ration、Siemens Information and Communi-cation Net-works、Vitesse與Xilinx等。
由於運算與通訊產品有逐漸融合的趨勢，共同I/O互連介面的需求越來越迫切，廠商耗費無數的資源開發昂貴、客制化的ASICs，希望能與整個大環境互通共存，業界也同時面臨降低產品上市時間和降低研發費用的巨大壓力，所以廠商急需現成的標準元件，讓他們可滿足融合架構的技術需求，提供激烈競爭的通訊產業所需求的低成本產品。
由於產業間開始整合，這時需檢驗所有技術，能否符合代理商與開發商技術與業務需求，才能選擇最完美的互連標準。先進交換互連架構是唯一能符合需求的技術，提供晶片對晶片的連結和通訊光纖設計最佳的效能，同時也是多點、平行的交換互連標準，可進行任何協定封裝、多重訊息傳輸機制、含括壅塞管理和延伸性高可用度的QoS等。先進交換和PCI Express架構使用同樣的實體與資料連結層，因此能直接利用PCI Express龐大的產業系統，開始在2004年主導市場發展。
先進交換架構的標準化為運算與通訊產業帶來無限的利益，這是現有的PCI規格、任何的特殊解決方案或技術無法達到的。先進交換提供PCI的透明度、強大的可擴充性與彈性，促進AS技術、功能的進步以及新系統的發展，不像其它現有技術，先進交換讓設計人員保留技術發展過程中新開發的功能、特色和利益，讓後端開發者重新使用及降低成本。最後，廠商將有更多的時間與資源投入產品差異化的研發。