IFOC 2020 | 安立通訊趙雁飛：探索數(shù)據(jù)中心高速互聯(lián)和信號測試新方式

  ICC訊（編輯：Aiur） 9月8日，在“第19屆訊石光纖通訊市場暨技術(shù)專題研討會”上，業(yè)界領(lǐng)先的光通信測試與測量解決方案提供商日本安立公司(Anritsu)專家、業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理趙雁飛發(fā)表《城域數(shù)據(jù)中心互連和高速互連模塊的測試》報告，針對城域數(shù)據(jù)中心互連方案的選擇，以及數(shù)據(jù)中心各種互連模塊的測試選擇兩個角度，來探討數(shù)據(jù)中心未來的發(fā)展。

  從數(shù)據(jù)通信的整體情況來看，隨著數(shù)據(jù)增長快速提升，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接技術(shù)正在向更高速演進，數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)(DCI)也因流量的劇增產(chǎn)生新的需求。Anritsu公司除了可以提供先進的高速誤碼儀、光電矢網(wǎng)、示波器和網(wǎng)絡(luò)測試儀用于數(shù)據(jù)中心模塊以及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)測試外，同時，Anritsu公司還是一家光器件供應(yīng)商，可以提供泵浦激光器、增益芯片、SOA和放大器等光電子器件。基于安立公司高速測試技術(shù)和光電器件技術(shù)的豐富積累，并從推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度，趙雁飛分享了Anritsu對數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的思考。

  城域數(shù)據(jù)中心互連

  在城域數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方面， 隨著各大互聯(lián)網(wǎng)公司在數(shù)據(jù)中心開放性架構(gòu)方面做出了很多探索，以及傳統(tǒng)設(shè)備提供商或模塊提供商開始進入DCI互連市場，光模塊面臨相干模塊和長距直調(diào)模塊的選擇。

  目前，城域內(nèi)的數(shù)據(jù)中心選址半徑以40km和80km為主。如果傳輸距離在40km以內(nèi)，100G-ER4模塊是更好的選擇，這類模塊已在運營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獲得大規(guī)模部署。如果傳輸距離超過40Km, 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署就需要使用相干模塊，但是相干技術(shù)的采用很大程度將帶來更高的成本。

  40km傳輸距離場景主要采用兩類100G ER4模塊，一是基于SOA(Semiconductor Optical Amplifier) 的CFP2；二是基于APD的ER4-Lite。趙雁飛認為，100G ER4-Lite和100G CFP2-ER4皆存在各自的問題，例如CFP2模塊成本高和體積大，而ER4-Lite要實現(xiàn)40km傳輸需要滿足諸多條件，包括FEC要求、鏈路預(yù)算，應(yīng)用有一定的限制。但是，如果能將SoA集成到QSFP28封裝的100G光模塊里，那和ER4-Lite的對比就是成本與距離的平衡問題。

  80km傳輸距離場景，已經(jīng)有相關(guān)廠商開發(fā)出基于SOA的100GE QSFP28 ZR4(FEC) 模塊，可以支持點到點80km傳輸，可以比較好地滿足包括數(shù)據(jù)中心互連(DCI)在內(nèi)的城域互連。與相干模塊相比，后者需要運用高階調(diào)制、復(fù)雜的相干檢測以及糾正色散所需要的DSP芯片。如果能滿足80km傳輸要求，那基于SOA的100GE QSFP28 ZR4將是一個很有競爭力的選擇，而它實現(xiàn)的關(guān)鍵就是實現(xiàn)SOA COC的開放和耦合。

  趙雁飛表示，SOA 不但可以用于NRZ，也可以用于PAM4的模塊，Anritsu通過發(fā)揮自身在光器件領(lǐng)域的技術(shù)研究，提供SOA模塊或SOA COC給到客戶使用。結(jié)合自身測試方案，搭載SOA的NRZ信號在背靠背的條件下(速率：25.781Gbit/s，輸入功率：-21dBm),Mask margin可達16%，E.R.為9.5dB。PAM4的信號在背靠背的條件下(調(diào)制速率：53.125Gbit/s，輸入功率：-22dBm) ，TDECQ可達2.7dB。

  高速互連模塊的測試

  光模塊、有源光纜(AOC)和有源電纜(DAC)是數(shù)據(jù)中心連接主要選擇。傳輸速率上升會同步提高測試的復(fù)雜度，如何從測試的角度來提升互連模塊生態(tài)更好發(fā)展，需要在規(guī)范制定上考慮。超100G后的模塊將步入PAM4時代，預(yù)計100G單通道數(shù)量將未來10年達到10億個。

  400G會是下一代演進節(jié)點，而在數(shù)據(jù)中心各類400G光模塊中，400G DR4模塊被認為將是一款典型的大批量產(chǎn)品。400G DR4 PAM4測試架構(gòu)分為53Gbaud 4通道電接口、驅(qū)動輸出和光輸入電接口以及400GBASE-DR4光接口。部分因素還導(dǎo)致400G DR4發(fā)射端PAM4測試成本的增加。

  一是時鐘恢復(fù)，53GBaud PHY 由于高速信號處理的方式問題，采用基于DSP的Re-timer,觸發(fā)信號(PPG輸出觸發(fā)信號)和數(shù)據(jù)信號(DSP之后的數(shù)據(jù)信號)之間同步機制存在一定的限制，傳統(tǒng)的誤碼儀給到示波器信號進行觸發(fā)的方式不能工作。因此，400G DR4 PAM4在眼圖測試時，就需要用到時鐘恢復(fù)從光信號提取時鐘。

  二是測試時間，TDECQ的計算采用DSP的方式進行處理，相比于NRZ的信號，還需要加均衡(Equalizer)進行處理，均衡階數(shù)的多少會影響到產(chǎn)線的測試速度，因此需要一個平衡，400G光接口發(fā)端的均衡階數(shù)為5(IEEE定義)。

  針對400G DR4測試，Anritsu解決方案是降低設(shè)備的成本，提高測試效率。方案中使用高帶寬的采樣示波器MP2110A，該儀表采用一體化架構(gòu)，內(nèi)置時鐘恢復(fù)，可以減少購買的成本，并兼容25G/50G/100G/200G/400G/800G 的測試，測試速度快，可提升PAM4測試的計算效率。同時，Anritsu積極參與標(biāo)準的制定，包括800G Plug MSA, IEEE, OPEN EYE MSA，以探索新的測試方法。例如OPEN EYE MSA的目標(biāo)是降低模塊元器件成本，降低測試成本，不進行TDECQ的測試，代之以傳統(tǒng)EYE MARGIN測試。

  數(shù)據(jù)中心對AOC/DAC也存在大量需求，從物理結(jié)構(gòu)上來看，DAC和AOC測試都是從電接口進行測試，但是使用的測試儀表有很大區(qū)別。AOC主要采用電采樣示波器和誤碼儀，DAC采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。趙雁飛認為，為了減少測試系統(tǒng)的復(fù)雜性，應(yīng)當(dāng)簡化相關(guān)的測試內(nèi)容，采用相對低成本的方案替代。Anritsu解決方案推出MS46524B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，以高性價比支持到43.5G的DAC四端口測試，以及MP2100B/MP2110A一體機，同時測試AOC眼圖和誤碼率。

  在數(shù)據(jù)中心高速發(fā)展的時代，業(yè)界需要更多的創(chuàng)新性思維，例如基于SOA的光模塊對DCI提供了另外一種選擇。數(shù)據(jù)中心的高速連接測試在保證性能的前提下，業(yè)界需要思考如何降低測試設(shè)備成本和測試時間，Anritsu愿意攜手光通信產(chǎn)業(yè)鏈推進數(shù)據(jù)中心高速互聯(lián)的發(fā)展。