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数据中心欲转用PAM4/相干调制,但却带来信噪比和测试成本问题

2017-08-25 赵明灿 阅读:
数据中心光模块现在已到100G,主要采用NRZ技术;研究方向则是PAM4和相干传输技术,以便提高传输速率,并解决功耗和成本的问题。然而这些新技术的引入也带来了信噪比下降和测试设备体积大、价格贵的问题。

我们正全面进入云化时代。根据传输距离和通信速率等不同要求,其背后有多种不同技术支撑。数据中心光模块现在已到100G,主要采用NRZ技术;研究方向则是PAM4和相干传输技术,以便提高传输速率,并解决功耗和成本的问题。然而这些新技术的引入也带来了信噪比下降和测试设备体积大、价格贵的问题。QThednc

日前,在是德科技测试测量大会(KMF 2017)上,该公司大中华区互联设施市场经理杜吉伟探讨了云化时代(包括核心网和数据中心)的最新发展趋势以及关键技术。同时,该公司也带来了92Gs/s模块化OMA新品M8290,用来解决传统相干测试解决方案不适合生产测试的问题。QThednc

云化时代(核心网和数据中心)技术趋势:PAM4、相干光 vs. NRZ

有报道称,到2025年,云和大数据将会大大影响我们的生活。所有的企业都会连接云服务,85%的企业应用将部署在云端。人均日通信流量将达4G(无线1G+固网3G),比2015年增长10倍,其中移动通信流量占比将从7%增长到25%。此外,全球年产生的数据量将达180Z,比2015年增长20倍。QThednc

大数据的热点应用包括:AR/VR将广泛应用到教育、培训、旅游等行业中;手机由4G、4.5G升级到5G;云的普及导致企业的业务模式发生改变,运营商的业务由B2C(已到瓶颈)转向B2B(私有云、公有云、混合云等);固定的电信机房向局端机房(Central Office,CO)转变。QThednc

杜吉伟介绍说,云背后有着许多不同的技术支撑。服务器/存储器、数据中心和网络之间的传输距离不同,对应的技术也不同,比如目前SAS存储技术已到24Gbps;PCIe已经到4.0(到16Gbps);DDR4已到4G以上;数据中心光模块已到100G(北美,主要采用NRZ技术,现在主要研发PAM4技术);大数据长距离传输采用相干传输技术(QPSK向QAM转变)。另外,Google提出,相干传输技术有机会进入到数据中心领域。现在数据中心的研究方向是PAM4,但是很多企业在研究降低相干传输技术的门槛,把成本、功耗降低,使它能够进入到10km以下的领域中来。QThednc

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工程师面临的挑战包括:1.长距离传输核心网部分,相干技术,以前是研发测试多,生产测试少,然而随着数据中心采用相干技术,对生产质量要求也会提高(调制方式变得复杂),需要做生产测试。现在的解决方案是采用示波器+光座,体积大,连线多,不适合用在产线。因此,业界会推出基于AXIe的模块化产品应对。QThednc

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2.PAM4是数据中心的核心技术,它有4个电平3个眼睛,信噪比比NRZ差9.6dB,其规范规定必须做异步串扰测试。这需要采用带宽和采样率足够高的任意波形发生器来满足测试需求。另外,由于PAM4有3个眼睛而不是传统的1个眼睛,规范要求对放大器的线性度进行测试,以使眼高一致。用两个NRZ合成PAM似乎非常简单,能够节省成本,但是其不能产生长码型,信号的幅度和线性度也不可调,因此需要新的测试设备来支持。另外,PAM-4信号的抖动分析和时钟恢复比NRZ也更复杂。QThednc

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3.除了上述光口测试,还有电口测试。传统的采样示波器电口带宽进到70GHz,需要新的低噪高带宽采样示波器。比如Credo在今年Computex展会上展示的53GBaud、106Gbps的目前最高速信号的器件,就需要采用基于磷化铟工艺的100GHz采样示波器来测。QThednc

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没有引入云的测试方法主要有以下三种。然而这不能满足未来的测试需求。QThednc

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比如,采用云化的概念(即把各种仿真、测量结果放到云平台上做大数据分析),一家国外做ASIC的公司(5个人的团队),其团队效率提升了20%,并节约了100万美金的重新设计费用(重新设计和流片)。QThednc

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AXIe模块化OMA:解决传统相干测试解决方案不适合产线测试的问题

92Gs/s模块化OMA新品M8290是一款基于AXIe的模块化仪器,杜吉伟指出。QThednc

之所以推出这款产品,是因为:1.AXIe模块化是大势所趋——用户容易配置,节省成本;2.用于相干测试(10km到几千km)。他解释,业界已经有很前沿的相干测试解决方案了,比如N4392A是针对46G波特率的相干产品测试,另外也有基于实时示波器搭配光座的N4391A高端解决方案,但是体积大,价格贵。QThednc

随着数据中心的发展以及相干技术渗透到10km以下的传输,业界需要低成本的解决方案。M8290比较适合与生产价位的测试需求,同时又能测试400G的应用场景。QThednc

相干技术相对于PAM4技术而言,功耗低,价格便宜,因此得到广泛应用,并有机会进入到数据中心领域。是德科技的新款OMA产品针对生产测试而言性能够用,体积小,没有显示屏,可程控。QThednc

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下图所示的M8290A相干测试方案对应全面测试。它采用5槽机箱,可以插各种模块,但是如果应用比较简单,也可以选用2槽机箱搭建。其中有两个关键模块,即M8292A光调制分析仪(对应以前的光座和一部分ADC)和M8296A高速数字化仪(对应以前的实时示波器)。QThednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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