100gb-400gb1tb以太网趋势和测试挑战

100Gb/400Gb/1Tb以太网的趋势和测试haiyang

Apr.1,

2015内容安排:标准的 进展状况测试的分类一致性测试vs特性测试输出测试输入测试100G/400G/1T测试

的总结©Keysigh2网络带宽趋势：100G→400G→1T研发2010部署实施20151

Tb/s研发2014部署实施2018研发2017?部署实施2022?©Keysigh3100

Gb/s线路速率:25Gb/s调制方式:25/28Gb/s

NRZ400

Gb/s线路速率:56

Gb/s调制方式:56GNRZ28Gbaud

PAM-4线路速率:100+Gb/s调试方式:??

(28Gbaud

PAM-8,16-QAM,DMT

or??)数据中心网络相关标准进展以太网（Ethernet）通信设备、背板和线缆之间光/电光互联已经完成100G标准，400G标准研讨小组于2014成立IEEE802.3xx光纤通道（Fiber

Channel）数据中心设备之间光互联-两端都是光模块已经完成32GFC,

正在研究128G(4x32G),下一个项目:64GFCFCIA:光纤通道工业 （FibreChannel

Industry

Association)©Keysigh4InfiniBand超级计算机设备之间光/电接口互联已经完成300G(12x25G),正在研讨600G(12x50G)ITA（InfiniBand

Trade

Association）CEI

(Common

Electrical

Interface)电接口互联

–

到

,

到模块,

背板,

线缆每个标准覆盖很窄范围数据速率是以太网、光纤通道和Infiniband各种标准的基础已经完成25G

&

28G,正在研讨56GOIF光互联 （Optical

Internetworking

Forum）数据中心网络相关标准进展©Keysigh5IEEE

P802.3bj™覆盖100G

以太网信号在背板和铜缆传输100GBASE-KR4

和CR4–2种信号调制类型:NRZ

(PAM-2)

(25.78

Gb/s)(covered

in

Clauses

92

and

93)PAM-4

(13.59

Gbaud)(covered

in

Clause

94)备注:IEEEP802.3bj™最近成为802.3-2013™的修正©Keysigh6Pulse

Amplitude

Modulation400G标准测试需求的变化OIF/CEI-56G

和802.3bs

草案仍然采用100G-KR4(802.3bj

clause

94)中定义的输出测试和输入测试100G-KR4标准在开发过程中，

到目前为止仍然很少有测试 被评估基于25G

NRZ线路速率的100G标准在草案最后阶段有了显著的变化增加了COM(Channel

Operating

Margin)测量和RSIT（Receiver

StressedInput

Test

）这发生于第一批测试

被评估后!400G

草案目前缺少线性度或眼图时滞等输入测试

在标准的开发过程中可能会看到 的附加输入测试项目的增加©Keysigh7©Keysigh8测试的分类一致性测试、特性测试和介于2者之间的附加测试一致性测试–确保互操作性通过/失败特性测试–标定器件技术指标参数测量以及统计分析“In

Between”

测试–弥补标准一致性测试之间的”Gap”附加测试以确保一致性和互操作性测试案例“In

Between”测试–

和CEI

到 标准不同,100G背板必须动态调整优化均衡–指导发射机去加重抽头权重(De-emphasis

tap

weights)通过训练交互过程抽头权重非固定–Rx

要求增加或降低通信通过背向通道以1/8速率100G-KR4

背板驱动Tx

&

指令发生器误码检测

&

DETap

Wt.

LogicRxDUT

–测试通道TxDE指令Rx测试发射机背向通道(@1/8

速率)©Keysigh9100G-KR4需要的“In

Between”测试©Keysigh10标准要求一致性测试：输出–采用示波器进行标准眼图参数测量输入–压力眼图附加测试：确保驱动是否满足一致性要求:输出–所有抽头权重增加/降低是否在允许范围内?输入–均衡优化能否收敛?抽头权重增加/降低范围允许通道损耗范围建立“In

Between”

测试列表需要仔细思考是德科技科技技术工程师能提供相应的帮助需要那些测试仪表?输出测试–验证输出测试参数是否满足/超过标准需求眼图参数和抖动测量测试工具–示波器(采样或者实时示波器)-需要误码仪产生码型激励信号©

KeysightTechnologies

201511需要那些测试仪表?输入测试–

验证输入接口在 通道条件下是否能够正确探测测试工具–误码分析仪(BERT)仍然作为主要的接收测试工具能力。误码计数器新的400G标准明确提出设备具有内置误码检测和眼图将输入信号环路回误码探测器或采用设备/ /器件示波器用于压力（损伤）信号的校准DUTRx

TxIN

Error

OUTCheckerBERTErrorDetectorBERTPatternGenerator©Keysigh12需要那些测试仪表?系统测试–验证器件在系统工作所有条件下工作能力测试工具–示波器，误码分析仪或协议分析仪：.©Keysigh13100G

实施采用4x25.78G100G的实施已经逐渐从10x10G

转变成

4x25G，

这带来一些列新的

。每个支路速率从10.3125Gb/s跳跃到25.78Gb/s带来的变化不是线性的：完全闭合的眼图需要采用CTLE/DFE均衡DSP所有输 都必须重新定时（Retimer)采用前向纠错码（FEC)–raw

link

no

longer

runs

error

free38ps

UI的比特周期使得抖动 更紧张

–

接近甚至低于一些仪表的本底固有抖动指标同样在32G

光纤通道(FC)和IB

EDR速率实施。361001000ps©Keysigh14“压力”条件下输入测试验证器件输入端正确确定受损伤数据比特的能力误码分仪用于产生压力信号示波器在被测器件 端（测试点）进行压力信号校准被测器件输入级接收测试码型，判断数据状态然后通过”干净”的通道重新发送出去。误码分析仪探测器(ED)比较接收到的测试码型，统计误码有些被测器件 具备误码计数器(e.g.

Host

ICs)DUT(光发射机)O/E误码分析仪误码探测器CTB误码分析仪码型发生器外部压力(如果需要)©Keysigh1515高速信号通常的(10Gb/s

~

25Gb/s

及以上线路速率)更低的链路抖动

–

接近测试仪表固有抖动极限输出测试–采样示波器需要经准时基（PTB）输入测试–误码分析仪固有随机抖动低于标准要求测试线缆信号损耗非常显著–需要预加重输出测试:采用示波器频域补偿输入测试:采用误码分析仪带预加重码型发生器去潜入连接线缆夹具影响高损耗背向通道误需要码探测器采用均衡©Keysigh16100G前向纠错(FEC)成为必须–链路不再无误码工作误码率测试必须准确且可重复–需要工作在均衡–CTLE均衡vs

DFE均衡基于COM测量的干扰压力校准Tx测试通道CTLE闭合的眼图没有触发采样示波器时钟信号通常在器件输出端口没有问题–通道衰减之前通道末端–采用源端分离时钟或功分信号到时钟恢复单元(CRU)功分器©Keysigh17基于

的

测试基于 压力输入条件，验证可以在最恶劣通道条件下工作能力。RIST：Receiver

Stressed

Input

Test(

压力输入测试)COM：Channel

Operating

Margin（通道工作富余量）RI:Random

Interference(随机干扰噪声)→:用于压力测试4步校准以确定 测试COM条件的随机噪声干扰“幅度”。码型发生器测试通道ƩCTBDUT随机干扰©Keysigh18COM

压力校准1.

测量码型发生器输出噪声2.

测量通道S参数3.

测量注入随机干扰(RI)注入通道的S

参数4.

根据标准要求的计算公式计算需要的随机干扰(RI)的幅度©Keysigh19400G的实施-56Gb/s

线路速率56Gb/s

NRZ

–线性转变同25Gb/s信号一样，56Gb/s

NRZ调制由于通道更大的损耗，具有更加闭合的眼图抖动 更加紧张–

17psUI!28Gbaud

PAM-4

–PAM4多电平调制信号改变所有存在50+

年的规则!饱和（非线性/限幅）输出转变为线性输出更复杂(更精密)的探测有限的上升沿产生固有ISI如何实施新的时钟恢复?DFE均衡需要做那些改变?....0

–

3

crossing0

–

2

crossing©

KeysightTechnologies20PAM4链路实施（新科学）PAM4固有的ISI问题，需要 对码型相关抖动不敏感新问题：...线性驱动的VCSELs的3个眼图具有时间时滞上面的眼到达时间比下面的快每个眼图需要独立的采样 时间延迟0.232UI0.169UIPAM-4©

KeysightTechnologies21其它损伤对PAM4带来的非线性–最下的眼图存在幅度压缩各个眼图具有不一致的有效信噪比PAM4仍是新生事物，标准和对技术的了解仍在学习阶段。我们还需要时间了解那些损伤会造成问题新的测试WILL

将被重新定义测试发射机(Tx)输出新的压力类型

WILL

将被重新定义测试

(Rx©

KeysightTechnologies22输出测试-

PAM-4

眼图测量Level

andEyeLevel

MeanLevel

ThicknessLevel

SkewEye

MeanEye

HeightEye

WidthEye

Skew©Keysigh23Level/Noise

measurements

can

beperformed

on

any

single-valuedpattern

(not

just

the

linearitypattern).©Keysigh24输出测试-PAM-4

眼图测量幅度，噪声输入(Rx)测试–PAM-4

信号产生1路PAM4.传统的NRZ

码型发生器通过2路NRZPPG

：通过功分器将2路不同幅度权重的NRZ信号•+长用户码型•

+“Drives

like

a

BERT”

–very

responsive

to

stress

control

changes•+更快的上升时间-有限的压力注入(SJ,RJ,BUJ,Even/Odd,SI,

RI,etc.)-

Longlead

timefor

new

stress

capability

–

if

possible

as

all-更高的成本–每个PAM4信号需要2路高性能的码型发生器。NRZPattern

#16dB+NRZPattern

#2(equaldelay)2channelBERT©Keysigh25输入(Rx)测试–PAM-4

信号产生选择任意波发生器一代AWG可以产生PAM-n

信号，速率高达32Gbaud•+不局限于PAM-4–能产生任何幅度调制信号（PAM-8,…）•+能产生任何压力–抖动，幅度干扰，时滞，非线性,...Future

proof–标准会要求新的抖动压力类型AWG可以通过模拟器运算产生各种新的压力•+较小的尺寸–较低的成本高达4

个PAM-n通道在单块板卡-有限的用户码型但是可以产生所有目前标准定义的PAM-4

测试码型-较慢的上升时间足够快--模拟 测试的通道©Keysigh26©Keysigh27AWG

vs.传统误码分析仪的时间分辨率传统误码分析仪时间单位都是单位间隔（比特周期）比如去加重抽头宽度等都完全是整数倍比特周期；时间抖动例外（可以是分数倍，mUI）AWG的时间分辨率和比特周期(UI)没有直接联系预失真模拟时间分辨率<<远远小于采样间隔去加重抽头权重不受限于整数倍单位间隔（UI）!M8195A 65

GS/s

AWG

PAM-n

码型发生器支持PAM-4,PAM-8和其他高阶调至类型：支持相干OFDM,QAM-N无需外部硬件，直接注入各种损伤”压力”上升时间，ISI,抖动,DCD,noise,…

Future

proof–新的压力类型会在将来被定义1–4

通道65

GS/s–

8

bit20

GHz

模拟带宽固有抖动

RJ:<200

fs

typ.(32G

NRZ)差分输出幅度：2

Vpp

(diff)内存:Rev1

256kS

(up

to

PRBS

2^11-1)Rev2

16GS

(up

to

2^24-1

resp.

2^31)Industry

leading

source

for

PAM-4©

KeysightTechnologies281

Tb“Next–next”一代目前仍然处于早期研究阶段→具有很大的不确定性输出测量将继续基于示波器相干探测技术需要2通道示波器进

量带DSP引擎的数采探测器将具备误码检测和统计能力不需要环路误码探测-误码分析仪的码型发生器仍然可以作为压力激励信号发生©Keysigh29总结100G/400G/1T所采用的新的技术以及其相关的新输出测试仍然继续采用示波器内置测试 继续在开发和更新输入测试仍然会采用误码分析仪器件/

内置的误码探测能力减少了对误码分析仪误码探测器的需求。新的调制技术需要新的压力模拟信号损伤。AWGs

可以作为更好的压力码型信号源，针对PAM-4信号和未来1T信号采用的复杂调制信号激励源。More

info

at:©Keysigh进行t

了介绍Technologies201530问题?©KeysightTechnologies201531FlexDCATool

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