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      2. 通往200Gbps SerDes 之路

        2021-09-30 11:29:35 來源:EETOP編譯自semiwiki,作者:Kalar Rajendiran
        多年來,即使沒有任何與之競爭的通信標準,以太網的速度提升也一直保持著良好的發展速度。由于創新公司采用創造性的設計技術,不斷提供高性能的SerDes IP解決方案,這一趨勢沒有放緩的跡象。SerDes在實現高速以太網連接方面起著不可或缺的作用。

        5G、4K 點播視頻、音頻流、照片共享、物聯網人工智能深度學習等應用推動了對高速數據連接的巨大需求。支持其中許多應用的超大規模數據中心和“企業遷移到云”計劃在推動快速采用最新的 SerDes 技術以實施以太網解決方案方面發揮了催化作用。112Gbps SerDes 的里程碑是在最近才達到的,使 400G 和 800G 以太網連接的實現更加容易。

        上個月,在 DesignCon 2021 大會上,Alphawave IP 做了一個題為“徑通往200Gbps串行鏈接之路”的演講。演示文稿由 Tony Pialis(首席執行官)和 Clint Walker(營銷副總裁)撰寫,并由 Clint 發布演講。從事IC設計的許多人都知道或聽說過 Alphawave IP。在公司成立后的短短四年內,他們最近在首次公開募股后掀起了波瀾。據 Dealogic 稱,這是歷史上最大的半導體 IPO。

        您可能不知道的是,Tony是一位連續創業者,在高速連接領域創立了三家成功的公司。很難相信不久前我第一次見到他時我們還在討論 5Gbps,而他現在已經開始談論 224Gbps了。好吧,其實那是15年前,我第一次見到他那時他還在斯諾布叢林。當時,當大多數其他解決方案都采用全模擬路線時,托尼已經開始談論基于DSP的實現。無論是過去還是現在,他似乎都堅定地相信這種方法的可擴展性,其結果不言自明。Alphawave IP提供的眾多產品之一是112Gbps長距(LR)、低功耗、基于DSP的多標準serdes。

        以我對托尼的了解,Alphawave IP并沒有止步于現有的成就。在推出112Gbps SerDes后,他們就開始了自我競賽,在實驗室中進行實驗,以實現224Gbps SerDes。在DesignCon2021上的演講是關于他們的實驗,發現和基于此的預測。本文將總結這次演講的要點。

        行業采用最新的連接解決方案

        從數據中心的角度來看,向更高速度以太網連接的轉變不僅可以節省電力,還可以節省面積,從而增加互連密度。因此,該行業總是渴望快速采用能夠幫助他們朝這個方向發展的技術。

        上圖中包含了很多有用的信息。仔細觀察中間的圖表非常有趣。當一個200Gbps的SerDes出現時,1.6TbE成為可能。一個擁有800GbE連接的當前產品可以使他們的連接速度增加一倍,而不需要太多改變他們設計的復雜性?;蛘?,他們可以保持800GbE的連接性,并降低其設計的復雜性。無論哪種方式,他們都可以享受下一代 SerDes 的低功耗優勢。

        擴展到 224Gbps SerDes 的挑戰

        設計采用 PAM4 信令來支持超過 25Gb/s 的數據速率。但 PAM4 信號對噪聲、反射、非線性和基線漂移更加敏感。接收器設計要復雜得多。請參閱下圖,了解對提供 224Gbps SerDes 的信噪比 (SNR) 和抖動規范的嚴格要求。為了驅動合理的通道長度,需要將封裝、電路板和電纜的插入損耗減半。

        Alphawave IP 的實驗

        本演示文稿側重于信號調制實驗,以確定將提供 224Gbps 速率的信令方案。Alphawave IP 在其實驗中考慮了 2-PAM、4-PAM、6-PAM、8-PAM QPSK 和 16-QAM 調制方案。更高的調制方案會引入更高的誤碼率 (BER)。為了將 BER 降低到可接受的 10 -6,他們必須將 SNR 提高 1-3dB。他們嘗試了高級 DSP 檢測,以利用最大似然序列檢測器 (MLSD) 將 SNR 提高 1-3dB。在此基礎上,他們能夠將 BER 提高兩個數量級。

        在將選擇范圍縮小到PAM4和PAM6調制方案后,他們對每個調制方案的兩個不同通道進行了實驗。

        正如您在上圖中看到的,采用 PAM6 調制方案的兩個通道都提供了滿足或超過前面所述要求的結果。BER 在 10-6 范圍內(或更好)且信噪比(SNR)高于 20.5。

        Alphawave IP 的調查結果

        Alphawave IP的結論是,PAM6是一個可行的調制方案,用于本研究中使用的224Gbps長距離電傳輸的通道。PAM4將適用于極短距離(VSR)、中等距離(MR)、芯片芯片(C2C)和芯片到模塊(C2M)的電氣鏈接。建議使用能使PAM4用于長通道的全鏈路解決方案。

        如果整個行業能夠找到一種方法,使PAM4成為一個完整的鏈接解決方案,這將對所有相關人員都有很大的好處。這需要生態系統內不同參與者之間的合作。例如,封裝、電路板和電纜供應商合作的目標是減少插入損耗,從而實現更長的通道。系統供應商致力于減少通道長度的要求。

        如果行業協同努力不能在 PAM4 上產生完整的鏈路解決方案,PAM6 可用于支持插入損耗惡化過快的通道。

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