IFOC 2020 安立通讯赵雁飞：探索数据中心高速互联和信号测试新方式

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在IFOC2020期间，日本安立公司(Anritsu)专家、业务开发经理赵雁飞讲述城域数据中心互连和高速互连模块的测试，针对城域数据中心互连方案的选择，以及数据中心各种互连模块的测试选择两个角度，来探讨数据中心未来的发展。

ICC讯 9月8日，在“第19届讯石光纤通讯市场暨技术专题研讨会”上，业界领先的光通信测试与测量解决方案提供商日本安立公司(Anritsu)专家、业务开发经理赵雁飞发表《城域数据中心互连和高速互连模块的测试》报告，针对城域数据中心互连方案的选择，以及数据中心各种互连模块的测试选择两个角度，来探讨数据中心未来的发展。



从数据通信的整体情况来看，随着数据增长快速提升，数据中心内部连接技术正在向更高速演进，数据中心之间互联(DCI)也因流量的剧增产生新的需求。Anritsu公司除了可以提供先进的高速误码仪、光电矢网、示波器和网络测试仪用于数据中心模块以及数据中心网络测试外，同时，Anritsu公司还是一家光器件供应商，可以提供泵浦激光器、增益芯片、SOA和放大器等光电子器件。基于安立公司高速测试技术和光电器件技术的丰富积累，并从推动产业发展的角度，赵雁飞分享了Anritsu对数据中心互联的思考。

城域数据中心互连

在城域数据中心互联方面， 随着各大互联网公司在数据中心开放性架构方面做出了很多探索，以及传统设备提供商或模块提供商开始进入DCI互连市场，光模块面临相干模块和长距直调模块的选择。

目前，城域内的数据中心选址半径以40km和80km为主。如果传输距离在40km以内，100G-ER4模块是更好的选择，这类模块已在运营商网络内获得大规模部署。如果传输距离超过40Km, 网络建设部署就需要使用相干模块，但是相干技术的采用很大程度将带来更高的成本。

40km传输距离场景主要采用两类100G ER4模块，一是基于SOA(Semiconductor Optical Amplifier) 的CFP2；二是基于APD的ER4-Lite。赵雁飞认为，100G ER4-Lite和100G CFP2-ER4皆存在各自的问题，例如CFP2模块成本高和体积大，而ER4-Lite要实现40km传输需要满足诸多条件，包括FEC要求、链路预算，应用有一定的限制。但是，如果能将SoA集成到QSFP28封装的100G光模块里，那和ER4-Lite的对比就是成本与距离的平衡问题。

80km传输距离场景，已经有相关厂商开发出基于SOA的100GE QSFP28 ZR4(FEC) 模块，可以支持点到点80km传输，可以比较好地满足包括数据中心互连(DCI)在内的城域互连。与相干模块相比，后者需要运用高阶调制、复杂的相干检测以及纠正色散所需要的DSP芯片。如果能满足80km传输要求，那基于SOA的100GE QSFP28 ZR4将是一个很有竞争力的选择，而它实现的关键就是实现SOA COC的开放和耦合。

赵雁飞表示，SOA 不但可以用于NRZ，也可以用于PAM4的模块，Anritsu通过发挥自身在光器件领域的技术研究，提供SOA模块或SOA COC给到客户使用。结合自身测试方案，搭载SOA的NRZ信号在背靠背的条件下(速率：25.781Gbit/s，输入功率：-21dBm),Mask margin可达16%，E.R.为9.5dB。PAM4的信号在背靠背的条件下(调制速率：53.125Gbit/s，输入功率：-22dBm) ，TDECQ可达2.7dB。



高速互连模块的测试

光模块、有源光缆(AOC)和有源电缆(DAC)是数据中心连接主要选择。传输速率上升会同步提高测试的复杂度，如何从测试的角度来提升互连模块生态更好发展，需要在规范制定上考虑。超100G后的模块将步入PAM4时代，预计100G单通道数量将未来10年达到10亿个。

400G会是下一代演进节点，而在数据中心各类400G光模块中，400G DR4模块被认为将是一款典型的大批量产品。400G DR4 PAM4测试架构分为53Gbaud 4通道电接口、驱动输出和光输入电接口以及400GBASE-DR4光接口。部分因素还导致400G DR4发射端PAM4测试成本的增加。

一是时钟恢复，53GBaud PHY 由于高速信号处理的方式问题，采用基于DSP的Re-timer,触发信号(PPG输出触发信号)和数据信号(DSP之后的数据信号)之间同步机制存在一定的限制，传统的误码仪给到示波器信号进行触发的方式不能工作。因此，400G DR4 PAM4在眼图测试时，就需要用到时钟恢复从光信号提取时钟。

二是测试时间，TDECQ的计算采用DSP的方式进行处理，相比于NRZ的信号，还需要加均衡(Equalizer)进行处理，均衡阶数的多少会影响到产线的测试速度，因此需要一个平衡，400G光接口发端的均衡阶数为5(IEEE定义)。

针对400G DR4测试，Anritsu解决方案是降低设备的成本，提高测试效率。方案中使用高带宽的采样示波器MP2110A，该仪表采用一体化架构，内置时钟恢复，可以减少购买的成本，并兼容25G/50G/100G/200G/400G/800G 的测试，测试速度快，可提升PAM4测试的计算效率。同时，Anritsu积极参与标准的制定，包括800G Plug MSA, IEEE, OPEN EYE MSA，以探索新的测试方法。例如OPEN EYE MSA的目标是降低模块元器件成本，降低测试成本，不进行TDECQ的测试，代之以传统EYE MARGIN测试。

数据中心对AOC/DAC也存在大量需求，从物理结构上来看，DAC和AOC测试都是从电接口进行测试，但是使用的测试仪表有很大区别。AOC主要采用电采样示波器和误码仪，DAC采用矢量网络分析仪。赵雁飞认为，为了减少测试系统的复杂性，应当简化相关的测试内容，采用相对低成本的方案替代。Anritsu解决方案推出MS46524B矢量网络分析仪，以高性价比支持到43.5G的DAC四端口测试，以及MP2100B/MP2110A一体机，同时测试AOC眼图和误码率。

在数据中心高速发展的时代，业界需要更多的创新性思维，例如基于SOA的光模块对DCI提供了另外一种选择。数据中心的高速连接测试在保证性能的前提下，业界需要思考如何降低测试设备成本和测试时间，Anritsu愿意携手光通信产业链推进数据中心高速互联的发展。

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