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5G、4K 點(diǎn)播視頻、音頻流、照片共享、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能深度學(xué)習(xí)等應(yīng)用推動(dòng)了對(duì)高速數(shù)據(jù)連接的巨大需求。支持其中許多應(yīng)用的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和“企業(yè)遷移到云”計(jì)劃在推動(dòng)快速采用最新的 SerDes 技術(shù)以實(shí)施以太網(wǎng)解決方案方面發(fā)揮了催化作用。112Gbps SerDes 的里程碑是在最近才達(dá)到的，使 400G 和 800G 以太網(wǎng)連接的實(shí)現(xiàn)更加容易。

上個(gè)月，在 DesignCon 2021 大會(huì)上，Alphawave IP 做了一個(gè)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(zhí)行官）和 Clint Walker（營銷副總裁）撰寫，并由 Clint 發(fā)布演講。從事IC設(shè)計(jì)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(nèi)，他們最近在首次公開募股后掀起了波瀾。據(jù) Dealogic 稱，這是歷史上最大的半導(dǎo)體 IPO。

您可能不知道的是，Tony是一位連續(xù)創(chuàng)業(yè)者，在高速連接領(lǐng)域創(chuàng)立了三家成功的公司。很難相信不久前我第一次見到他時(shí)我們還在討論 5Gbps，而他現(xiàn)在已經(jīng)開始談?wù)?224Gbps了。好吧，其實(shí)那是15年前，我第一次見到他那時(shí)他還在斯諾布叢林。當(dāng)時(shí)，當(dāng)大多數(shù)其他解決方案都采用全模擬路線時(shí)，托尼已經(jīng)開始談?wù)摶贒SP的實(shí)現(xiàn)。無論是過去還是現(xiàn)在，他似乎都堅(jiān)定地相信這種方法的可擴(kuò)展性，其結(jié)果不言自明。Alphawave IP提供的眾多產(chǎn)品之一是112Gbps長距(LR)、低功耗、基于DSP的多標(biāo)準(zhǔn)serdes。

以我對(duì)托尼的了解，Alphawave IP并沒有止步于現(xiàn)有的成就。在推出112Gbps SerDes后，他們就開始了自我競賽，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)224Gbps SerDes。在DesignCon2021上的演講是關(guān)于他們的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和基于此的預(yù)測。本文將總結(jié)這次演講的要點(diǎn)。

行業(yè)采用最新的連接解決方案

從數(shù)據(jù)中心的角度來看，向更高速度以太網(wǎng)連接的轉(zhuǎn)變不僅可以節(jié)省電力，還可以節(jié)省面積，從而增加互連密度。因此，該行業(yè)總是渴望快速采用能夠幫助他們朝這個(gè)方向發(fā)展的技術(shù)。

上圖中包含了很多有用的信息。仔細(xì)觀察中間的圖表非常有趣。當(dāng)一個(gè)200Gbps的SerDes出現(xiàn)時(shí)，1.6TbE成為可能。一個(gè)擁有800GbE連接的當(dāng)前產(chǎn)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?cè)O(shè)計(jì)的復(fù)雜性。或者，他們可以保持800GbE的連接性，并降低其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。無論哪種方式，他們都可以享受下一代 SerDes 的低功耗優(yōu)勢。

擴(kuò)展到 224Gbps SerDes 的挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)采用 PAM4 信令來支持超過 25Gb/s 的數(shù)據(jù)速率。但 PAM4 信號(hào)對(duì)噪聲、反射、非線性和基線漂移更加敏感。接收器設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多。請(qǐng)參閱下圖，了解對(duì)提供 224Gbps SerDes 的信噪比 (SNR) 和抖動(dòng)規(guī)范的嚴(yán)格要求。為了驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)

本演示文稿側(cè)重于信號(hào)調(diào)制實(shí)驗(yàn)，以確定將提供 224Gbps 速率的信令方案。Alphawave IP 在其實(shí)驗(yàn)中考慮了 2-PAM、4-PAM、6-PAM、8-PAM QPSK 和 16-QAM 調(diào)制方案。更高的調(diào)制方案會(huì)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(jí) 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(chǔ)上，他們能夠?qū)?BER 提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

在將選擇范圍縮小到PAM4和PAM6調(diào)制方案后，他們對(duì)每個(gè)調(diào)制方案的兩個(gè)不同通道進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

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

Alphawave IP 的調(diào)查結(jié)果

Alphawave IP的結(jié)論是，PAM6是一個(gè)可行的調(diào)制方案，用于本研究中使用的224Gbps長距離電傳輸?shù)耐ǖ馈AM4將適用于極短距離（VSR）、中等距離（MR）、芯片到芯片（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(gè)行業(yè)能夠找到一種方法，使PAM4成為一個(gè)完整的鏈接解決方案，這將對(duì)所有相關(guān)人員都有很大的好處。這需要生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同參與者之間的合作。例如，封裝、電路板和電纜供應(yīng)商合作的目標(biāo)是減少插入損耗，從而實(shí)現(xiàn)更長的通道。系統(tǒng)供應(yīng)商致力于減少通道長度的要求。

如果行業(yè)協(xié)同努力不能在 PAM4 上產(chǎn)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。