通往200Gbps SerDes 之路

2021-09-30 11:29:35 来源:EETOP编译自semiwiki,作者:Kalar Rajendiran
多年来,即使没有任何与之竞争的通信标准,以太网的速度提升也一直保持着良好的发展速度。由于创新公司采用创造性的设计技术,不断提供高性能的SerDes IP解决方案,这一趋势没有放缓的迹象。SerDes在实现高速以太网连接方面起着不可或缺的作用。

5G、4K 点播视频、音频流、照片共享、物联网人工智能深度学习等应用推动了对高速数据连接的巨大需求。支持其中许多应用的超大规模数据中心和“企业迁移到云”计划在推动快速采用最新的 SerDes 技术以实施以太网解决方案方面发挥了催化作用。112Gbps SerDes 的里程碑是在最近才达到的,使 400G 和 800G 以太网连接的实现更加容易。

上个月,在 DesignCon 2021 大会上,Alphawave IP 做了一个题为“径通往200Gbps串行链接之路”的演讲。演示文稿由 Tony Pialis(首席执行官)和 Clint Walker(营销副总裁)撰写,并由 Clint 发布演讲。从事IC设计的许多人都知道或听说过 Alphawave IP。在公司成立后的短短四年内,他们最近在首次公开募股后掀起了波澜。据 Dealogic 称,这是历史上最大的半导体 IPO。

您可能不知道的是,Tony是一位连续创业者,在高速连接领域创立了三家成功的公司。很难相信不久前我第一次见到他时我们还在讨论 5Gbps,而他现在已经开始谈论 224Gbps了。好吧,其实那是15年前,我第一次见到他那时他还在斯诺布丛林。当时,当大多数其他解决方案都采用全模拟路线时,托尼已经开始谈论基于DSP的实现。无论是过去还是现在,他似乎都坚定地相信这种方法的可扩展性,其结果不言自明。Alphawave IP提供的众多产品之一是112Gbps长距(LR)、低功耗、基于DSP的多标准serdes。

以我对托尼的了解,Alphawave IP并没有止步于现有的成就。在推出112Gbps SerDes后,他们就开始了自我竞赛,在实验室中进行实验,以实现224Gbps SerDes。在DesignCon2021上的演讲是关于他们的实验,发现和基于此的预测。本文将总结这次演讲的要点。

行业采用最新的连接解决方案

从数据中心的角度来看,向更高速度以太网连接的转变不仅可以节省电力,还可以节省面积,从而增加互连密度。因此,该行业总是渴望快速采用能够帮助他们朝这个方向发展的技术。

上图中包含了很多有用的信息。仔细观察中间的图表非常有趣。当一个200Gbps的SerDes出现时,1.6TbE成为可能。一个拥有800GbE连接的当前产品可以使他们的连接速度增加一倍,而不需要太多改变他们设计的复杂性。或者,他们可以保持800GbE的连接性,并降低其设计的复杂性。无论哪种方式,他们都可以享受下一代 SerDes 的低功耗优势。

扩展到 224Gbps SerDes 的挑战

设计采用 PAM4 信令来支持超过 25Gb/s 的数据速率。但 PAM4 信号对噪声、反射、非线性和基线漂移更加敏感。接收器设计要复杂得多。请参阅下图,了解对提供 224Gbps SerDes 的信噪比 (SNR) 和抖动规范的严格要求。为了驱动合理的通道长度,需要将封装、电路板和电缆的插入损耗减半。

Alphawave IP 的实验

本演示文稿侧重于信号调制实验,以确定将提供 224Gbps 速率的信令方案。Alphawave IP 在其实验中考虑了 2-PAM、4-PAM、6-PAM、8-PAM QPSK 和 16-QAM 调制方案。更高的调制方案会引入更高的误码率 (BER)。为了将 BER 降低到可接受的 10 -6,他们必须将 SNR 提高 1-3dB。他们尝试了高级 DSP 检测,以利用最大似然序列检测器 (MLSD) 将 SNR 提高 1-3dB。在此基础上,他们能够将 BER 提高两个数量级。

在将选择范围缩小到PAM4和PAM6调制方案后,他们对每个调制方案的两个不同通道进行了实验。

正如您在上图中看到的,采用 PAM6 调制方案的两个通道都提供了满足或超过前面所述要求的结果。BER 在 10-6 范围内(或更好)且信噪比(SNR)高于 20.5。

Alphawave IP 的调查结果

Alphawave IP的结论是,PAM6是一个可行的调制方案,用于本研究中使用的224Gbps长距离电传输的通道。PAM4将适用于极短距离(VSR)、中等距离(MR)、芯片芯片(C2C)和芯片到模块(C2M)的电气链接。建议使用能使PAM4用于长通道的全链路解决方案。

如果整个行业能够找到一种方法,使PAM4成为一个完整的链接解决方案,这将对所有相关人员都有很大的好处。这需要生态系统内不同参与者之间的合作。例如,封装、电路板和电缆供应商合作的目标是减少插入损耗,从而实现更长的通道。系统供应商致力于减少通道长度的要求。

如果行业协同努力不能在 PAM4 上产生完整的链路解决方案,PAM6 可用于支持插入损耗恶化过快的通道。

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