數據使用量每年都在增加，通信行業(yè)也在努力支持不斷增長的需求。本文探討我們?yōu)槭裁葱枰嗟臄祿祿?a target="_blank">中心物理層架構，需要哪些改變來支持更高的數據速率，以及安費諾是如何積極應對這樣高速率的需求，支持更高的數據速率系統(tǒng)。

我們?yōu)楹涡枰斓臄祿鬏敚?/p>

互聯(lián)網使用率上升

由于新冠疫情大流行，世界各地有很多人都在家中工作和學習，這一遠程模式讓互聯(lián)網使用量大增。具體來講，特別是用于視頻會議、遠程訪問服務器、大文件傳輸、在線游戲和社交媒體的數據量的激增。

如今，全球社交媒體平臺用戶者分達到約50億；到2021年，人類在這些社交媒體平臺花費的總時間將達4.2億年。今年新發(fā)布的手機將搭載多項新功能，如8k和360°視頻，這些大數據內容將在社交媒體平臺上分享和直播。

2020年，平均每個家庭每月使用350GB的數據，許多家庭的數據量更是達到或超過1TB，而這已經是大多數互聯(lián)網提供商的數據上限，但數據使用量還將繼續(xù)增加。

物聯(lián)網將借5G之勢蓬勃發(fā)展

5G的興起激發(fā)了許多新技術。精準農業(yè)利用5G連接傳感器、無人機和自動化硬件，以此減少浪費和增加產量。以高速公路的一般速度行駛時，自動駕駛汽車每走兩英尺就通過5G向數據中心發(fā)送更新信息。無人機則被用來送貨。因為有了5G網絡才能做到這一點。最后，5G增強現(xiàn)實技術能使在家購物成為全新的體驗。

為了全面發(fā)揮5G及其強大衍生產品的能力，我們需要升級基礎設施，其中包括每對差分信號的傳輸達112Gb/s。針對數據中心所需的改變， 就是服務器和交換機必須升級， 滿足IEEE 400GBASE-KR4 和 400GBASE-CR4 協(xié)議。

如何滿足數據需求？

為了支持上述服務，數據中心和邊緣數據中心需要過渡到速度更高的架構。目前大多數數據中心服務器遵循的是IEEE 802.3第92條和94條中描述的100GBASE-CR4和100GBASE-KR4。這些協(xié)議發(fā)布于2014年，利用25.78125Gbaud/s的信號速度和NRZ調制。

如今，我們將向200GBASE-KR4邁進。這一協(xié)議以26.5625Gbaud/s運行，采用PAM4調制。每個符號（BAUD）的速率沒有顯著變化，但是每個符號現(xiàn)在攜帶兩個而非一個比特。這意味著每個比特占用的的信號更少，并且信號越少，系統(tǒng)信噪比就越低。這種調制模式的改變，意味著每個比特占用的的信號更少，并且信號越少，系統(tǒng)信噪比就得以降低。

為了說明其中的不同點，讓我們以100GBASE-KR4背板為例。

在25.78125Gbaud/s Nyquist頻率（12.89GHz）下，該背板的插入損耗約為25dB（藍線），信噪比約為25-35dB，具體數值取決于布線模式。如果我們在25.78125Gbaud/s和NRZ調制下只繪制通道的均衡眼圖且沒有串擾，我們會看到一只睜得很大的眼睛，眼高約為40毫伏，眼寬幾乎是整個單位間隔。如果我們在26.5625Gbaud/s下采用同樣操作，使用PAM4調制，情況會比較差。眼高約為13毫伏，眼寬僅為單位間隔的50%左右。

盡管基于200GBASE-KR4協(xié)議的信號水平明顯比100GBASE-KR4差，但很明顯，使用相同的互連系統(tǒng)仍然可以使帶寬擴大一倍。這對于想要通過簡單途徑升級的集成商和數據中心所有者來說是個好消息。

讓我們看看，如果考慮使用下一代高速數據中心協(xié)議400GBASE-KR4時又會如何。這一協(xié)議的運行速度為53.125Gbaud/s（26.56GHz Nyquist頻率）。該協(xié)議與OIF 112G標準同義。

眼圖閉合完全塌陷。這意味著，當前硬件不能符合400GBASE-KR4 協(xié)議標準。另一種研究方法是用行業(yè)標準衡量工作通道，即Channel Operating Margin（通道操作裕量），也就是COM。COM來自芯片的影響因素，以電壓分貝為單位表示信噪比。在大多數情況下，大于3dB的COM能通過互操作性要求。

背板輕松通過了100GBASE-KR4電氣要求，以較小的余量通過了200GBASE-KR4要求，但距離400GBASE-KR4的要求卻差距頗大。

是時候升級了，但是我們需要做些什么呢？

112G的技術挑戰(zhàn)是什么？

信號完整性：插入損耗、反射和串擾

第一個明顯的問題，是400GBASE-KR4需要高頻率。該協(xié)議旨在搭建一個損耗為28dB的26.56GHz通道。當前通道在該頻率下的損耗約為52dB。顯然，背板架構必須改變。這可以通過縮短的通道長度、使用線纜的方案替代傳統(tǒng)背板，或者用有線解決方案取代傳統(tǒng)的背板來實現(xiàn)。

安費諾準備通過ExaMAX2、ExtremePort Swift、Paladin和micro-LinkOVER線纜背板。

我們先從降低背板的損耗開始， 這可以通過略為減少走線長度并使用最好的PCB材料來實現(xiàn)?，F(xiàn)在可以看到，損耗保持在400GBASE-KR4規(guī)范的限制范圍內：26.56GHz時為21dB。

如果我們用COM分析此背板，結果仍然失敗，這是為什么呢？ 深入分析的話，我們會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的噪音太多。要通過COM，信噪比需要高于1.41，信噪比正好相反。

再深入一層觀察，我們發(fā)現(xiàn)反射和串擾同樣重要。然而，串擾似乎主要來自NEXT，而來自FEXT的則很少。

如果改用專為400GBASE-KR4 傳輸設計的連接器系統(tǒng)，在去除輻射后，我們可以看到噪聲下降了，信號增強了。這就產生了一個有效的400GBASE-KR4通道！我們發(fā)現(xiàn)在這些頻率下工作的系統(tǒng)，在26.56GHz下的插入損耗必須低于28dB，并使用具有低反射和近端串擾的互連解決方案。

總結

為了實現(xiàn)更高的傳輸速率，安費諾認識到必須具有更高速的連接器，同時提供完整的高速的互連方案。無論是電氣特性還是機械特性，安費諾能協(xié)助客戶來實現(xiàn)未來的需要，準備了齊全的連接器實現(xiàn)112G集成。

編輯：jq