數(shù)據(jù)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?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)中心物理層架構，需要哪些改變來支持更高的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)速率系統(tǒng)。

我們?yōu)楹涡枰斓臄?shù)據(jù)傳輸？

互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，許多家庭的數(shù)據(jù)量更是達到或超過1TB，而這已經(jīng)是大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)提供商的數(shù)據(jù)上限，但數(shù)據(jù)使用量還將繼續(xù)增加。

物聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)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(shù)據(jù)中心發(fā)送更新信息。無人機則被用來送貨。因為有了5G網(wǎng)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)需求？

為了支持上述服務，數(shù)據(jù)中心和邊緣數(shù)據(jù)中心需要過渡到速度更高的架構。目前大多數(shù)數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)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