作為兩款信號(hào)源

AWG和BERT

一直在高速電氣和光信號(hào)測試中

發(fā)揮著重要的作用！

隨著信號(hào)的速率越來越高，調(diào)制格式越來越復(fù)雜，對(duì)測試儀器的性能要求也越來越高。是德科技也一直在推出業(yè)界領(lǐng)先的高帶寬、高采樣率的AWG和高性能的BERT。

今天這篇文章，小K總結(jié)了一些客戶對(duì)于AWG 和BERT 常見的問題，還有一些關(guān)于數(shù)據(jù)中心大家關(guān)心的功耗墻和交換機(jī)等問題。

本文涉及的三款產(chǎn)品為

是德科技高性能系列

AWG M8199A /M8199B

和 BERT M8050A

觀看視頻了解更多產(chǎn)品特征和主要應(yīng)用!

本期解答嘉賓

張曉

是德科技

資深技術(shù)解決方案工程師

個(gè)人簡介：畢業(yè)于鄭州大學(xué)并取得電氣工程及自動(dòng)化碩士學(xué)位。2016年加入是德科技，主要負(fù)責(zé)高速數(shù)字產(chǎn)品的技術(shù)支持工作，擁有超過10年研發(fā)和測試經(jīng)驗(yàn)，主要涉及高速數(shù)字接口，信號(hào)完整性等高速數(shù)字系統(tǒng)的測試，應(yīng)用與研究。

顧磊

是德科技

光通信解決方案工程師

個(gè)人簡介：2008年畢業(yè)于西安理工大學(xué)。曾在半導(dǎo)體芯片公司擔(dān)任封裝測試工程師。2012年起加入高意（II-VI），有十余年的光學(xué)測試相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)有源、無源光器件測試以及產(chǎn)線自動(dòng)化有深厚的積累。2022年起加入是德科技，擔(dān)任光學(xué)解決方案工程師。

Q&A 環(huán)節(jié)

1. AWG帶寬和輸出信號(hào)波特率有什么區(qū)別？為什么80G模擬帶寬能產(chǎn)生160G的信號(hào)？

張曉答：

這個(gè)一個(gè)很好的問題，這其實(shí)就涉及到理論，AWG最核心的是DAC，第一個(gè)核心指標(biāo)是采樣率，決定了可以輸出多高速率的信號(hào)；第二個(gè)核心指標(biāo)是帶寬，決定了可以輸出多快上升時(shí)間的信號(hào)，它們可以類比實(shí)時(shí)示波器的指標(biāo)的。實(shí)時(shí)示波器正好和它反過來啊，是一個(gè)AD, 它也是采樣率和帶寬，采樣率要求是帶寬的2.5倍以上。帶寬指的是可以輸出信號(hào)的最高的上升時(shí)間。比如生成一個(gè)快沿信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的上升時(shí)間不可能為0，如果為0，帶寬就無窮大了，那么信號(hào)是多少ps，就是由帶寬來決定的。那波特率是什么呢？它可以描述信號(hào)的一個(gè)最高頻率。一般就等于采樣率，如果AWG的采樣率是10GSa/s, 我們當(dāng)然可以輸出一個(gè)10GBaud的信號(hào)，但信號(hào)的質(zhì)量就是由它的帶寬所決定的。這就是AWG 這個(gè)帶寬和采樣率的關(guān)系。再教你一個(gè)小的技巧，我們的AWG, 你需要用什么樣的波特率信號(hào)，就輸出同樣的采樣率就行。輸出160G的信號(hào)，用160GSa/s 采樣率輸出就可以了。那只是這個(gè)信號(hào)的上升時(shí)間是由你用的AWG 的帶寬所決定的。

以上就是我對(duì)AWG 的帶寬和采樣率的一個(gè)簡單的解釋。

顧磊補(bǔ)充答：

當(dāng)你的采樣率和輸出波特率相等時(shí)，其實(shí)會(huì)得到一個(gè)理想的信號(hào)，前提是這個(gè)傳輸線得非常短，不需要做什么補(bǔ)償。如果說你的傳輸線比較長，在接收端看到的信號(hào)質(zhì)量會(huì)比較差。這種情況就需要用到AWG 里面的均衡能力或者說預(yù)加重能力，它都會(huì)占用一定的采樣率，這就是為什么我推薦用128G Sa/s的采樣率 去產(chǎn)生100G波特率多一點(diǎn)的信號(hào)的原因。我就稍微在這點(diǎn)上做一些補(bǔ)充。

2. M8199A 和M8199B 有什么區(qū)別，各有什么優(yōu)勢？

顧磊答：

首先，能了解這兩款產(chǎn)品，看來對(duì)我們公司還是很了解的啊。其實(shí)M8199A是M8199B 的前面一個(gè)版本。M8199A 剛開始采樣率是128GSa/s, 65GHz的帶寬，只能產(chǎn)生100G 稍多一點(diǎn)點(diǎn)的波特率的信號(hào)，那么之后，我們對(duì)M8199A進(jìn)行了升級(jí)，加了一塊叫做交織器的板卡，它將兩路M8199A的通道合成了一路，這樣它的采樣率直接翻倍，就可以產(chǎn)生單波200G 的信號(hào)了。M8199B呢，在交織器后面，我們還加了放大電路，并集成到了模塊內(nèi)部，這樣可以使得輸出電壓比以前大的多，且?guī)捯沧隽颂嵘Ｋ詮男盘?hào)質(zhì)量來說，M8199B 產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)比M8199A優(yōu)異。另外，我們的M8199B 是一個(gè)高性能的傳輸，所以它的前面板是1mm 的連接頭，M8199A 依然是1.85mm的連接頭。所以在信號(hào)速率達(dá)到160G波特率以上時(shí)候，我們更推薦M8199B。

3. 國內(nèi)現(xiàn)有的采樣測90GHz以上的設(shè)備是否已經(jīng)普及？

張曉答：

對(duì)于采樣示波器來講，從安捷倫時(shí)代開始，就是行業(yè)的一個(gè)標(biāo)桿，對(duì)于Tx 測試，基本上都是用采樣示波器。如果是信號(hào)到了90GHz及以上這個(gè)速率，這個(gè)儀表就是必備了。

4. M8050A最高能產(chǎn)生多少G波特率的信號(hào)？

顧磊答：

最高到120GBd。

5. M8199B最高采樣率是多少，模擬帶寬是多少？

張曉答：

M8199B 任意波形發(fā)生器的最高采樣率為256GSs/s, 80GHz的模擬帶寬，在最高速率輸出時(shí)候，信號(hào)幅度可以達(dá)到3V。可能我把這些指標(biāo)一放，你就知道AWG 是做什么的了，它可以說是為高速光通訊芯片、驅(qū)動(dòng)芯片、DSP芯片量身定制的一款儀器。

它的高性能，使它不僅能產(chǎn)生單波200G的信號(hào)，甚至可以產(chǎn)生160Gbaud的信號(hào)。另外在2024年OFC 展會(huì)上，單波400G的研究用的就是是德科技這款M8199B。它還被用于1.6T 單載波相干光的研究中。

6. M8050A與哪種類型的示波器組合可以測試誤碼率？

張曉答：

目前我們M8050A 中的PG M8042A 可以產(chǎn)生120GBaud 信號(hào)。配套的ED 是做到了64GBaud。對(duì)于64GBaud以上的誤碼比較，我們目前的方案是基于實(shí)時(shí)示波器。因?yàn)閷?duì)于這么高速率的信號(hào)，它的原始誤碼率已經(jīng)不需要做到10-12 次方，如果你對(duì)規(guī)范理解的話，從802.3bj開始，我們只需要測到10-5或者-6 就可以了。我們的UXR-B 系列示波器，標(biāo)配存儲(chǔ)200Mbps，選配可以到2Gbps，所以理論上我們可以直接給出10-8 -9的誤碼率，所以我們推薦的方案呢，測試224Gbps信號(hào)的誤碼率，可以使用80GHz帶寬的UXR實(shí)時(shí)示波器做為接收機(jī)。測試112Gbps信號(hào)的誤碼率，可以直接使用M8050A上集成的Error Detector模塊做為接收機(jī)。

7. 同屬于信號(hào)源，AWG與BERT有什么區(qū)別？

顧磊答：

誤碼儀（BERT）是依靠硬件的移位寄存器來產(chǎn)生高速電信號(hào)，而任意波形發(fā)生器(AWG)是依靠高速的DAC來播放存儲(chǔ)在內(nèi)存空間中的文件來產(chǎn)生高速電信號(hào)。它們各有優(yōu)勢，譬如第一，M8050A 可以產(chǎn)生長碼型，譬如PRBS 31, M8199B 受限于1M 的內(nèi)存，最多只能產(chǎn)生長度等于PRBS 16 偽隨機(jī)碼的信號(hào)。第二，M8050A PG端的編碼格式有NRZPAM 4 PAM6PAM8, M8199B 還能生成PAM15 PAM16等，還能產(chǎn)生16QAM 64QAM 這樣的IQ 的電調(diào)試信號(hào)。第三，M8050A PG端是7階的Tap 均衡，而M8199B 由于是模擬的方式產(chǎn)生的電信號(hào)，它甚至可以做到幾十階的tap 均衡，這對(duì)于芯片的研發(fā)客戶是非常有利的。因此，目前的情況是，研發(fā)型的客戶更偏愛M8199B，生產(chǎn)型的客戶更偏愛M8050A。

張曉補(bǔ)充答：

AWG 和BERT 都屬于信號(hào)源范疇。BERT的全稱是誤碼比特率測試儀，它的理論是比較簡單的，主要包括碼型產(chǎn)生和碼型比較，先產(chǎn)生一個(gè)碼型，通過碼型比較，接收碼型，去測試它的誤碼率。所以BERT 產(chǎn)生的基本都是數(shù)字信號(hào)，隨著技術(shù)的發(fā)展，以前光這邊主要是OOK的調(diào)制，電的是NRZ的碼型，到32G PCIe 5.0 以后，基本大家都采用了PAM4的信號(hào)，譬如PCIe 6.0 以太網(wǎng)802.3bs 以及224G，這部分都是用BERT來產(chǎn)生的。那AWG 和BERT最大的區(qū)別是什么呢？AWG 只有PG, 也就是碼型產(chǎn)生單元，如果你需要測試誤碼率，你的芯片里需要有ED。AWG 就是一個(gè)高性能DA，外加一些外圍的放大電路、濾波電路、調(diào)節(jié)電路等。一句話，它可以產(chǎn)生它性能以內(nèi)任意波形。它還能產(chǎn)生BERT所不能產(chǎn)生的一些碼型，譬如產(chǎn)生有幅度和相位的相干光的波形。QPSK,QAM16 QAM32 QAM 64。脈沖，調(diào)制脈沖，只要你能在Matlab 中編出來的碼型，只要采樣率帶寬滿足，就能在AWG中實(shí)現(xiàn)。所以AWG是一個(gè)多才多藝的儀表。當(dāng)然它也有缺陷，受制與存儲(chǔ)深度，碼型長度不能這么深。不過這個(gè)問題，我們已經(jīng)解決，我們推出了我們深存儲(chǔ)版本的AWG M8198A 。另外由于原理架構(gòu)不同，AWG 導(dǎo)入一個(gè)波形可能需要幾分鐘，BERT 只需要10幾秒，所以芯片用戶會(huì)有一些權(quán)衡?？偨Y(jié)一下，在光通信領(lǐng)域，AWG 和BERT 都有廣泛的應(yīng)用。

8.目前交換機(jī)芯片速率做到了多少T?

顧磊答：

目前交換機(jī)速率，25.6T 已經(jīng)是大規(guī)模商用的一個(gè)交換機(jī)速率，一些頭部廠商在51.2T有了一些樣機(jī)，未進(jìn)入量產(chǎn)階段。目前有的廠家采用LPO的形式，有些是用傳統(tǒng)的帶DSP的可插拔光模塊，甚至我看到有些廠家已經(jīng)在51.2T 交換機(jī)上用上了CPO 和NPO 技術(shù)。所以，目前市場上51.2T 交換機(jī)還處于一個(gè)小批量樣機(jī)的階段，而102.4T 的交換機(jī)還沒有做出來，這個(gè)前提條件你的SerDes 速率得達(dá)到200G，然后你用512 lane，200G乘以512等于102.4T。

以上就是關(guān)于交換機(jī)速率發(fā)展的一些回答。

9. 我們有哪些手段來應(yīng)對(duì)功耗墻問題？

顧磊答：

功耗墻的問題，是在做51.2T 交換機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。它的功耗密度過大，你想一個(gè)51.2T的交換機(jī)，它的前面板上要插多少400G 或者800G的光模塊，那么每一個(gè)光模塊（指非LPO光模塊）里面，它里面都有1個(gè)DSP芯片，占了50%的功耗，會(huì)產(chǎn)生非常大的熱量?！つ壳敖粨Q機(jī)上的風(fēng)冷技術(shù)，要把熱量完全排除到機(jī)箱外面保證核心芯片的安全，光芯片對(duì)于溫度非常敏感，為了不讓電芯片的熱量影響到光芯片，我們需要把光模塊的熱量及時(shí)排出去?，F(xiàn)在光模塊的尺寸非常小，就拿800G 光模塊的OSFP 或者QDD封裝來說，尺寸小通道多，全部集成在一塊PCB上。有一個(gè)細(xì)節(jié)啊，現(xiàn)在交換機(jī)上的風(fēng)扇功耗比起6.4T 的交換機(jī)已經(jīng)提升了11倍，對(duì)于這些提升的能耗，我們?yōu)榱斯?jié)約能耗，考慮采用液冷的技術(shù)，會(huì)更有效率把熱量從光模塊導(dǎo)出到數(shù)據(jù)中心，然后呢，我們再把數(shù)據(jù)中心建在海底下或者高緯度寒冷地區(qū)，來進(jìn)一步節(jié)省能耗。

還有前面提到的SerDes芯片的功耗啊，也是提升了25倍，這個(gè)功耗想要減少，目前行之有效的方法，一是去掉SerDes芯片，采用LPO或者NPO方案，另一種就是減小線程，不僅能提高帶寬，還能節(jié)省功耗，所以線程從最開始的28nm，14nm，到現(xiàn)在7nm 5nm 甚至3nm。

以上就是我對(duì)于應(yīng)對(duì)功耗墻的一些見解。

如果你有興趣，可以觀看 高性能誤碼儀——解碼下一代數(shù)據(jù)中心 的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì) 的回放，一起探索是德科技高性能AWG 和BERT 在AI 時(shí)代下如何推動(dòng)電氣以及光通信技術(shù)的發(fā)展，獲取更多關(guān)于數(shù)據(jù)中心、光通信、以太網(wǎng)技術(shù)的洞察！

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