以下文章來源于是德科技KEYSIGHT ，作者Keysight

隨著數據中心規模的不斷擴大以及AI大模型等技術的興起，市場對高速、大容量數據傳輸的需求日益增長。例如，AI訓練集群中GPU等設備之間的互聯需要更高的傳輸速率來提升效率。在技術升級方面，SerDes技術的不斷進步為單通道448G技術的發展提供了核心動力。同時，光模塊和光引擎技術的發展也為單通道448G技術奠定了硬件基礎。產業生態方面，諸多芯片廠商在SerDes技術、光模塊接口等方面的研發投入，推動了單通道448G技術的發展。

最近，OIF啟動了CEI-448G框架項目其重點是定義超過224 Gbps的下一代電口數據速率——目標為448 Gbps多級脈沖幅度調制（PAM）。
該計劃旨在通過探索接口支持、調制方案和測試方法等關鍵因素，解決實現這一高速數據速率所面臨的挑戰。對于光數據中心網絡（DCN），強度調制和直接檢測（IM/DD）可實現每通道224 Gbps 的800G以太網（800GbE）和1.6T以太網技術。雖然基于224 Gbps（112 Gbaud PAM4）的標準化仍在進行中，但關于支持3.2 TbE的448 Gbps下一代光接口的討論已經開始。224 Gbps的光電接口基于~112 Gbaud PAM4。對于448Gbps，適合電和光傳輸信道的調制格式仍然是研究人員的課題。
如下圖所示，可能的解決方案是：150 GBaud PAM8、174 GBaud PAM6和224 GBaud PAM4。

圖1. 448 Gbps的可能性解決方案

448G信號產生

448G信號主要由高性能任意波形發生器M8199B產生，具有高達256 GSa/s的采樣率和超過80 GHz的模擬帶寬，最多可達8個同步通道。可支持160 GBaud 及以上速率的新一代光電器件研發測試，可用于產生每通道高于400 Gbps的數據傳輸的信號。

圖2. 448 Gbps信號產生設備


下面我們將介紹一種基礎差分及單端信號產生的方法，并且在此基礎上介紹根據以下兩種調優448G信號的質量的方法：

• 使用兩個AWG通道創建虛擬差分通道。由于兩個通道產生的信號是相同的，因此完全相關，噪聲的主要部分是不相關的，這在理論上將導致3dB的改善。
• 使用寬帶巴倫改善M8199B的二階非線性性能，尤其是在最高輸出幅度下操作AWG時。對單端受測器件（DUT）使用虛擬差分通道方法時，也需要巴倫。

基于這兩種方法，有多種可能的硬件配置適用于差分和單端DUT。

圖3. 448G實驗示意圖

如上圖所示，最簡單的配置是SE1（上圖左上）和DIFF1（上圖左下），其直接使用M8199B AWG的單端/差分輸出通道。這些配置是本文分析所采用的基準配置。
對于單端配置，寬帶巴倫被放置在一個差分AWG輸出處，以改善共模二階非線性（SE2-上圖中上）。通過使用兩個AWG通道來創建虛擬差分通道，隨后將其饋入巴倫（balun）以獲得單端輸出（SE3，圖右上角），可實現進一步的改進。
對于差分配置，可以直接使用虛擬差分信道的概念（DIFF2-上圖中下）。除了顯著改善SNR性能外，這種配置還可用于補償AWG和DUT之間的任何差分偏斜，否則會引入額外的頻率相關損耗分量。
另一種差分配置采用兩個巴倫，它們分別放置在兩個差分 AWG 輸出的輸出端（DIFF3，圖右下角）。

對于所有配置，在AWG輸出和巴倫或DUT輸入之間以及巴倫輸出和DUT輸入之間放置15 cm 1.00mm RF電纜。此外，每個N1046A DCA輸入使用一個10 dB衰減器，以將輸入幅度保持在線性工作范圍內，同時避免超過數據手冊中規定的損傷閾值。M8008A 時鐘模塊的 RefClkOut16G 輸出通過功率分配器后分別接入 DCA
trigger和 PTB 接口。
數字信號生成（包括預失真）通過Keysight的IQTools軟件實現。使用該軟件，可以在目標采樣率和AWG幅度下執行?InSystem校準。在通過巴倫組合不同AWG通道并使用單個DCA通道（例如SE2、SE3和DIFF3）進行測量的配置中，IQTools提供了一項功能，可通過“?Use separate tones”選項測量相對子通道頻率響應，從而能夠校正任何子通道失配。

448G電眼圖測試方法

通過上面的實驗示意圖，我們通過M8199B分別生成了單端及差分的448G信號，下面我們就來簡單看一下448G信號的測試。那么448G 信號如何測試呢？我們將主要使用兩種儀器作為參考接收機，其中一個選擇是DCA-X平臺搭配N1046A模塊，支持448G預研信號測試；另一種選擇是使用110G帶寬 Infiniium UXR系列示波器，也可以支持448G信號測試。

圖4. 448 Gbps研究的關鍵測試設備


基于上文環境描述，我們使用N1046A搭配N1000A平臺進行本次電信號評估，測試結果如下：

圖5. 眼圖：SE1（左）和SE3（右）的150 GBaud PAM8

圖6. 眼圖：SE1（左）和SE3（右）的174 GBaud PAM6

圖7. 眼圖：SE1（左）和SE3（右）的200 GBaud PAM4

圖8. 眼圖：DIFF1（左）和DIFF2（右）的150 GBaud PAM8

圖9. 眼圖：DIFF1（左）和DIFF2（右）的174 GBaud PAM6

圖10. 眼圖：DIFF1（左）和DIFF2（右）的200 GBaud PAM4


電PAM8和PAM6的誤碼率測量

在電誤碼率測試部分，我們使用110GHz UXR實時示波器測量了DIFF4配置的誤碼率。如下圖11所示，四根15 cm RF電纜用于將M8199B的輸出連接到巴倫的輸入。巴倫的輸出和實時示波器的輸入通過使用30cm RF電纜連接。圖12展示了DIFF4配置中連接示波器不長度的頻率響應。雖然信號生成仍使用IQTools執行，但BER測量需要M8070ADVB高級測量軟件包。BER是在運行“In System”校準后獲得的，在M8070B軟件中配置符號率和CDR參數如圖13和圖14所示，而且在這種情況下，在接收機側不使用均衡功能。

圖11.BER測量的實驗設置

圖12.考慮巴倫輸出和示波器輸入之間不同電纜長度的DIFF4頻率響應


需要注意的部分是，加載到 M8199B 中的數據碼型必須匹配其內存大小和波形粒度。針對 PAM6 和 PAM8 均使用了定制的 4096 符號碼型。M8199B 以 243.75 GSa/s 的采樣率產生 150 GBaud 信號，以 255.5625 GSa/s 采樣率產生174 GBaud 信號。每次更改采樣率時，均需在 IQtools 中執行 “InSystem”校準。差分路徑的自動去偏斜（Auto-deskew）在 UXR Infiniium 軟件中完成。M8199B 任意波形發生器的幅度通過 M8070B 軟件固定為 1.6 Vpp。發射信號分別采用滾降系數為 0.3（PAM8）和 0.1（PAM6）的升余弦（RaisedCosine）濾波器進行脈沖整形。

圖13.BER測量：150 GBaud PAM8（DIFF4），BER=~1.5e-5

圖14.BER測量：DIFF4-174 GBaud PAM6，BER=~2.5e-6


總 結

根據本文的前面的配置后得出的實驗結果表明，使用150 Gbaud PAM8和174 Gbaud PAM6以及先進的是德科技測試和測量設備，可以實現448 Gbps的傳輸速率。用PAM4演示的最高符號率是200GBaud，實現400Gbps的數據傳輸速率。通過使用M8199B AWG來執行信號生成，N1046A DCA執行信號分析。對于所考慮的所有調制格式，演示了眼圖張開情況。使用110 GHz UXR系列實時示波器進行BER測量時，在150 GBaud PAM8時，誤碼率為~1.5e-5，而在174 GBaud PAM6時，誤碼率為~2.5e-6。
實際上，除去以上描述的在448G電信號方面的測試環境之外，是德科技也提供了448G光信號的預研測試環境，其主要包括光參考發射機N7718C以及N1032B光采樣示波器，N7718C能夠生成包括 NRZ、PAM4、PAM6 和 PAM8 波形在內的強度調制/直接檢測 (IM/DD) 信號，搭配 AWG M8199B可支持單通道速率400G 的光傳輸信號生成。N1032A/B光采樣示波器帶寬高達120GHz,主要承擔單通道速率400G 的光信號校準及測試任務。

審核編輯 黃宇