本專欄不定期解讀測試行業(yè)標準，歡迎大家在評論區(qū)提出你想要了解的測試標準或者關(guān)于標準以及測試的問題，是德科技測試工程師會給你解答。是德科技作為全球領(lǐng)先的測試與測量技術(shù)公司，長期致力于推動技術(shù)標準化和測試方法的完善，為行業(yè)提供全面的測試解決方案。

原文作者：

John Calvin

是德科技戰(zhàn)略規(guī)劃師和數(shù)據(jù)通信技術(shù)主管

以太網(wǎng)聯(lián)盟董事會成員

翻譯：是德科技（中國）有限公司市場部

本文深入探討了 IEEE 以太網(wǎng)標準的發(fā)展以及這些標準如何推動下一代數(shù)據(jù)中心及人工智能。

主要內(nèi)容如下：

IEEE 以太網(wǎng)標準簡史

IEEE Std 802.3df 和 IEEE P802.3dj 標準的更新

助力下一代超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心

基于1985 年首次發(fā)布的 IEEE Std 802.3 最初標準，IEEE Std 802.3df 和 IEEE P802.3dj 標準代表了以太網(wǎng)標準的最新進展。這些新標準正在為下一代以太網(wǎng)技術(shù)鋪路，其聚合鏈路速度將達到 200 Gb/s、400 Gb/s、800 Gb/s 和 1.6 Tb/s。這些技術(shù)專為滿足新興的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、大型語言模型 (LLM) 以及機器學習 (ML) 應用需求而設計，有望顯著提升性能和可擴展性。

這些標準在光信號和電信號技術(shù)的媒體訪問控制(MAC, Media Access Control)、管理系統(tǒng)和物理層規(guī)范方面引入了創(chuàng)新。在光學領(lǐng)域，它們利用單模光纖信號調(diào)制和探測技術(shù)，實現(xiàn)了物理介質(zhì)附件 (PMA, Physical media Attachments) 的性能指標能夠支持從 采用PAM4 信令調(diào)制的500 米到采用DP?16QAM調(diào)制的 40 公里距離。它們的問世代表著光學技術(shù)的重大進步，增強了不同距離的數(shù)據(jù)傳輸能力。

最新的 802.3 標準

在電氣方面，這些標準建立了單通道212 Gb/s 接口的新基礎，旨在支持從直接連接銅纜 (CR, Direct Attach Copper) 、芯片到模塊 (C2M)、芯片到芯片 (C2C) 和背板 (KR) 接口的一切。最具技術(shù)和工程挑戰(zhàn)性的電氣接口是 C2M 接口，它是 QSFP 或 OSFP 模塊光纖配置中使用的主要物理層接口，支持 104 Tb/s 交換技術(shù)的興起。它是下一代人工智能、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵組成部分，也是下一代 1.6 Tb/s 銅纜和光纖互連需求的核心。

IEEE 以太網(wǎng)標準簡史

讓我們一起看下近期和當前的 IEEE 標準，這對于正確預測未來發(fā)展至關(guān)重要。

IEEE 標準 802.3ck?2022 規(guī)定了每通道 106 Gb/s的物理層和針對100，200 和 400Gb/s 聚合接口的管理參數(shù)。

IEEE Std 802.3df?2024制定了 400 和 800 Gb/s 的媒體訪問控制和管理參數(shù)，以及重新使用現(xiàn)有的每通道 106 Gb/s 物理層技術(shù)。

IEEE P802.3dj （預計 2025 年完成）制定了針對1.6 Tb/s聚合接口的每通道 212 Gb/s 的物理層和媒體訪問控制，以及 針對200 Gb/s、400 Gb/s、800 Gb/s 和 1.6 Tb/s 聚合接口的管理參數(shù)。

IEEE P802.3dj 標準延續(xù) IEEE Std 802.3 的開發(fā)節(jié)奏，以支持對更高速、更高效的電、光信號傳輸?shù)男枨?。本文將主要關(guān)注在開發(fā)中的新的 IEEE P802.3dj 的 212 Gb/s 物理層接口。這種新的物理接口突破了電光傳輸系統(tǒng)、連接器和 SerDes 設計的界限（圖 1）。

圖1. 典型的802.3dj主機測試點模型

目前，IEEE P802.3dj 已內(nèi)置多個已知的信道參數(shù)。最值得注意的是一個信道曲線，該曲線始于發(fā)射機的芯片Die-bump測試點 (TP0d)，止于接收機的芯片Die-bump測試點 (TP5d)。這兩個測試點之間的標稱損耗為 40 dB，信號奈奎斯特頻率為 53.125 GHz。圖 1 展示了一個典型的主機模型，該模型包含 TP1a，用于評估 C2M 配置和 TP2 測試點（從無源電纜的角度）。

IEEE P802.3dj 推動以太網(wǎng)帶寬提升

IEEE P802.3dj 引入非對稱損耗模型，以滿足各種 C2M、CR、KR 和 C2C 配置中信道損耗優(yōu)化的架構(gòu)需求。目前已提供多種主機信道損耗配置的草案，范圍包括：主機低損耗約 6 dB、主機標稱損耗約 11 dB 以及主機高損耗約 16 dB。

SerDes 封裝模型、主機損耗曲線和主機一致性測試夾具的組合將損耗曲線傳送至第一個可訪問的測試點：在 CR 電纜拓撲中稱為 TP2 的位置，或在 C2M拓撲中類似地稱為 TP1a 的位置。在 C2M 中，此損耗最高可達 32 dB（圖2）。

圖2. 典型的 802.3dj

低損耗、標稱損耗和高損耗測試配置文件

硅片 TP0d 和 TP1a 之間的插入損耗可能在各種允許的主損耗曲線范圍內(nèi)，目前標準尚未最終確定。32 dB 的凈高損耗曲線可作為本文提出的電氣驗證挑戰(zhàn)的一個獨特案例研究。圖 2顯示了這些插入損耗以及測試結(jié)構(gòu)上的典型回波損耗參數(shù)。53.125 GHz 處的標記指示了通常受控的插入損耗限值。

大多數(shù)電氣驗證測量都基于 TP1a（主機輸出規(guī)范）。這些測量包括許多常見的操作，例如信噪失真比 (SNDR)、穩(wěn)態(tài)發(fā)射機電壓 (Vf) 和電平分離不匹配率 (RLM)，這些操作均包含在 IEEE P802.3dj（草案）第 176D 條（TP1a主機輸出規(guī)范）。

IEEE P802.3dj 已進一步努力協(xié)調(diào)TP2 銅纜 (CR) 測試驗證和 TP1a C2M 技術(shù)之間先前截然不同的驗證方法，這兩個測試點實際上是同一個測試點。對于熟悉前幾代 C2M 技術(shù)（53.125GBd PAM4）的設計人員來說，最顯著的變化是在 IEEE P802.3dj 的 TP1a 測試點引入了抖動規(guī)范。

IEEE P802.3dj 中的抖動規(guī)范主要源自早期第 120D.3.1.8.1 條中的技術(shù)，該技術(shù)檢查 PRBS13Q (PAM4 PRBS13Q) 測試模式中的一組 12 個特定邊沿(12 strategic edges)，以提取相關(guān)的抖動特性。此處使用的關(guān)鍵抖動規(guī)范包括 以1:104的概率評估非相關(guān)抖動(J4u) 、不可補償?shù)臍堄郕RMS以及奇偶抖動分量EOJ。發(fā)送快速邊沿測試信號（5ps 轉(zhuǎn)換時間）通過 32 dB（53 GHz 時）組合封裝、主機損耗和測試適配器接口將對信號進行顯著的低通濾波。這種濾波和信號記憶效應的綜合衰減，導致 PRBS13Q 或 PRBS9Q 信號流中所有單電平、雙電平和三電平轉(zhuǎn)換的符號間干擾 (ISI) 更高，邊沿斜率更低。這些濾波損傷的影響，在很大程度上解釋了實際測量結(jié)果與仿真結(jié)果之間的差異。

具體來說，較低的斜率會導致較大的抖動值，因為垂直噪聲產(chǎn)生的抖動與噪聲幅度除以邊沿的斜率成比例。同時，ISI 的增加會導致不同邊沿之間的抖動變化更大。但這些影響并不對稱，因為單級邊沿轉(zhuǎn)換受到的影響最大（抖動最高、變化性最高），兩級轉(zhuǎn)換的影響適中，三級轉(zhuǎn)換的影響較小。

圖 3 繪制了 IEEE 802.3ck 中選定的 12 個轉(zhuǎn)換的JRMS值，這些轉(zhuǎn)換是 PRBS13Q 模式中 8191 個轉(zhuǎn)換的子集。三電平轉(zhuǎn)換的JRMS值用紅色星號表示，藍色圓圈和綠色菱形分別代表雙電平和單電平。

圖3. 12階JRMS2與 (1/Slew-Rate)2的關(guān)系

該圖左下角的三級躍遷具有最低的JRMS值和最低的可變性，而穿過更高（向上和向右）的兩級和單級躍遷具有較高的JRMS以及更大的可變性。這準確地描述了高損耗信道末端發(fā)生的情況，有時被稱為信道誘導(channel-induced)抖動放大。由于這種可變性，當前的流程是將抖動測量僅隔離到三電平轉(zhuǎn)換，JRMS03和 EOJ03 符號的由來正是源于此。

深入研究 IEEE 802.3dj 最新提案

根據(jù)最新的提案，IEEE 802.3dj D1.3 提供了更大的靈活性（圖 4）。

抖動可在任意三電平轉(zhuǎn)換上測量。結(jié)果分別使用上升沿和下降沿報告，從而最大程度地減少抖動參數(shù)。此外，測試可以使用 PRBS9Q 或 PRBS13Q 碼型進行。

圖4. 電氣參數(shù)抖動和VEC測量

圖 4 顯示了PRBS13Q 碼型中所有三電平轉(zhuǎn)換的JRMS值，左下角以?色圈出了最佳上升沿和下降沿結(jié)果。使用JRMS03以及本最新提案對抖動屬性進行分類的目的是將注意力集中在發(fā)射機屬性上，同時盡可能地降低高信道損耗的影響。

圖 5 展示了典型的物理層抖動驗證。抖動分解傳統(tǒng)上強調(diào)所有 12 個可用的 PAM4 跳變。

對于 IEEE P802.3dj，草案規(guī)范側(cè)重于一組有限的上升沿 0 到 3 和下降沿 3 到 0 的跳變（稱為三電平抖動規(guī)范）。在本例中，J4U03報告值為 95mUI（3?>0 或 0?>3 中的較大 者），而標稱規(guī)范限值為 135mUI。

圖5. 12 邊沿抖動分解

重點關(guān)注三電平 PAM4 轉(zhuǎn)換

圖 6 顯示了三電平轉(zhuǎn)換JRMS03和EOJ03。與J4u報告上升或下降三電平抖動項中最大值的方式類似，此分解顯示JRMS03最大值為 14.5mUI，而標稱限值為 23mUI，EOJ03最大值為 21.9mUI，而標稱限值為 25mUI。

圖6. 12 邊沿JRMS和EOJ分解

重點關(guān)注三電平PAM4 轉(zhuǎn)換

擴展 IEEE Std 802.3

IEEE Std 802.3df 和 IEEE P802.3dj 聯(lián)合標準標志著以太網(wǎng)演進的分水嶺，延續(xù)了原始 IEEE Std 802.3 標準的傳統(tǒng)。隨著 IEEE Std 802.3 標準的持續(xù)發(fā)展，這些進步將在支持未來高速、高容量網(wǎng)絡、推動數(shù)據(jù)密集型人工智能應用發(fā)展以及塑造以太網(wǎng)技術(shù)的未來方面發(fā)揮根本性作用！

AI 高速以太網(wǎng)講義配套視頻版本：

聽以太網(wǎng)測試專家講解以太網(wǎng)的發(fā)展歷程、網(wǎng)絡架構(gòu)和應用場景等。了解是德科技如何助力 AI 時代，為大規(guī)模數(shù)據(jù)中心提供高速、高效的網(wǎng)絡測試方案。

關(guān)于以太網(wǎng)聯(lián)盟

以太網(wǎng)聯(lián)盟是以太網(wǎng)領(lǐng)域的行業(yè)權(quán)威機構(gòu)，致力于推動以太網(wǎng)技術(shù)的全球發(fā)展和普及。該聯(lián)盟始終致力于通過舉辦互操作性活動來驗證最新技術(shù)在實際系統(tǒng)和互連上的應用，從而加速 IEEE 標準的部署。

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