從城域數(shù)據(jù)中心互連與互連模塊測試，看數(shù)據(jù)中心未來將發(fā)展至何處？

在“第 19 屆訊石光纖通訊市場暨技術(shù)專題研討會”上，業(yè)界領(lǐng)先的光通信測試與測量解決方案提供商日本安立公司(Anritsu)專家、業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理趙雁飛發(fā)表《城域數(shù)據(jù)中心互連和高速互連模塊的測試》報告，針對城域數(shù)據(jù)中心互連方案的選擇，以及數(shù)據(jù)中心各種互連模塊的測試選擇兩個角度，來探討數(shù)據(jù)中心未來的發(fā)展。

從數(shù)據(jù)通信的整體情況來看，隨著數(shù)據(jù)增長快速提升，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接技術(shù)正在向更高速演進，數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)(DCI)也因流量的劇增產(chǎn)生新的需求。Anritsu 公司除了可以提供先進的高速誤碼儀、光電矢網(wǎng)、示波器和網(wǎng)絡(luò)測試儀用于數(shù)據(jù)中心模塊以及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)測試外，同時，Anritsu 公司還是一家光器件供應(yīng)商，可以提供泵浦激光器、增益芯片、SOA 和放大器等光電子器件?；诎擦⒐靖咚贉y試技術(shù)和光電器件技術(shù)的豐富積累，并從推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度，趙雁飛分享了 Anritsu 對數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的思考。

城域數(shù)據(jù)中心互連

在城域數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方面， 隨著各大互聯(lián)網(wǎng)公司在數(shù)據(jù)中心開放性架構(gòu)方面做出了很多探索，以及傳統(tǒng)設(shè)備提供商或模塊提供商開始進入 DCI 互連市場，光模塊面臨相干模塊和長距直調(diào)模塊的選擇。

目前，城域內(nèi)的數(shù)據(jù)中心選址半徑以 40km 和 80km 為主。如果傳輸距離在 40km 以內(nèi)，100G-ER4 模塊是更好的選擇，這類模塊已在運營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獲得大規(guī)模部署。如果傳輸距離超過 40Km, 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署就需要使用相干模塊，但是相干技術(shù)的采用很大程度將帶來更高的成本。

40km 傳輸距離場景主要采用兩類 100G ER4 模塊，一是基于 SOA(Semiconductor Optical Amplifier) 的 CFP2；二是基于 APD 的 ER4-Lite。趙雁飛認為，100G ER4-Lite 和 100G CFP2-ER4 皆存在各自的問題，例如 CFP2 模塊成本高和體積大，而 ER4-Lite 要實現(xiàn) 40km 傳輸需要滿足諸多條件，包括 FEC 要求、鏈路預(yù)算，應(yīng)用有一定的限制。但是，如果能將 SoA 集成到 QSFP28 封裝的 100G 光模塊里，那和 ER4-Lite 的對比就是成本與距離的平衡問題。

80km 傳輸距離場景，已經(jīng)有相關(guān)廠商開發(fā)出基于 SOA 的 100GE QSFP28 ZR4(FEC) 模塊，可以支持點到點 80km 傳輸，可以比較好地滿足包括數(shù)據(jù)中心互連(DCI)在內(nèi)的城域互連。與相干模塊相比，后者需要運用高階調(diào)制、復(fù)雜的相干檢測以及糾正色散所需要的 DSP 芯片。如果能滿足 80km 傳輸要求，那基于 SOA 的 100GE QSFP28 ZR4 將是一個很有競爭力的選擇，而它實現(xiàn)的關(guān)鍵就是實現(xiàn) SOA COC 的開放和耦合。

趙雁飛表示，SOA 不但可以用于 NRZ，也可以用于 PAM4 的模塊，Anritsu 通過發(fā)揮自身在光器件領(lǐng)域的技術(shù)研究，提供 SOA 模塊或 SOA COC 給到客戶使用。結(jié)合自身測試方案，搭載 SOA 的 NRZ 信號在背靠背的條件下(速率：25.781Gbit/s，輸入功率：-21dBm),Mask margin 可達 16%，E.R. 為 9.5dB。PAM4 的信號在背靠背的條件下(調(diào)制速率：53.125Gbit/s，輸入功率：-22dBm) ，TDECQ 可達 2.7dB。

高速互連模塊的測試

光模塊、有源光纜(AOC)和有源電纜(DAC)是數(shù)據(jù)中心連接主要選擇。傳輸速率上升會同步提高測試的復(fù)雜度，如何從測試的角度來提升互連模塊生態(tài)更好發(fā)展，需要在規(guī)范制定上考慮。超 100G 后的模塊將步入 PAM4 時代，預(yù)計 100G 單通道數(shù)量將未來 10 年達到 10 億個。

400G 會是下一代演進節(jié)點，而在數(shù)據(jù)中心各類 400G 光模塊中，400G DR4 模塊被認為將是一款典型的大批量產(chǎn)品。400G DR4 PAM4 測試架構(gòu)分為 53Gbaud 4 通道電接口、驅(qū)動輸出和光輸入電接口以及 400GBASE-DR4 光接口。部分因素還導(dǎo)致 400G DR4 發(fā)射端 PAM4 測試成本的增加。

一是時鐘恢復(fù)，53GBaud PHY 由于高速信號處理的方式問題，采用基于 DSP 的 Re-timer,觸發(fā)信號(PPG 輸出觸發(fā)信號)和數(shù)據(jù)信號(DSP 之后的數(shù)據(jù)信號)之間同步機制存在一定的限制，傳統(tǒng)的誤碼儀給到示波器信號進行觸發(fā)的方式不能工作。因此，400G DR4 PAM4 在眼圖測試時，就需要用到時鐘恢復(fù)從光信號提取時鐘。

二是測試時間，TDECQ 的計算采用 DSP 的方式進行處理，相比于 NRZ 的信號，還需要加均衡(Equalizer)進行處理，均衡階數(shù)的多少會影響到產(chǎn)線的測試速度，因此需要一個平衡，400G 光接口發(fā)端的均衡階數(shù)為 5(IEEE 定義)。

針對 400G DR4 測試，Anritsu 解決方案是降低設(shè)備的成本，提高測試效率。方案中使用高帶寬的采樣示波器 MP2110A，該儀表采用一體化架構(gòu)，內(nèi)置時鐘恢復(fù)，可以減少購買的成本，并兼容 25G/50G/100G/200G/400G/800G 的測試，測試速度快，可提升 PAM4 測試的計算效率。同時，Anritsu 積極參與標準的制定，包括 800G Plug MSA, IEEE, OPEN EYE MSA，以探索新的測試方法。例如 OPEN EYE MSA 的目標是降低模塊元器件成本，降低測試成本，不進行 TDECQ 的測試，代之以傳統(tǒng) EYE MARGIN 測試。

數(shù)據(jù)中心對 AOC/DAC 也存在大量需求，從物理結(jié)構(gòu)上來看，DAC 和 AOC 測試都是從電接口進行測試，但是使用的測試儀表有很大區(qū)別。AOC 主要采用電采樣示波器和誤碼儀，DAC 采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。趙雁飛認為，為了減少測試系統(tǒng)的復(fù)雜性，應(yīng)當簡化相關(guān)的測試內(nèi)容，采用相對低成本的方案替代。Anritsu 解決方案推出 MS46524B 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，以高性價比支持到 43.5G 的 DAC 四端口測試，以及 MP2100B/MP2110A 一體機，同時測試 AOC 眼圖和誤碼率。

在數(shù)據(jù)中心高速發(fā)展的時代，業(yè)界需要更多的創(chuàng)新性思維，例如基于 SOA 的光模塊對 DCI 提供了另外一種選擇。數(shù)據(jù)中心的高速連接測試在保證性能的前提下，業(yè)界需要思考如何降低測試設(shè)備成本和測試時間，Anritsu 愿意攜手光通信產(chǎn)業(yè)鏈推進數(shù)據(jù)中心高速互聯(lián)的發(fā)展。