如今,很多数据中心运营商需要将其网络从100GE扩展到400GE,以支持第五代无线技术(5G)、人工智能(AI)、虚拟现实(VR)、物联网(IoT)、自动驾驶汽车等新兴技术所需的带宽和响应时间。在不到15年的时间里,数据中心的网络速度已从10GE发展到100GE。数据中心100GE网络的实施始于2014年,但由于可以提供价格更低的光纤收发器模块,因此在过去几年中进行扩建只能使成本越来越高。同时,400GE光纤收发器的研发工作正在顺利进行,预计在推出后的一年内即可达到成熟的市场定价。

下一代400GE光纤收发器需要使用更少的电能、更低的成本,并且其工作速度是100GE光纤收发器的四倍。现代的超大规模数据中心可以容纳50,000多根光纤,每端都有光纤收发器。光纤收发器设计人员需要找到一种方法来同时增加信道容量,保证质量和互操作性,并降低新400GE光纤收发器的成本。

增加频道容量

从100GE到400GE的转变是革命性的,而不是进化的。不归零(NRZ)和四电平脉冲幅度调制(PAM4)是两种可以启用400GE的调制技术。每个技术都面临自己独特的挑战。随着不归零(NRZ)设计的速度增加到28Gb/s以上,传输介质的信道损耗成为一种限制因素。需要新的多级信号调制技术,例如PAM4,以克服这种限制。然而,PAM4设计更容易受到噪音的影响。

在PAM4设计中,信噪比(SNR)较低,分析收发器设计中的噪声成为关键的测试因素。 PAM4使用前向纠错(FEC)来解决较低的信噪比(SNR)问题。FEC是一种高级编码技术,它通过链路和有效载荷数据发送所需信息以纠正错误。PAM4信号的物理层测试必须适应前向纠错(FEC)引入的新测试挑战。

保证质量和互操作性

可插拔模块的性质要求任何新的光纤收发器技术都需要经过全面测试,以符合规范,以确保在插入网络之前的质量和无缝互操作性。光纤收发器制造商必须确保其收发器严格遵守既定规范,并可与不同供应商的网络组件和光纤收发器互操作。由于收发器故障导致的网络停机时间不是数据中心运营商的选择,因为数据中心运营商已经与用户保证了服务等级协议(SLA)。

幸运的是,一些标准组织,如电气和电子工程师协会(IEEE),国际信息技术标准委员会(INCITS)和光互联网论坛(OIF),管理光收发器规范并定义测试程序,以确保符合标准和其他供应商的互操作性。对于发射器和接收器,存在不同的光学和电学测试集,并且还需要考虑它们之间的信道效应。光纤系统越快越复杂,表征和合规性测试就越耗时,并且具有挑战性。通过选择已成功通过行业标准定义的所有物理第一层特性和一致性测试的数据中心,运营商可以保证其下一代收发器的质量和兼容性。

减少测试时间和成本

光纤收发器的成本与设计的复杂性和光学组件的数量成正比。测试时间也很重要,并且有助于降低光纤收发器的总成本。根据定义的标准测量复杂规格的需求使设计和验证过程复杂化,并且需要为测试工程师提供陡峭的学习曲线。

几种技术可以显著缩短测试时间,以及降低从设计仿真到器件表征和合规性以及最终制造的收发器的总体成本。在设计阶段使用创新的仿真技术可确保首次成功并获得更高的产量。功能强大的软件模拟工具简化了设计过程,无需重新运行模拟即可实现后处理和数据分析。通过软件仿真,可以在设计周期的早期查明问题,并避免以后出现代价高昂的制造问题。

工程师们仍然在努力如何在制造生产中有效地测试PAM4模块。然而,一旦400GE光纤收发器进入制造阶段,数据的实时分析和监控可以推动制造改进和效率,降低故障和停机风险。快速控制操作或产品质量问题可提高生产率和资产利用率,减少测试时间和成本。

下一个测试挑战 - 流量加载

许多数据中心运营商正在使用软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)转向虚拟化网络。SDN是一种网络架构,可实现虚拟化网络基础设施的软件可编程网络控制。网络功能虚拟化(NFV)是一种体系结构概念,它将整个类网络节点功能自动化为可以连接以构建通信服务的构建块。一旦数据中心运营商转移到虚拟化网络,他们就需要确保数据按预期流过。并且完成2-7层的完整网络测试,其中包括软件定义网络(SDN/网络功能虚拟化(NFV)验证和流量加载,这将成为下一个需要克服的障碍。

为5G技术和物联网做好准备

400GE光纤收发器技术正在崭露头角,很快将成为数据中心的现实。随着物联网设备迅速增加到数十亿台,以及5G技术能够实现超快响应时间的新数据密集型应用,数据中心运营商将其网络升级至400GE将随时为其提供支持。数据中心运营商使用专门为验证它们而开发的测试解决方案,确保400GE光纤收发器满足所有要求的标准,是一种确保从100GE到400GE无缝迁移的最佳方法。

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