賽靈思成功首演28Gbps串行收發(fā)，400Gbps通信成為現(xiàn)實(shí)

提起《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》(黑魔書(shū))的作者Howard Johnson，估計(jì)工程師無(wú)人不曉，此公這本書(shū)被全球公認(rèn)為信號(hào)完整性天書(shū)!在中國(guó)，幾乎每個(gè)硬件工程師都下載過(guò)他的這本著作，這個(gè)高速信號(hào)設(shè)計(jì)大牛30年前的還是一電視修理工，之后用了9年時(shí)間完成了從學(xué)士到碩士到博士的學(xué)歷教育，他發(fā)明了語(yǔ)音壓縮算法，參與了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，我們今天享受到的高速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)都有他的功勞，作為一個(gè)高速信號(hào)權(quán)威，Howard Johnson的評(píng)論無(wú)疑決定著一個(gè)器件的應(yīng)用前景，近日，Howard Johnson博士在賽靈思官網(wǎng)上發(fā)布的一段視頻中對(duì)賽靈思的Virtex-7 HT FPGA的28Gbps串行收發(fā)器進(jìn)行了演示。為什么Howard Johnson博士會(huì)對(duì)賽靈思的這款器件與如此濃厚的興趣呢?

這段演示顯示器件測(cè)試是采用了PRBS31模式，PRBS是Pseudo Random Binary Sequence的縮寫(xiě)，即“偽隨機(jī)二進(jìn)制序列”的意思。PRBS碼的周期長(zhǎng)度與其階數(shù)有關(guān)，常用的階數(shù)有7、9、11、15、20、23、31，也就是我們常說(shuō)的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。PRBS碼流的階數(shù)越高，其包含的碼型就越豐富，就越接近真實(shí)的線網(wǎng)環(huán)境，測(cè)試的結(jié)果就越準(zhǔn)確。所以演示中的碼流是最有挑戰(zhàn)性的。

一、全球成功首演28Gbps串行收發(fā)器讓400Gbps通信成為現(xiàn)實(shí)

在演示中，Howard Johnson博士重點(diǎn)介紹了連接新一代CFP2光纖模塊所需的超廣視角和抖動(dòng)性能，也介紹了賽靈思的這款28Gbps收發(fā)器蘊(yùn)含的意義，原來(lái)，這個(gè)全球首款28Gbps收發(fā)器意味著我們可以進(jìn)入100Gbps和400Gbps帶寬應(yīng)用時(shí)代了。

“我們5年前就在從事28Gbps收發(fā)器的開(kāi)發(fā)，我們要提供一個(gè)成熟可用的產(chǎn)品。”近日，在賽靈思深圳Virtex-7 HT FPGA新聞發(fā)布會(huì)上，賽靈思(Xilinx)公司Serial IO高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Panch Chandrasekaran指出：“盡管我們的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在新聞稿中對(duì)外宣稱(chēng)其28nm FPGA實(shí)現(xiàn)了66個(gè)28Gbps收發(fā)器，但實(shí)際上他們至今給客戶(hù)演示的28nm FPGA只有4個(gè)28Gbps收發(fā)器(而且實(shí)際性能只有25Gbps)。Virtex-7 HT系列FPGA的性能更勝一籌，28Gbps收發(fā)器數(shù)量是他們的4倍、實(shí)現(xiàn)總帶寬是他們的2.8倍、邏輯門(mén)數(shù)是他們的1.4倍、存儲(chǔ)器容量是他們的1.3倍。”
在他公布實(shí)際眼圖中，我們看到，賽靈思的28Gbps收發(fā)器眼圖開(kāi)啟的很好，學(xué)過(guò)通信人都知道，眼圖的“眼睛”張開(kāi)的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越小;反之表示碼間串?dāng)_越大。從下面兩張圖上可以清楚地看出兩個(gè)收發(fā)器的性能差異。

賽靈思的28Gbps收發(fā)器眼圖

賽靈思和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品眼圖的對(duì)比

“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的眼圖是來(lái)源他們的網(wǎng)站。”為了消除我們的疑慮，Panch解釋到。

目前，個(gè)人寬帶用戶(hù)的平均帶寬也就是2M左右，而且10Gbps應(yīng)用剛剛開(kāi)始，為什么賽靈思等公司會(huì)推出瞄準(zhǔn)400G應(yīng)用的帶28Gbps收發(fā)器的Virtex-7 HT FPGA呢?

Panch表示這主要是全球IP流量高速增長(zhǎng)產(chǎn)生的需求，據(jù)思科預(yù)計(jì)，2014 年全球 IP 流量將在 2009 年的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)四倍，達(dá)到每月 64 EB，而 2009 年的月流量約為 15 EB。到 2014 年，全球年 IP 流量將達(dá)到近 0.75 ZB(767 EB)!一個(gè)ZB等于一萬(wàn)億GB(供參考： 1B=8bit ，1KB=103B，1MB=106 ，1GB=09B，1TB=1012B，1PB=1015B拍字節(jié)約等于 1015 字節(jié)，1EB=B1018艾字節(jié)約等于 1018 字節(jié)，1ZB=1021B或 1,000,000,000,000,000,000,000 字節(jié)。

為了緊跟這一發(fā)展趨勢(shì)，通信設(shè)備廠商已經(jīng)在設(shè)計(jì)新一代100G-400Gbps 系統(tǒng)設(shè)備了，另外，為了在不擴(kuò)大外型或功耗預(yù)算的情況下最大限度地提高面板帶寬密度也需要更高速的收發(fā)器。Finisar公司高速光纖模塊市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān) Christian Urricariet 就曾表示：“為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的帶寬需求，我們預(yù)計(jì)通信設(shè)備廠商將采用新的 CFP2 型光纖模塊來(lái)設(shè)計(jì)新一代100 和 400Gbps 系統(tǒng)。這將最大限度地提高面板的帶寬密度，同時(shí)優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品的功耗預(yù)算。”

從上圖中，我們就可以看功耗密度是到通信設(shè)備商要解決的首要難題，一個(gè)交換機(jī)機(jī)柜目前可提供480Gbps總帶寬，它有48個(gè)SFP+端口刀片服務(wù)器，每個(gè)刀片服務(wù)器采用1個(gè)10GbE輸出，此時(shí)每個(gè)刀片間隔15mm，總功耗為48W。為了加大散熱間隔和減少光纖數(shù)(降低成本)，在同樣尺寸機(jī)柜里可以采用4個(gè)CFP端口刀片服務(wù)器，每個(gè)刀片服務(wù)器提供100GbE輸出，每個(gè)CFP采用10個(gè)10GbE輸入，這樣可將總系統(tǒng)帶寬提供到400Gbps，這可以將間隔減到84mm，不過(guò)這個(gè)方法提供的帶寬要低于SFP+，在以更低功耗提供更高帶寬方面，CFP落敗了。

新興的CFP2模組規(guī)范可以滿(mǎn)足這個(gè)要求，CFP2和CFP的主要區(qū)別是CFP2有“變速箱”的功能，就是可以把10個(gè)10.3125G 數(shù)據(jù)流變成4個(gè)25G數(shù)據(jù)流，所以可以提高功耗密度，一個(gè)單個(gè) CFP2 模塊可以通過(guò)4個(gè)25G光纖提供100 Gbps 帶寬(而間距為42mm)，所以，8個(gè)CFP2模塊可以提供800 Gbps帶寬，而只維持了同樣的60w功耗，其功耗密度比SFP+和CFP都高!

二、28Gbps串行收發(fā)器讓更多行業(yè)受益

賽靈思亞太區(qū)應(yīng)用市場(chǎng)總監(jiān)張宇清表示：“賽靈思此次發(fā)布的 Virtex-7 HT FPGA有16個(gè)28Gbps和72個(gè)13.1Gbps 串行收發(fā)器，總帶寬提高到2.8Tbps，這是目前業(yè)界最大帶寬。”此外，他表示Virtex-7 HT FPGA系列產(chǎn)品很豐富，適用多種應(yīng)用，例如該系列包含從290,000個(gè)邏輯單元的低成本100G“智能變速箱”芯片到包含870,000 個(gè)邏輯單元的全球首款400Gbps FPGA，其中支持100Gbps、2 x 100Gbps 或400Gbps 接口、高效連接、基于3Gbps 或6Gbps 的傳統(tǒng)系統(tǒng)端接口和 10Gbps ASIC 及 ASSP 芯片等應(yīng)用。這意味著 Virtex-7 HT FPGA 可用于多種應(yīng)用，例如：支持 OTU-4(光傳輸單元)轉(zhuǎn)發(fā)器、復(fù)用轉(zhuǎn)發(fā)器或 SAR(業(yè)務(wù)匯聚路由器)的 100Gbps 線路卡、面向高速數(shù)據(jù)處理的低成本 120Gbps 包處理線路卡、多 100G 以太網(wǎng)端口橋、400Gbps 以太網(wǎng)線路卡、符合19.6Gbps CPRI(通用公共無(wú)線電接口)基站和遠(yuǎn)程無(wú)線電前端以及100Gbps 和400Gpbs 測(cè)試設(shè)備等等。

Virtex-7 HT FPGA總帶寬提高到2.8Tbps

實(shí)際上，除了在通信領(lǐng)域，在其他高速信號(hào)處理領(lǐng)域，例如包括雷達(dá)陣列以及偵察機(jī)在內(nèi)的航空航天和軍用產(chǎn)品應(yīng)用，Virtex-7 HT FPGA也可以大顯身手。

張宇清表示技術(shù)發(fā)展表明，到2012年，100-400Gbps應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟，從光模塊到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)成熟。“所以，XilinxVirtex-7 HT 擁有28G 生態(tài)系統(tǒng)的支持，現(xiàn)在，很多電信設(shè)備商已經(jīng)設(shè)計(jì)好了產(chǎn)品，這些都預(yù)留了光模塊的位置，屆時(shí)，插入光模塊就可以跨入100-400Gbps時(shí)代了。”

XilinxVirtex-7 HT 擁有28G 生態(tài)系統(tǒng)的支持

Panch表示其實(shí)要實(shí)現(xiàn)28Gbps收發(fā)器的挑戰(zhàn)非常巨大，首當(dāng)其沖是要解決系統(tǒng)抖動(dòng)問(wèn)題，對(duì)此，賽靈思采取的措施有：

　　1、提供滿(mǎn)足CEI-28G標(biāo)準(zhǔn)的低相位噪聲諧波鎖相環(huán)

　　2、在FPGA上有具自動(dòng)調(diào)準(zhǔn)功能的信號(hào)調(diào)整電路;

　　3、有專(zhuān)門(mén)的噪音分離架構(gòu)，這可以可將模擬和數(shù)字電路之間的噪音耦合減少5-10db。

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)抖動(dòng)

所以，好產(chǎn)品不是說(shuō)出來(lái)的而是精心設(shè)計(jì)出來(lái)的，我想，這也是賽靈思的這個(gè)28Gbps收發(fā)器產(chǎn)品贏得Howard Johnson博士青睞的主要原因!