導(dǎo)言

近幾年來，數(shù)據(jù)中心，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和高性能計算市場的高性能/低功耗半導(dǎo)體芯片組的激增，推動了互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)的巨大增長。新型創(chuàng)新的SerDes技術(shù)必須提供更高帶寬，鏈路可靈活擴(kuò)展和端到端信號完整性，這些要求可滿足高達(dá)800G的高級網(wǎng)絡(luò)（單通道28Gbps，56Gbps或112Gbps串行連接）的需求。

為了使這些超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實，“Pathfinding”正在成為業(yè)界各路英豪們的日常任務(wù)以尋找新的設(shè)計和測試驗證方法。事實上，發(fā)射器和接收器芯片組可以采用傳統(tǒng)的眼睛張開技術(shù)，例如決策反饋均衡器（DFE），也正在嘗試引入較新的方法（例如通道工作裕量（COM））來實現(xiàn)最快的鏈路。

01.

800背板設(shè)設(shè)計中的COM測量和驗證方法

首先，什么是高速鏈路設(shè)計的“COM”？

高速鏈路設(shè)計的“COM”，全稱：Channel Operating Margin，可翻譯成通道工作裕量。“COM”是當(dāng)前業(yè)界物理層設(shè)計人員早期評估開發(fā)設(shè)計空間以及優(yōu)化通道物理參數(shù)的強(qiáng)大工具，因此可以克服眼圖和BER等傳統(tǒng)的通道性能指標(biāo)分析的局限。通道工作裕量（COM），以dB表示的信噪比，它是一個相對較新的品質(zhì)因數(shù)，它同時考慮了無源信道和有源信道成分。

隨著數(shù)據(jù)速率超過100Gbps，通過/失敗的余地變得越來越具有挑戰(zhàn)性，開發(fā)高速數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)的工程師認(rèn)識到需要進(jìn)行更多實際測試，從而使物理層信號設(shè)計工程師和通道工程師都擁有更多的設(shè)計自由。從而進(jìn)入通道優(yōu)化領(lǐng)域，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)換為物理介質(zhì)（插入損耗，串?dāng)_，噪聲因子）的組合優(yōu)化，同時實現(xiàn)了主動均衡（預(yù)/去加重，CTLE，DFE） 。通過為給定的物理輸入迭代選擇最佳均衡，COM完全適合此優(yōu)化任務(wù)。

我們來看一個測試實例?

圖1? COM測試結(jié)果報告

那么，COM測試結(jié)果如何？

當(dāng)前在討論COM的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)包括以太網(wǎng)IEEE STD 802.3?委員會相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及對光鏈路電氣部分的光互聯(lián)論壇（OIF）。
此外，當(dāng)今的測試方法還是有一定局限性的，因為串行組件的附加余量通常會在更高的數(shù)據(jù)速率下產(chǎn)生過低的良率。通過使用COM中的高級的新概念算法以巧妙的方式更改不同組件裕量的搭配，可以在不犧牲整體通道性能的情況下提高良率和產(chǎn)量。
此外，可以使用數(shù)字設(shè)計人員使用的傳統(tǒng)指標(biāo)，例如眼圖，如圖2所示的56 Gbps PAM4眼，只要信道損耗和串?dāng)_不影響眼圖張開即可。

圖2 COM整體裕量分配下的56Gbps PAM-4眼圖

在這種情況下，可以將眼圖與COM結(jié)合使用，以權(quán)衡性能。但是，為了增加比特率，損耗和串?dāng)_，接收到的波形不會睜開眼睛，因此必須應(yīng)用接收均衡（CTLE，DFE等）來實現(xiàn)可靠的比特接收。在后一種情況下，COM是評估通道性能的最佳方法。

02.

針對56 Gbps及以上的通道設(shè)計優(yōu)化高速連接器模型

超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中使用的高速數(shù)字連接器既需要建模也需要進(jìn)行相關(guān)測量的一致性評估，才能滿足當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施對帶寬的苛刻要求。

現(xiàn)在至關(guān)重要的是，在從子卡(Mezzanine)系統(tǒng)到背板互連到SERDES芯片組的整個通道中，都必須具有較高的信號完整性。與BER和眼圖的傳統(tǒng)指標(biāo)相比，使用56Gbps及更高速率的新興應(yīng)用需要新的驗證方法，以避免不必要地浪費(fèi)通道裕量。通道工作裕量（COM）的品質(zhì)因數(shù)以及測量/仿真相關(guān)性正成為設(shè)計周期的關(guān)鍵部分。

這篇分享文章中提出的測試案例的分析將通過提供對此類組件（作為通道的關(guān)鍵部分）的深入分析，來對適用于高達(dá)112 Gbps的差分互連的高速連接器進(jìn)行廣泛的驗證。連接器模型與實驗結(jié)果在時域和頻域中的直通和串?dāng)_響應(yīng)之間的全面相關(guān)性為后續(xù)通道設(shè)計提供了可靠的連接器模型。將COM新測試方法用于連接器模型設(shè)計，以準(zhǔn)確預(yù)測如何以當(dāng)今的超快數(shù)據(jù)速率優(yōu)化信道性能。

具體來說，通過背板和銅纜進(jìn)行芯片間通信的通道設(shè)計依賴于在物理和電氣約束方面的多個方面的權(quán)衡。因此，必須準(zhǔn)確預(yù)測所需的布局面積，通道長度和損耗，串?dāng)_控制以及Tx（預(yù)加重/去加重）和Rx（CTLE和DFE）SERDES的均衡方案和拓?fù)?，以最大程度地降低成本并避免通道過度設(shè)計。

因此，應(yīng)適當(dāng)評估通道的設(shè)計裕度，以超過通過/失敗閾值。當(dāng)數(shù)據(jù)速率超過100 Gbps時（即在最新的以太網(wǎng)開發(fā)中，基于112 Gbps PAM4的鏈路），這種通道設(shè)計和優(yōu)化就顯得尤為重要。銅纜和背板上的芯片到芯片鏈接通常采用高速連接器。傳輸鏈路工程設(shè)計過程可以控制芯片的放置和扇出，以及底板互連布局直至連接器接口。

但是，設(shè)計人員在組裝通道模型以評估整體性能時通常需要依賴第三方連接器數(shù)據(jù)。當(dāng)需要使用外部資源時（即在連接器的情況下），可靠的通道建模以及隨之而來的對其工作裕量的準(zhǔn)確預(yù)測包括兩個主要步驟。第一個是對可用數(shù)據(jù)（或模型）的驗證，第二個是對連接器性能的深入分析，以確保其可靠使用。

第二篇分享文章的目的是提出一種用于速度高達(dá)112 Gbps的差分互連的高速連接器的驗證。此外，深入研究了分析此類通道組件性能的關(guān)鍵步驟，以評估其是否可以可靠地應(yīng)用于預(yù)期的通道，以通過背板進(jìn)行芯片間通信。

圖3? 高速連接器鏈路架構(gòu)

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