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数据中心高速铜缆“芯”未来

  最终,25G有关的产物带来了料想的收益,通过DAC+ACC的布线方案,成底细对付保守AOC方案,低落了40%,现网毛病率由本来的0.3%低落一个数量级。

  显而易见,以25G为例。在本钱,功耗和功效庞大性等各方面,Repeater方案都有着较着的劣势,因而咱们取舍了Repeater方案。

  通讯行业硬件本钱优化离不开的大准绳:单从资料层面上讲,InP比Si贵,Cu比Si贵。跟25G一样,DAC和ACC必然有一个交壤点,同样的长度下,ACC必然比DAC廉价;在50G PAM4下,以200G1分2铜缆为例,2.5m就是这个本钱变迁的交叉点,跨越2.5m的铜缆使用,用ACC不只机能裕量更大,并且分析本钱更低。

  方才提到,比拟较25G NRZ信号,50G PAM4信号对ACC的机能要求高了良多。起首,PAM4信号单个眼的信号能量比不异幅度的NRZ信号少了9.5dB,所以对Redriver芯片的噪声机能要求提高了。其次,PAM4信号的多电平特征必要Redriver芯片有更好的线性度,从而连结三个眼张开的分歧性。最初,PAM4信号比划一波特率的NRZ信号对上升/降落沿的要求更高,这象征着必要更多的高频弥补。用于50G PAM4 ACC的Redriver芯片必要同时实现更低的噪声,更高的带宽和线性度。可是,噪声和带宽以及Redriver供给的高频增益是彼此抵牾的,为领会决这个问题,进一步优化噪声战争衡威力之间的折中,咱们在新一代的Redriver芯片中插手了噪声抵消手艺(Noise CancellingTechnique,NCT)。其事情道理如下图:平衡器里的晶体管在Y点的输出噪声通过反馈收集同相拷贝到了输入X点。另一方面,Y点的输出信号和X点的输入信号是反向的。通过引入前馈收集把X点的信号和噪声进行反相放大并和Y点的信号和噪声相加,能够抵消一部门输出噪声,同时增强了信号自身。在抱负环境下(HFF=-1/HFB),平衡器里晶体管的噪声能够被彻底抵消。通过在线性平衡器电路里引入上述噪声抵消手艺,晶体管的等效高频噪声削减了30%。通过这个手艺,线性Redriver在提高带宽和高频增益的同时没有恶化信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)。换句话说,在连结一样的带宽和高频平衡增益时,提高了Redriver的输出SNR。别的,一种新鲜的推挽式跨导布局(Push-Pull Transconductance)被用在了新一代线性平衡器里,大大提高了电路的大信号线性度,使得在提高SNR的同时,连结了PAM4信号三个眼的分歧性。

  对付linear-ACC方案的测验测验,25G只是一个起头,无论是方案,仍是本钱,都还没有做到极致化,进入50G PAM4时代,本钱一定进一步提高,而体系对付信号品质的要求也更上了一个台阶,ACC的设想也必要愈加精细化。在50G PAM4调制下,咱们进一步参与到的芯片设想上,包罗全体方案取舍、参数调理功效优化、融入降噪手艺等一系列的事情。从这一代起头,咱们给它一个新的名字TAC(Tencent Active Cable)。

  按照信号传输的特点,咱们在多个分歧的频点和频次范畴进行输出参数调解,使输出信号可以大概,最终使得极限环境下DAC的毗连距离耽误到了10m。可是,理论上设想的毗连距离,并不料味着最终量产可用,除了本钱还要思量量产分歧性和体系的冗余度。通过多轮的测试验证,连系现网毛病率容忍度,咱们最终确定了25G Linear-ACC的使用范畴8m,这个距离曾经能够笼盖25G办事器80%的使用场景。

  在包管低本钱的条件下,若何耽误铜缆毗连距离,无效的体例有两种:一种是基于信号时钟规复的Retimer方案,一种是基于信号放大的Redriver方案,如下图:Retimer手艺道理:

  经测试,各项目标曾经凌驾预期,7m 28AWG ACC的回波损耗和插入损耗彻底餍足和凌驾了802.3bj尺度的要求,COM值到达了6dB。测试领受误码率,不开FEC下BER在10-9量级,远低于尺度要求,开FEC下无误码。线。

  伴跟着云营业的倏地成长,数据核心互联硬件对高运转不变性和低本钱的诉求也越来越强烈。以25G速度的办事器到互换机互联方案为例,次要的毗连体例有两种,DAC和AOC。

  “光”进“铜”退是通讯行业的一定趋向,但并不料味着“铜”的消逝,在数据核心尺度化倏地成长,数据核心硬件设想愈加极致化的昨天,“光”与“铜”必要连系本身的劣势,别离负担好本人的“脚色”,更好的为数据核心收集办事。

  DAC(direct attach cable)顾名思义,因为是直连方案,高速通讯信号在设施之间传送,处于透传形态,而常用的AOC(active optical cable)因为必要将电信号转换成光信号,再转换成电信号,具有多次信号转换的历程,会引入响应的适配问题,而数据核心互联硬件毛病内里由于信号或者和谈婚配导致的适配性问题占比在30%以上,并且毛病更因定位历程庞大、时间长,严峻的会影响数据核心的交付利用。DAC因为拆卸组件少,布局简略,比拟于AOC在BOM本钱上有着较着的劣势。不只如斯,DAC险些没有功耗,一根25GDAC的线w摆布,而同样速度的AOC功耗在2w摆布,相差10倍以上。以20w台办事器接入的规模为例,一年能够节流大几百万的电费。为餍足倏地交付的要求,数据核心装置布线的时效很是主要,布线历程中一定会具有线缆毁伤,从资料及布局上讲,铜比玻璃有着更好的机器应力容忍性,因而,DAC也可以大概比AOC容忍更多布线历程中导致的毁伤。但因为机柜功耗的制约,办事器到互换机的毗连距离良多场景下往往必要到达以至跨越7m,所以晚期25G办事器到互换机毗连的体例以AOC(有源光缆)为主,而DAC(直连铜缆)方案,因为理论上只能支撑到5m的使用,使得其使用大为受限。

  IEEE802.3cd要求50G PAM4调制下的线dB,而现实大规模出产出来的线m长的距离,曾经凌驾这个尺度。另一方面,尽管50G PAM4调制下的基准频次与25G NRZ相差不大,但对付信号输出强度愈加敏感,中高频的衰减比拟于25G NRZ带来的误码价格更高,因而在50G PAM4的使用和设想上咱们倾向于更大的冗余度。新一代ACC的设想,咱们取名TAC,这里T即有Tencent的意义,也有Tunable的意义,象征着比拟25G,咱们能够愈加矫捷的调制线缆的参数,使其与体系愈加婚配。必要出格说的是,体系在识别铜缆的历程中,必要对铜缆的SI进行定标,这个定标的历程,咱们称之为Training,若是已知铜缆的SI参数,而且参数同一,咱们只要要在体系侧输入一个婚配参数,即可倏地毗连,低落了体系在识别历程中的时间损耗和错误率,而且由此可能带来的链路毛病。TAC的最大特点就是能够将分歧长度的线缆SI归一化到一个极小的范畴,使得分歧长度的线缆,看上去就像是统一个规格。这就是“T”的精华。

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