28Gbps串行收發器賽靈思產業首演

　　提起《高速數字設計》(黑魔書)的作者Howard Johnson，估計工程師無人不曉，此公這本書被全球公認為信號完整性天書!在中國，幾乎每個硬件工程師都下載過他的這本著作，這個高速信號設計大牛30年前的還是一電視修理工，之后用了9年時間完成了從學士到碩士到博士的學歷教育，他發明了語音壓縮算法，參與了以太網標準的制訂，我們今天享受到的高速以太網和千兆以太網都有他的功勞，作為一個高速信號權威，Howard Johnson的評論無疑決定著一個器件的應用前景，近日，Howard Johnson博士在賽靈思官網上發布的一段視頻中對賽靈思的Virtex-7 HT FPGA的28Gbps串行收發器進行了演示。為什么Howard Johnson博士會對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試是采用了PRBS31模式，PRBS是Pseudo Random Binary Sequence的縮寫，即“偽隨機二進制序列”的意思。PRBS碼的周期長度與其階數有關，常用的階數有7、9、11、15、20、23、31，也就是我們常說的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。PRBS碼流的階數越高，其包含的碼型就越豐富，就越接近真實的線網環境，測試的結果就越準確。所以演示中的碼流是最有挑戰性的。

　　一、全球成功首演28Gbps串行收發器讓400Gbps通信成為現實

　　在演示中，Howard Johnson博士重點介紹了連接新一代CFP2光纖模塊所需的超廣視角和抖動性能，也介紹了賽靈思的這款28Gbps收發器蘊含的意義，原來，這個全球首款28Gbps收發器意味著我們可以進入100Gbps和400Gbps帶寬應用時代了。

　　“我們5年前就在從事28Gbps收發器的開發，我們要提供一個成熟可用的產品。”近日，在賽靈思深圳Virtex-7 HT FPGA新聞發布會上，賽靈思(Xilinx)公司Serial IO高級產品市場經理Panch Chandrasekaran指出：“盡管我們的主要競爭對手在新聞稿中對外宣稱其28nm FPGA實現了66個28Gbps收發器，但實際上他們至今給客戶演示的28nm FPGA只有4個28Gbps收發器(而且實際性能只有25Gbps)。Virtex-7 HT系列FPGA的性能更勝一籌，28Gbps收發器數量是他們的4倍、實現總帶寬是他們的2.8倍、邏輯門數是他們的1.4倍、存儲器容量是他們的1.3倍。”

　　在他公布實際眼圖中，我們看到，賽靈思的28Gbps收發器眼圖開啟的很好，學過通信人都知道，眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強弱。“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串擾越小;反之表示碼間串擾越大。從下面兩張圖上可以清楚地看出兩個收發器的性能差異。

　　賽靈思的28Gbps收發器眼圖

　　賽靈思和競爭對手產品眼圖的對比

　　“競爭對手產品的眼圖是來源他們的網站。”為了消除我們的疑慮，Panch解釋到。

　　目前，個人寬帶用戶的平均帶寬也就是2M左右，而且10Gbps應用剛剛開始，為什么賽靈思等公司會推出瞄準400G應用的帶28Gbps收發器的Virtex-7 HT FPGA呢?

　　Panch表示這主要是全球IP流量高速增長產生的需求，據思科預計，2014 年全球 IP 流量將在 2009 年的基礎上增長四倍，達到每月 64 EB，而 2009 年的月流量約為 15 EB。到 2014 年，全球年 IP 流量將達到近 0.75 ZB(767 EB)!一個ZB等于一萬億GB(供參考： 1B=8bit ，1KB=103B，1MB=106 ，1GB=09B，1TB=1012B，1PB=1015B拍字節約等于 1015 字節，1EB=B1018艾字節約等于 1018 字節，1ZB=1021B或 1,000,000,000,000,000,000,000 字節。

　　為了緊跟這一發展趨勢，通信設備廠商已經在設計新一代100G-400Gbps 系統設備了，另外，為了在不擴大外型或功耗預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器。Finisar公司高速光纖模塊市場營銷總監 Christian Urricariet 就曾表示：“為了滿足日益增長的帶寬需求，我們預計通信設備廠商將采用新的 CFP2 型光纖模塊來設計新一代100 和 400Gbps 系統。這將最大限度地提高面板的帶寬密度，同時優化現有產品的功耗預算。”

　　從上圖中，我們就可以看功耗密度是到通信設備商要解決的首要難題，一個交換機機柜目前可提供480Gbps總帶寬，它有48個SFP+端口刀片服務器，每個刀片服務器采用1個10GbE輸出，此時每個刀片間隔15mm，總功耗為48W。為了加大散熱間隔和減少光纖數(降低成本)，在同樣尺寸機柜里可以采用4個CFP端口刀片服務器，每個刀片服務器提供100GbE輸出，每個CFP采用10個10GbE輸入，這樣可將總系統帶寬提供到400Gbps，這可以將間隔減到84mm，不過這個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模組規范可以滿足這個要求，CFP2和CFP的主要區別是CFP2有“變速箱”的功能，就是可以把10個10.3125G 數據流變成4個25G數據流，所以可以提高功耗密度，一個單個 CFP2 模塊可以通過4個25G光纖提供100 Gbps 帶寬(而間距為42mm)，所以，8個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串行收發器讓更多行業受益

　　賽靈思亞太區應用市場總監張宇清表示：“賽靈思此次發布的 Virtex-7 HT FPGA有16個28Gbps和72個13.1Gbps 串行收發器，總帶寬提高到2.8Tbps，這是目前業界最大帶寬。”此外，他表示Virtex-7 HT FPGA系列產品很豐富，適用多種應用，例如該系列包含從290,000個邏輯單元的低成本100G“智能變速箱”芯片到包含870,000 個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 的傳統系統端接口和 10Gbps ASIC 及 ASSP 芯片等應用。這意味著 Virtex-7 HT FPGA 可用于多種應用，例如：支持 OTU-4(光傳輸單元)轉發器、復用轉發器或 SAR(業務匯聚路由器)的 100Gbps 線路卡、面向高速數據處理的低成本 120Gbps 包處理線路卡、多 100G 以太網端口橋、400Gbps 以太網線路卡、符合19.6Gbps CPRI(通用公共無線電接口)基站和遠程無線電前端以及100Gbps 和400Gpbs 測試設備等等。

　　Virtex-7 HT FPGA總帶寬提高到2.8Tbps

　　實際上，除了在通信領域，在其他高速信號處理領域，例如包括雷達陣列以及偵察機在內的航空航天和軍用產品應用，Virtex-7 HT FPGA也可以大顯身手。

　　張宇清表示技術發展表明，到2012年，100-400Gbps應用已經逐漸成熟，從光模塊到相應的標準都已經成熟。“所以，XilinxVirtex-7 HT 擁有28G 生態系統的支持，現在，很多電信設備商已經設計好了產品，這些都預留了光模塊的位置，屆時，插入光模塊就可以跨入100-400Gbps時代了。”

　　XilinxVirtex-7 HT 擁有28G 生態系統的支持

　　Panch表示其實要實現28Gbps收發器的挑戰非常巨大，首當其沖是要解決系統抖動問題，對此，賽靈思采取的措施有：

　　1、提供滿足CEI-28G標準的低相位噪聲諧波鎖相環

　　2、在FPGA上有具自動調準功能的信號調整電路;

　　3、有專門的噪音分離架構，這可以可將模擬和數字電路之間的噪音耦合減少5-10db。

　　實現系統級抖動

　　所以，好產品不是說出來的而是精心設計出來的，我想，這也是賽靈思的這個28Gbps收發器產品贏得Howard Johnson博士青睞的主要原因!