高速界面突破AI传输限制 Anritsu Tech Forum解析数码未来

Anritsu年度盛会邀集领域专家与合作夥伴，展现 AI应用量测实力

AI应用蓬勃发展，高速界面技术持续演进。Anritsu（安立知）于日前举办的「Anritsu Tech Forum 2024：无线与高速技术的未来世界—数码联盟高速界面峰会」中，特别邀请业界专家深入探讨1.6T Ethernet、PCIe 6.0与USB4v2等新时代规范的技术发展，剖析高速信号在时域与频域的完整性分析方式，协助台湾科技产业亲身体验前瞻测试解决方案，掌握市场发展脉动。

富士康精密（Foxconn）的萧旭良（Larry Hsiao）博士在「AI Generation: Silicon Photonics Market Trends and Technical Challenges」演说中提到，AI运算与数据中心需求持续攀升，矽光子技术已成为突破传统光学元件限制的关键解决方案。传统模块化光学元件在尺寸、密度及组装效率等面向，已难因应现代数据中心的高速率高带宽需求。矽光子技术藉由成熟的CMOS制程，实现光电元件的高度整合，不仅可提升带宽密度，更具备量产规模的成本优势。在CPO技术方面，虽为解决传统收发模块在高带宽应用时的密度与信号完整性限制提供新契机，但仍面临标准化不足与供应链有限等挑战。

目前技术发展面临的挑战，主要聚焦于材料与界面损耗效率、缺乏统一晶圆级测试标准、元件温度敏感性，以及可维护性与模块化设计的优化需求等面向。在调变器技术中，PN MZM具备稳定性优势但体积较大，Micro-Ring拥有极小的尺寸但温度敏感度高，而EAM则在功耗与稳定性间取得平衡。Foxconn SiPhComm的矽光子引擎采用低驱动电压的MZM设计，不仅可提升效率，更具备与IC金属层直接整合达到400G/lane的潜力。预期2024至2028年间，矽光子技术的应用将持续扩大，除了AI与数据中心的高带宽需求外，在5G基站、回传网络等电信基础建设也将有更广泛的应用。

大型数据中心的传输速率要求不断提升，PAM4 VCSEL已被视为重要核心元件。在「Advancements in Wafer-Level Testing for High-Speed Optical Devices」议题中，旺矽科技（MPI）的讲师吴秉颖（Paul Wu)指出VCSEL技术从56G演进至200G的过程中，不仅将元件带宽提升至35 GHz以上，RIN也成功优化至-152 dB/Hz，充分展现市场对高速、低功耗光电元件的殷切需求。在测试设备方面，MPI公司已推出一系列半自动与全自动探针台，可支持晶圆及晶粒的多样化测试需求。其中，TP60-LT探针台具备-40°C至200°C的宽温度测试范围，并支持最多三个测试站同时运作，可进行S21、RIN等关键参数测试，精确度达±2 μm。

他表示高频参数测试采用RF探针与Bias Tee的配置，结合光纤与VNA进行最高可达40 GHz的量测。值得注意的是，其独特的XYZ操控器和光纤对准演算法大幅提升测试重复性。Stargazer测试系统则是针对生产与实验室需求提供定制化解决方案，具备智能化的测试流程管理功能。在校准技术上，系统整合了RF探针臂的自动校准与力传感功能，配合自动化校准模块，可有效延长RF探针寿命并提升测试稳定性。随着数据中心与AI应用的蓬勃发展，高速光学元件的测试技术将扮演更加关键的角色，MPI的解决方案将持续深化各项功能，提供产业精确且高效的测试平台。

Anritsu日本总部的Hiroyuki Kawate先生在「Data Center Singularity: Ethernet Evolution to 224Gbps」演讲中表示，数据中心对高速、大容量传输的需求与日俱增。目前业界主流的400GbE和800GbE技术已无法满足需求，800GbE/1.6TbE提前进入量产阶段。在这波技术演进中，矽光子技术凭藉其与CMOS制程的高度兼容性，成为光学材料规模化生产的重要选择。CPO技术透过整合光学收发器与ASIC，可有效缩短电气路径、降低功耗与冷却成本，而NPO则在维护便利性方面提供更佳解决方案。

在标准化进程方面，IEEE P802.3dj预计于2026年第三季完成规范制定，但200G/lane产品已计划在2025年抢先出货。测试技术也同步升级，采用高动态范围的光频域反射仪（OFDR）与矢量网络分析仪（VNA）进行光被动元件精确量测。此外，插拔式相干光学技术的发展，不仅可降低网络建设成本，更提供市场多供应商互通性的可能性，特别是在400G ZR与400G ZR+应用场景中更展现强大优势。展望未来，矽光子技术将持续推动以太网络速率的演进，插拔式相干光学（pluggable coherent）和共封装光学技术（CPO）则是产业发展的重要方向。

Tektronix黄芳川（Jacky Huang）接着在「PCIe 6.0 TRx Electrical Compliance Specification Update and Test Challenges」演说中，探讨PCIe技术的最新发展。他提到PCIe 6.2基本规范Rev 1.0发布后，PCIe技术迈入崭新里程碑。新规范采用PAM4信号调变技术，成功将数据传输率提升至64 GT/s，但这也增加了接收器测试的复杂度，包括通道损耗、参考CTLE和DFE增强等功能的验证需求。在测试规格方面，新版本特别强化了发射器与接收器的测试要求，其中CTLE优化支持多达6个极点与3个零点设计，而DFE则透过16个Filter Tap，提供更强大的信号处理能力。

在兼容性测试的推动进程上，PCIe 6.0已于2024年分别在6月和10月举办两场Pre-FYI工作坊，待测试方案稳定后，将进入为期半年的正式FYI阶段。因应PAM4信号所带来的新挑战，测试设备必须具备至少50 GHz的实时带宽与128 GS/s的取样速率。Tektronix与Anritsu携手推出的联合测试方案，透过PAMJET与TekRxTest等软件工具，为PCIe 6.0生态系统的稳定发展提供完整支持，未来PAM4信号测试与高频通道损耗的精确量测，仍是业界需要持续突破的重要技术课题。

自1998年USB 1.0发布以来，USB技术已历经重大进展。Teledyne LeCroy林贤镒（Leon Lin）在「How to Verify USB4 v2.0/TBT5 Electrical TRx Performance」演讲中提到，最新的USB4 v2.0规范引入PAM3技术，并支持高达40 Gb/s x 3的对称或非对称通道配置，将数据速率提升至120 Gb/s。此一技术突破不仅与Thunderbolt 5协同发展，更整合了DisplayPort 2.1，可实现高效能的数据与影像传输。在测试技术方面，USB4 v2.0采用42个preset传输等化配置，以优化信号完整性，但PAM3信号容易受杂讯影响，需透过精确的测试点信号损失补偿与校准。

在测试设备需求上，发射器测试需要配备25 GHz以上带宽、80 GSa/s取样率的实时示波器，并使用USB4 Electrical Test Tool （ETT）进行自动化校准与测试。SigTest软件则负责分析TXFFE缺省值，提供最佳等化配置建议。此外，USB4 CrossSync PHY测试功能支持协定与实体层的联合测试，可大幅简化重定时器调校和电压完整性分析流程，在USB4 v2.0与Thunderbolt 5技术的深度整合后，将可进一步推动高效能装置的创新应用与发展。

Anritsu王榆淙（Arvin Wang）接着在「PCIe 6.0/7.0 and AOC LEQ Testing Challenges」专题演讲中表示，生成式AI应用市场快速扩张，预计2032年达到1200亿美元规模，AI芯片需求也将在2024～2032年间成长8倍。此趋势也让数据中心耗电量激增，预计从2018年的205 TWh攀升至2032年的8,000 TWh，光电融合技术透过电光信号转换，可望将功耗降低至原来的1%。为因应此挑战，业界积极发展新一代PCIe技术，除了采用64 GT/s的PAM4调变与前向错误更正（FEC）机制的6.0版本外，预计2025年发布的7.0版本更将速率提升至128 GT/s，并导入光通讯技术，透过电光信号转换有望将功耗降低至原来的1%。

在测试技术层面，PAM4信号对抖动、杂讯和偏移的高度敏感性，再加上眼图较NRZ信号小3倍以上的特性，已为测试带来严峻挑战。Anritsu MP1900A测试解决方案透过自动化校准与信号生成功能，支持PAM4 FBER符号误码率与FEC错误分析，并提供CTLE与CDR功能以补偿实际通道损耗并锁定信号。随着光学传输技术逐步整合至数据中心架构中，PCIe技术将在云端AI、高效能运算等领域扮演更关键的角色。

USB4技术近年备受重视，Granite River Labs张静宜（Sandy Chang）在「USB4/TBT5 and LRD Cable Certification Updates」演讲指出，此技术已实现高达80 Gbps的数据传输速率与240W的供电功能。透过采用25.6GBaud的PAM3信号调变技术，不仅达成120G/40G的非对称连结选项，更整合了USB3、DisplayPort和PCIe的通道协定。在测试验证方面，除了发射器、接收器的基本电气特性测试外，还需执行协定层的完整验证。GRL USB4-TX和GRL USB4-RX等自动化测试工具，可支持多家示波器厂商，全面涵盖USB4 v1和v2的测试需求。

在线材技术发展方面，LRD主动线材的设计重点着重于接收等化器与输出驱动器的最佳化，以克服高频杂讯与阻抗匹配等挑战。其测试方法包括频域的综合回损与多重反射测试，以及时域的信号完整性验证。Sandy Chang特别提醒工程师注意，线材必须符合严格的散热管理要求，当线材温度达到80˚C或外壳温度达到55˚C时，需具备自动停止数据传输的保护机制。上述严格的技术规范与测试要求，将加速光纤主动线材（OIAC）在高速传输应用的导入进程，满足数据中心对稳定性的严格要求。

最后，Anritsu林昇鸿（Danny Lin）在「Challenges and Solutions in High-Speed Cable Testing」专题演讲中指出，随着云端数据中心与AI技术的快速发展，高速线材测试的重要性与日俱增。2023至2024年期间，光连接市场呈现强劲成长，企业网络与云端数据中心的带宽需求已高达15 Zbps。DAC市场规模预计在2029年将达到83.224亿美元，显示高速数据传输需求持续攀升。在信号完整性应用方面，业界采用矢量网络分析仪进行硬件传输通道的全面验证，包含接头、线材、PCB及封装界面等关键路径，以因应信号在传输过程中的传输损耗、串扰及延迟等挑战。为解决高频损耗问题，目前除了采用低损耗材料与缩短传输路径以降低信号衰减外，还透过8或16通道的并行配置，能完整地符合数据中心内接线与外接线的测试需求，并同时满足当前800GbE与1.6T的测试标准。

高频应用测试领域，Anritsu网络分析仪提供涵盖WiFi到6G通讯的完整解决方案，与支持光电高达224Gbps的数码通讯传输率应用。其系列产品包括MS46524B、MS4647B和ME7838系列，频率范围覆盖50KHz至220GHz。结合Multi-channel switch平台，可显着缩短人工操作时间，将原本需要超过256次的手动接线作业缩减至一分钟内完成。系统还提供完整的测试报告功能，涵盖差动插入损耗、差动反射损耗等关键参数，并支持叠图分析以比较不同通道间的差异，全面满足现代高速通讯系统的测试需求。

从多位专家的演讲内容，可见高速界面技术正经历前所未有的快速演进，从PCIe 6.0/7.0、USB4 v2.0到Siph技术，产业正积极突破传统限制，追求更高速、更低功耗的传输效能。在这波技术革新中，测试验证扮演关键角色，不仅须确保产品符合严格规范，更为技术发展奠定稳固基础。此次盛会除了专业演讲外，会场也展出一系列解决方案，充分展现产业各方的技术实力。在各界的密切合作下，台湾厂商有机会在全球高速传输供应链中，掌握关键优势，开创崭新商机。