Anritsu安立知测试解决方案助攻高速数据传输
- 台北讯
-
COVID-19(新冠肺炎)疫情让宅经济逆势飞速成长，搭配5G正式商转所提供的先进网络通讯能力，云端和企业数据中心的数据量急遽成长，高速与大带宽的网络流量需求，助长市场强烈需求，在此同时，ETC(以太网络技术联盟)于2020年4月6日宣布完成800GbE标准的制定，最高传输速度进一步提升至800 Gbps，企业数据中心与电信营运商也加快布建5G基础架构，以支持未来更快速与更高容量承载的骨干网络架构，预计搭配高速传输技术的需求，将Ethernet信号调变转向PAM4的格式，所面临的全新测试挑战，正紧紧扣住工程研发团队的开发脉动。
高速传输技术除了由 IEEE 800GbE率先领跑之外，PCIe 5.0的规格也亦步亦趋扶摇直上，为数据中心与网通大厂带来丰厚的发展机会，同时消费性电子的数据传输技术的进展也不遑多让，以USB4、Thunderbolt 3、Type-C规格与DP 2.0等高速数据传输技术带动下，产业界正如火如荼的进行产品开发与验证，当中尤其以PCIe 5.0与USB4等各种新型态的链路训练(Link Training)及链路等化(LEQ)测试方式的挑战，亟需有效的测试解决方案与自动化程序的简化测试流程，以掌握产品上市的黄金时间，产业界对高速传输界面的测试解决方案有着殷切的期待。
安立知(Anritsu)日前于2020年12月8日主办的「Digital Alliance数码联盟夥伴峰会 – 2020高速界面技术前瞻论坛」，除了深入剖析技术规格与未来的测试挑战之外，特地邀请技流科技(GRL)、特励达科技(Teledyne LeCroy)、太克科技(Tektronix)、云信(SkyRich View)，以及台湾立讯精密(Luxshare-ICT)等夥伴共襄盛举，探讨高速数据传输市场趋势，会中并搭配现场重要的展示摊位，贯穿全场丰富且实用的主题演讲，带领产业界一同体验高效能、高速传输量测解决方案。
数据中心到消费性电子的高速数据传输测试解决方案一应俱全
安立知(Anritsu)业务暨技术支持部副理王榆淙先生做现场展示摊位导览时表示，2020年所展示的八个摊位，以两大主轴议题为主，首先是云端机房与数据中心所重视的800GbE与PCIe 5.0的高速传输界面，第二个就是在消费性电子产品与应用上的高速界面，推动20Gpbs将成为基本传输规格，这从USB4、Thunderbolt与DP新一代的规格可见一般。
除了必须要的矢量网络分析仪(VNA)的测试之外，2020年受重视的议题就是通道运行边际(Channel Operating Margin, COM)的分析，让电子设计人员了解元件能支持更高数据速率，从而掌握数据通道的运行表现，目前量测的方法采用频域(Frequency Domain)转换后再加以量测，让测试流程有效地简化。再者，量测DELTA-L数值以便于系统模拟实际信号的完整性在频域的角色愈来愈吃重，插入损耗(Insertion Loss)与回波损耗(Return Loss)指标的监控是高速传输技术所不可或缺的重要手段。
数据中心的高端需求迎接800GbE 的测试挑战
Anritsu安立知业务暨技术支持部陈柏戎先生的简报聚焦于全球超大规模数据中心所关注的800GbE高速数据传输新标准与进度，考量5G商转所产生的效应，使用网际网络使用者的成长，从2018年起的年复合成长率(CAGR)达到6%，所以高速数据传输界面与技术的引进刻不容缓，网通大厂从目前400GbE的技术，已经看到800GbE甚至下一代的网络技术蓝图1.6TbE的标准在2024年以后陆续制定完成之后，将进一步驱动成为主要的成长引擎。
目前趋势看到，第一，不外乎从提高取样频率，从26G、53G再提升为106G Baud，其次，就是改变信号调变的方法(Modulation Methods)，从NRZ、PAM4(脉冲振幅调变)一直升级到PAM8技术，以及第三，就是提升通道数量，估计到800GbE规格的8通道，然后再进到下一阶段的16通道，所以可以想见的，测试的最大挑战将落在高速数据传输、PAM技术与多通道的验证测试。
PAM4在指定信号速率下的数据速率可以比NRZ加倍增加，但是PAM4信号的幅度(眼高)比NRZ信号缩小，因此在信号损耗和对杂讯的敏感度的考量变得关键，在传输速度加倍之后，信号衰减的幅度就更大，信号流经PCB与接在线的损耗都必须精细的考量，由于PAM4技术挑战来自于CRC修正的补错技术的效能与良莠，目前关注前向纠错(FEC)能力，使用RS-FEC编码与解码器来模拟光接收器应力测试程序。
现场展示摊位上首先展示数据中心高速网络测试情境，使用具备CSP封装高速芯片与双层PCB所设计的8对通道400GbE待测装置，其后衔接16芯的光纤同步做光谱监测与电源监测，使用Anritsu MP1900A搭配MP2110A Optical Scope与合作仪器厂商的基础仪器设备来验证PAM4 光信号的传输效果，MP1900A量测机台可以上下叠加而最多可以到四台主机推叠，支持8到16通道的搭配，主要显现于PAM4调变下64G Baud误码率(BER)测试，PAM4信号波型采用TDECQ量测方法，取代传统眼图遮罩(Mask Margin)分析，来对传送与接收信号品质进行特性分析。
Teledyne LeCroy的示波器展现PCIe 5.0测试的完整方案
特励达科技(Teledyne LeCroy)以旗下示波器(Oscilloscope)与协议分析仪(Protocol Analyzer)两大产品线为核心，探讨备受瞩目的PCIe 5.0 Tx信号品质测试解决方案，大中华区业务经理何靖胜先生专攻高速协议分析仪的议题，提供系列的解决方案用以支持USB4、Thunderbolt 3、Thunderbolt 4、HDMI 2.1、DP 2.0、PCIe 5.0等最新的高速数据传输规格的测试，他所罗列的机台与不同的零组件、测与测试平台，专为解决在协议层上的验证，除此之外，何靖胜还加上CXL技术来测PCIe 5.0的架构，另外就是在400GbE上非常重要的PAM4的应用。
第二部分由产品经理林贤镒先生简报关于Teledyne LeCroy的示波器产品，由于无论是眼图的实际的量测计算，都需要使用示波器来观察测试结果，并完成测试报告与眼图的图形输出与打印，在兼容性认证过程中对系统厂商非常重要，当中Teledyne LeCroy的LabMaster系列示波器可以叠加使用变成多通道示波器的使用，提供系统厂商相当优异的的设备使用弹性，灵活搭配系统厂商的需求，现场展示以PCIe 4.0与PCIe 5.0、DDR3、USB4等实体层测试为主，并配合自动化软件来加速系统厂商执行大量的反覆校准与测试之用，展示时特别注重于示波器内的计算功能与范例，相当吸引来宾的重视。
PCIe 5.0的测试技术挑战
Anritsu安立知业务暨技术支持部副理王榆淙先生聚焦于PCIe 5.0的测试挑战，从PCIe 4.0到5.0的规格主要差异，首先就是数据传输效率飙升到32 GT/s，以满足数据中心对高速数据传输的需求，一举促使未来的CPU、GPU、TPU、SSD控制卡与高速网络卡都将逐渐转为PCIe界面。
由于PCIe 5.0较高的数据传输速率会产生诸如反射和串扰，进而导致信号衰减和时序问题，所以实体层的电气特性测试将更注重信号完整性；在线路板(PCB)材料上，因为接入损耗变大，所以开始改采用高耐热多层基板(Megtron 6)作为材料，再者，PCIe 5.0的LinkEQ测试因为传输速度高，EQ设定与切换愈来愈复杂，无论是TX或Rx EQ与待测物间的沟通频率，都需要高度仰赖测试仪器的搭配。
现场展示PCIe 5.0的兼容性认证测试解决方案，并以MP1900A搭配50GHz的示波器进行展示。该摊位展示区所用的待测物是高速显示卡，利用测试ADDING CARD设定，做RxEQ与Tx EQ的测试，并量测TX EQ response time是否可以在切换时间内完成，所以涵盖包括LINK EQ、电气信号品质的量测。
值得一提的是Test Pattern的选择项目随着复杂的选择加多，让人有眼花撩乱之感，表示未来的选项更会持续增加，MP1900A使用PCI-SIG官方认可的测试夹具进行，其高性能、多通道的误码测试仪所具备的高品质输出波形、高输入灵敏度以及内建的抖动和杂讯源的功能提供自动化发射/接收(Tx/Rx) LEQ测试，在PCIe 5.0的测试时仍持续扮演重要的角色，其具备强大的分析功能与可重复性操作的稳定性能，对于掌握高速传输路径损耗所引起的信号品质劣化等问题，赢得芯片设计大厂的信任。
使用MP1900A大幅度减轻PCIe 5.0芯片的设计、检验和认证等工作负担，同时还能缩减产品开发时程，由于芯片大厂普遍看好2021年PCIe 5.0的芯片会量产上市，Intel支持PCIe 5.0的CPU芯片会在2021年率先完成，届时就会开始大量验证，而台厂的芯片设计大厂预计到2021下半年或是年底也会开始测试与验证，所以芯片设计人员正紧锣密鼓的验证设计参数和协定，以确保芯片效能并符合兼容性标准。
GRL DP2.0测试方案与USB Type C增加射频干扰影响的量测
技流科技(Granite River Labs)的DisplayPort技术经理宋超宇先生接续探讨DP 2.0的Tx与Rx的测试，其使用Anritsu MP1900A搭配GRL调校设定自动化软件，简报中涵盖DP2.0 JTOL Rx自动化测试软件解决方案做介绍，尤其在USB4中在Type-C的界面下，DP2.0的测试架构与USB类似，软件流程略有不同，目前在DP2.0的Tx测试范例已经确定，而Rx测试要等到2021年协会工作小组开会后，才能确定，但是GRL已经开始紧锣密鼓准备做最后认证测试规格的确立，由于GRL本身的业务是认证实验室，目前旗下五个ATC实验室布局做DP2.0的认证测试，对于规格制定的国际组织有多方面的接触，能够协助产业界完成过认证所需要的重要步骤，因此与Anritsu形成重要的测试夥伴关系。
GRL大中华区总经理庄益林先生则聚焦于射频干扰测试，从2021年第2季开始，USB Type C界面的装置做认证测试时，一旦数据传输速度超过5Gbps时，都要增加测量射频干扰测试(Radio Frequency Interference Test)，这是因应生活空间中充斥各式各样的射频干扰，为了确保使用USB Type C装置的数据传输品质，所以GRL的ATC实验室做好服务客户的准备。
USB4前景看俏，兼容性认证测试解决方案正紧锣密鼓布局
太克科技的资深技术经理黄芳川先生着重于USB4的Tx端实体层测试所需要的测试解决方案与技术挑战，因为USB TYPE-C规格的普及化，已经可以直接使用包括USB 3.2、USB4、Thunderbolt 3/4与DP 2.0等新的高速数据传输规格，使用者就可以传输数据，还可以透过DisplayPort传输视讯画面，还可以供应高达100W的输出功率，做为快速充电之用，尤其是无方向性的连接器大受欢迎，因为USB4的规格包山包海，所以测试范畴非常大，动则花掉一个小时的验证与测试时间，非常需要测试自动化解决方案的协助。
Tektronix的USB4的电气性能验证与兼容性测试解决方案已经就绪，针对实体层的测试中包括Electrical Layer与Logical Layer所定义的电气信号特性的测试项目如电压、抖动误差(jitter)等不同参数的量测。对于Tx端的测试，备妥TekExpress USB4的自动化软件，搭配Tektronix示波器与Wilder Controller与Fixture完成实体的测试方案，并提供进阶抖动和眼图分析，以及Tx LinkEQ所需要的设定与程序的验证测试，USB4时所产生的信号完整性测试与挑战，目前搭配Anritsu MP1900A BERT误码仪组成完整的TRx测试解决方案，来协助消费性电子装置的系统厂商做验证测试。
传输界面速率越来越高，高速测试验证挑战与需求增加
云信(SkyRich View Labs)技术总监沈忠荣先生谈论示波器设备的特性与测试上应注意的技术基础，他从示波器设备的带宽、取样率与内建存储器容量等重要的设备规格参数来选择入题，让与会的来宾了解测量仪器的适当规格搭配的重要性，尤其在做Tx与Rx测试发生错误时，如何据此来寻求有效的对策，云信采用Anritsu高性能信号品质分析仪MP1900A系列机台，提供客户验证包括SAS、PCIe以及100GbE、400GbE等高速串行信号测试验证的服务。
沈忠荣表示目前高速传输界面的测试验证设备与机台的投资金额攀升迅速，而且在除错、测试技术的能力也水涨船高，越来越多的客户面对这些挑战，期待委外服务与技术谘询可以有效救援，顺应趋势潮流，云信与Anritsu建立紧密的关系，目前已经整合MP1900A误码率分析仪搭配实验室既有之50GHz高带宽实时取样示波器以及相关分析软件，并提供高速信号测试的谘询与顾问的服务，开启更多可能的发展空间。
此次论坛中也看到PCIe 6.0的初步制定的规格，速度继续朝向64 GT/s晋级，PCI-SIG预计2021年5月开始有面对面的规格讨论，高速传输技术也将进入全新的领域，测试挑战必是不可小觑，Anritsu考量客户在资金面与技术面上的负担，特别重视成本效益的延续，对于接续未来更高速的传输规格的测试时，也能使用相同的架构，让客户的投资可以物超所值，并携手掌握高速传输技术所带来的商机。
