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为800G超大规模数据中心寻找最佳SerDes架构

时间:2021-10-15 作者:邵乐峰 阅读:
向112G(千兆位每秒)PAM4串行器/解串器(SerDes)生态系统演进,以适应高密度交换、包处理和光学需要,正成为数据中心行业最新的热门话题。
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根据Cisco全球云指数测算,超大规模数据中心正在迅速增长,到2021年底,将占到所有运行中的数据中心中的53%左右。因此,向112G(千兆位每秒)PAM4串行器/解串器(SerDes)生态系统演进,以适应高密度交换、包处理和光学需要,正成为数据中心行业最新的热门话题。

与现有的56G PAM4 相比,112G PAM4的出现让交换机和路由器的带宽翻了一番,使数据中心架构能够继续扩展到更大的拓扑结构和更高的容量。同时,路由器、交换机和线卡需要更高的带宽、端口密度和高达800千兆位以太网(GbE)的连接,用来处理5G、云服务和人工智能(AI)及机器学习(ML)应用带来的不断增加的数据中心流量,以及由此带来的信号完整性挑战,也导致了市场对112G PAM4需求的增加。

为此,Microchip日前宣布推出业界最紧凑的1.6T(太比特每秒)低功耗PHY(物理层)解决方案PM6200 META-DX2L。与其前身—业界首个太比特级PHY解决方案56G PAM4 META-DX1相比,新解决方案每个端口的功耗降低了35%。

“根据我们的预测,业界可能会在2022年或2023年开始看到800G以太网的一些早期试验。”Microchip公司通信业务部资深产品营销经理郎涛说,800G以太网需要112G SerDes是毋庸置疑的,但挑战之一是如何在高速率下保持系统级信号完整性,META-DX2L可用作重定时器来克服这些困难。

Microchip公司通信业务部资深产品营销经理郎涛

META-DX2L以太网PHY是一款工业温度级器件,可在户外环境中进行部署,采用先进的6nm CMOS技术制造,不仅具有高密度1.6T带宽、业界最小的封装尺寸(23 x 30mm),还采用112G PAM4 SerDes技术,支持1-800GbE的以太网速率,具有连接的多功能性,可在各种应用中最大限度地重复使用设计,例如重定时器、变速箱或反向变速箱以及无中断的2:1多路复用器(Mux)。

高度可配置的交叉点和变速箱功能充分利用了开关设备的I/O带宽,实现支持各种可插拔光学器件的多速率卡所需的灵活连接。此外,相比上一代产品,META-DX2L的功耗降低了35%,使其能够支持云数据中心、AI/ML计算集群、5G和电信服务提供商基础设施的下一代基础设施接口速率,无论是通过长距离(LR)直接连接铜缆(DAC)、背板,还是连接到可插拔光学器件。

在过去六年中,以太网速度已经从25G/50G增长到如今的400G,并有望很快达到800G。作为超大规模数据中心不可或缺的一部分,交换机支持的带宽也从12.8Tb/s增长到如今的25.6Tb/s,并有望在未来几年达到51.2Tb/s。在这一趋势的引领下,将需要512个SerDes通道,每个通道以100Gb/s速度运行,并由超短距离(VSR)、中距离(MR)和长距离(LR)SerDes组合而成。由此一来,为了满足系统需求,112G SerDes需要在VSR、MR和LR三种接口上都能提供优化的性能。

META-DX2L融合了Microchip在高速连接、高精度同步、恒定延迟、多速率设计等多方面的专长和经验积累,提供支持长距离的112G PAM4 SerDes,其可编程特性能在功耗和性能之间做优化,允许功耗随着距离的不同而升降,从而通过配置满足各种用例的SerDes要求。而作为被应用于从室内到室外的电信级设备中的器件,META-DX2L具有灵活的功能,可用于从重定时器、齿轮箱或反向齿轮箱到无损2:1多路复用器 (mux) 的各种应用。

众所周知,模拟性能随温度的变化而变化。对于需要在很宽的温度范围内运行的应用,高速串行链路不需要重新启动或重新适应就可以一直运行。郎涛表示,Microchip的解决方案基于丰富的设计经验和先进的工艺节点,此前几代的多款产品都支持热重启,在上述方面有着丰富的经验。

为了便于客户使用META-DX2L器件构建系统,Microchip还提供了一整套设计辅助工具、参考设计和评估板,以及包括PolarFire® FPGA、ZL30632高性能PLL、振荡器、稳压器、温度传感器和安全启动芯片在内的整体系统解决方案(total system solutions)。 

典型高速以太网连接应用框图

“META-DX2L的整体系统解决方案是一种早期设计,可提供支持设计各个环节所需的性能,这种差异化的方案使设计师能够立即专注于完成他们的设计。”郎涛说,相关组件已与META-DX2L进行了系统预验证,有助于更快地将设计推向生产,用户将很快感受到该方案带来的卓越价值。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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