2024高速介面前瞻技術盛宴 安立知論壇深入剖析產業趨勢
- 孫昌華／台北
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AI浪潮席捲全球，強大運算能力已成為建構資料中心與各類設備的必備條件，為滿足設備運算效能需求，通訊介面的傳輸速度也須同步跟上。在量測方案大廠Anritsu（安立知）舉辦的「2024 高速介面技術前瞻論壇」中，就邀請多位業界專家，針對SiPh元件、PCIe 6.0、USB4 v2.0等三大重點，發表精彩演說。
關於SiPh元件部分，台灣半導體研究中心林銘偉博士在「Silicon Photonics Market and Test Challenge」演講中指出，2017～2018年起，SiPh技術在IC製造和高速測試階段出現快速發展。這段時期的技術創新主要集中在提升數據處理和傳輸速度，並在晶片的設計和製造上有重大進步。在此同時，高速測試技術也持續提升，滿足快速成長的數據速率需求。
他表示隨著數據速率的增加，如何在保持訊號完整性的同時進行高效傳輸成為一大挑戰。在SiPh的多元應用中，材料和元件的使用扮演關鍵角色，其中雷射發射器是光訊號升成的重要元件，玻璃和聚合物則用於光導波路和光學元件製造。鍺因其光電特性，在光檢測器等元件中被廣泛應用。此外，有效的測試機制也是解決耦合損耗和維持訊號完整性的必要條件。上述技術的進展不僅推動SiPh商業化，也提供高速通訊網絡巨大優勢，有利於未來數據中心、長距離光纖通訊等的應用發展。
旺矽科技（MPI）子公司長洛國際的丁博翊（David Ting）也在會中以「SiPh Wafer Level Test Solutions」為題發表精彩演說。MPI在光學和電氣測試具備高度專業知識與整合光子設備各種測試要求的能力。該公司解決方案整合先進硬體技術，可滿足光學測試中的精確要求，軟體解決方案可實現現高效的數據處理和自動化。MPI的解決方案可在半導體測試領域擁有顯著優勢。其設備可在極低雜訊環境中穩定運作工作，此外該測試設備的寬溫範圍，從-60℃到400℃，可滿足極端溫度測試條件的半導體需求。
MPI的高達30kV高功率測試能力，可因應嚴苛的安全要求。在對位技術方面，MPI利用了先進的六軸平台和奈米定位系統，使得光纖陣列可以精確對位，並提供了靈活的配置選項。MPI的完整的自動化測試序列，整合了測試站、定位器和各種測試儀器，加上使用者可自定義Python腳本，都有助於優化研發效率，縮短產品開發時程。
隨著各類智慧應用快速發展，資料中心的效能和效率日益重要，Anritsu日本總部的Takashi Murakami先生在「LPO/CPO/Silicon Photonics Device Test Challenges for Data Center」演講中指出，LPO、CPO、矽光子元件等光學技術，將對資料中心的基礎架構帶來重大改變。此技術提供的更高數據傳輸速率和能源效率，不僅可讓資料中心有效應對日益成長的數據需求，還可降低營運成本。不過他也提到，上述技術在用電管理、整合技術的複雜性與緊湊設計要求，將影響訊號完整性，此外，矽光子元件的高密度整合，也有互操作性、熱管理、製造精度和訊號完整性等挑戰需克服，這些問題都需透過創新的解決方案和完整的測試分析解決。
PCIe新標準問世 測量技術需與時俱進
在PCle 6.0部分，Anritsu王榆淙（Arvin Wang）首先以「PCle 6.0 and DDR5 Receiver Testing Challenges」為題發表精采演說。他指出PCIe 6.0規範近期更新，其中最重要的改變是從之前世代使用的NRZ訊號，轉變為PCIe 6.0中的PAM4訊號。這一變化主要是希望滿足更高頻寬和數據傳輸效率的需求，不過這也對訊號測試帶來影響，由於測試複雜性增加，再加上為適應PAM4訊號的更高數據速率和訊號完整性挑戰，因此需要更新測試方法論。
他接著提到，PCIe標準不斷演進，每一代都帶來新挑戰，PCle 6.0和DDR5技術由於複雜性增加，因此需要更複雜的設備和軟體進行測試，測試過程中需有更高的數據傳輸速率和新的訊號調製方法，且測試工具不僅要精確的擷取和分析數據，還需處理更高的頻寬和更複雜的訊號完整性，方能確保測試結果的準確性和可靠性。
Anritsu林昇鴻（Danny Lin）則在「High-Speed Cable and TDR Integrate Test Solution-PCle 5.0/6.0 and 800GE」演講中表示，高速纜線的解決方案涵蓋了多個關鍵要素，其中主要集中在 PCIe規格和 DAC纜線。測試者需深入瞭解PCIe基本規格、DAC電纜和TDR的策略概述，並關注DAC、AOC和ACS在高速佈線的發展和應用。為了讓測量更精準，測試者需要掌握DAC電纜測試的測試結構和相關軟體，並特別關注快速、準確的測量方法，並同時考慮不同電纜類型和速度的多種測試模式和方法，採用可即時測試和分析結果的軟體功能，從而滿足不同新世代PCle的高速通訊需求。
在「Get a Clue of PCle 6.0 TRx Electrical Compliance Test」議題中，Tektronix黃芳川（Jacky Huang）深入剖析PCIe 6.0 TRx電氣一致性測試的核心技術。他指出由於PCle 6.0在Tx測試方面尚缺乏完整規格，因此其規格和測試方法需不斷更新與改進。目前PCle 6.0的測試包版本為0.5，正開發0.7版本，以滿足33G的TX頻寬和至少50G的RX頻寬需求，PCle 6.0的訊號編碼從NRZ轉為PAM4，測試方法也因之改變。他建議測試過程中應考慮最壞情況，以確保兼容性。未來，PCIe 6.0的規格將持續發展，隨著技術和規格的演進，測試工具和方法也將需要更新，以提高準確性和效率，並因應更高傳輸速率和新編碼技術帶來的挑戰。
USB4兼具速度與相容性 完善測試確保效能如預期
USB4 v2.0方面，Teledyne LeCroy林賢鎰（Leon Lin）在「USB4 v2.0（PAM3）Solution and Debug Tools」演講中介紹了USB4 v2.0解決方案與偵錯工具有幾大重點。他指出USB4 v2.0使用PAM3訊號格式，其數據傳輸速率達到25.6Gbps，可滿足伺服器頻寬需求。USB4 v2.0的測試工具部分，他特別介紹該公司Beta版本的自動化測試工具和由Intel提供的解決方案。
其中WaveMaster 8000HD示波器，是一款專門為USB4 v2.0測試而設計的高性能設備，具備高達25Gbps的頻寬和160Gbps採樣率，可高效處理分析USB4 v2.0高速訊號，其功能與性能可確保USB4 v2.0設備和介面的測試精準度。Leon Lin接著表示，USB4 v2.0的相容性與兼容測試，對USB3.2、USB4 v1等不同規格的測試相當重要。此外，還需需要根據不同設備類型的特點和需求，進行相應測試配置，方可讓各種設備在USB4 v2.0環境中的正常運作。
Granite River Labs張靜宜（Sandy Chang）進緊接著在「USB4/TBT5 80Gbps/120Gbps and LRD Cable Compliance Update」演講中，介紹相關技術的升級重點。她表示USB4和Thunderbolt 5兩種技術都支援高達80Gbps的數據傳輸速度，在特定條件下，這些技術的數據傳輸速率還可達到120Gbps，此一速度的提升，對於數據密集型應用和高性能設備而言將是一大突破。
在相容性部分，USB4和Thunderbolt 5都可與其早期標準相容，此一相容性設計可讓新舊設備無縫連接，使用者在升級至更高速的設備時，仍能持續使用既有的配件和連接設備。另外對於LRD線纜的規範更新，她指出相關規範的更新升級，可確保線纜在長距離高速傳輸速率時仍能保持穩定性，不過在產品設計開發階段，也需要進行相應的合規測試，確保產品性能一如預期，可滿足使用者期待。
「2024 高速介面技術前瞻論壇」也邀請GRL、iPasslabs、MPI、Samtec、Tektronix、Teledyne LeCroy等廠商，與安立知共同展出多種高速介面解決方案。產品仍以SiPh元件、PCIe新標準、USB4 v2.0等三大重點為主，透過現場實機展示與論壇中的精彩演講內容的結合，協助與會者全面且深刻的瞭解2024高速介面技術趨勢，從而掌握即將到來的龐大市場商機。
