Anritsu安立知測試解決方案助攻高速資料傳輸
- 台北訊
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COVID-19(新冠肺炎)疫情讓宅經濟逆勢飛速成長，搭配5G正式商轉所提供的先進網路通訊能力，雲端和企業資料中心的數據量急遽成長，高速與大頻寬的網路流量需求，助長市場強烈需求，在此同時，ETC(乙太網路技術聯盟)於2020年4月6日宣布完成800GbE標準的制定，最高傳輸速度進一步提升至800 Gbps，企業資料中心與電信營運商也加快布建5G基礎架構，以支援未來更快速與更高容量承載的骨幹網路架構，預計搭配高速傳輸技術的需求，將Ethernet訊號調變轉向PAM4的格式，所面臨的全新測試挑戰，正緊緊扣住工程研發團隊的開發脈動。
高速傳輸技術除了由 IEEE 800GbE率先領跑之外，PCIe 5.0的規格也亦步亦趨扶搖直上，為資料中心與網通大廠帶來豐厚的發展機會，同時消費性電子的資料傳輸技術的進展也不遑多讓，以USB4、Thunderbolt 3、Type-C規格與DP 2.0等高速資料傳輸技術帶動下，產業界正如火如荼的進行產品開發與驗證，當中尤其以PCIe 5.0與USB4等各種新型態的鏈路訓練(Link Training)及鏈路等化(LEQ)測試方式的挑戰，亟需有效的測試解決方案與自動化程式的簡化測試流程，以掌握產品上市的黃金時間，產業界對高速傳輸介面的測試解決方案有著殷切的期待。
安立知(Anritsu)日前於2020年12月8日主辦的「Digital Alliance數位聯盟夥伴峰會 – 2020高速介面技術前瞻論壇」，除了深入剖析技術規格與未來的測試挑戰之外，特地邀請技流科技(GRL)、特勵達科技(Teledyne LeCroy)、太克科技(Tektronix)、云信(SkyRich View)，以及台灣立訊精密(Luxshare-ICT)等夥伴共襄盛舉，探討高速資料傳輸市場趨勢，會中並搭配現場重要的展示攤位，貫穿全場豐富且實用的主題演講，帶領產業界一同體驗高效能、高速傳輸量測解決方案。
資料中心到消費性電子的高速資料傳輸測試解決方案一應俱全
安立知(Anritsu)業務暨技術支援部副理王榆淙先生做現場展示攤位導覽時表示，2020年所展示的八個攤位，以兩大主軸議題為主，首先是雲端機房與資料中心所重視的800GbE與PCIe 5.0的高速傳輸介面，第二個就是在消費性電子產品與應用上的高速介面，推動20Gpbs將成為基本傳輸規格，這從USB4、Thunderbolt與DP新一代的規格可見一般。
除了必須要的向量網路分析儀(VNA)的測試之外，2020年受重視的議題就是通道運行邊際(Channel Operating Margin, COM)的分析，讓電子設計人員了解元件能支援更高資料速率，從而掌握數據通道的運行表現，目前量測的方法採用頻域(Frequency Domain)轉換後再加以量測，讓測試流程有效地簡化。再者，量測DELTA-L數值以便於系統模擬實際訊號的完整性在頻域的角色愈來愈吃重，插入損耗(Insertion Loss)與回波損耗(Return Loss)指標的監控是高速傳輸技術所不可或缺的重要手段。
資料中心的高階需求迎接800GbE 的測試挑戰
Anritsu安立知業務暨技術支援部陳柏戎先生的簡報聚焦於全球超大規模資料中心所關注的800GbE高速資料傳輸新標準與進度，考量5G商轉所產生的效應，使用網際網路使用者的成長，從2018年起的年複合成長率(CAGR)達到6%，所以高速資料傳輸介面與技術的引進刻不容緩，網通大廠從目前400GbE的技術，已經看到800GbE甚至下一代的網路技術藍圖1.6TbE的標準在2024年以後陸續制定完成之後，將進一步驅動成為主要的成長引擎。
目前趨勢看到，第一，不外乎從提高取樣頻率，從26G、53G再提升為106G Baud，其次，就是改變訊號調變的方法(Modulation Methods)，從NRZ、PAM4(脈衝振幅調變)一直升級到PAM8技術，以及第三，就是提升通道數量，估計到800GbE規格的8通道，然後再進到下一階段的16通道，所以可以想見的，測試的最大挑戰將落在高速資料傳輸、PAM技術與多通道的驗證測試。
PAM4在指定訊號速率下的資料速率可以比NRZ加倍增加，但是PAM4訊號的幅度(眼高)比NRZ訊號縮小，因此在訊號損耗和對雜訊的敏感度的考量變得關鍵，在傳輸速度加倍之後，訊號衰減的幅度就更大，信號流經PCB與接線上的損耗都必須精細的考量，由於PAM4技術挑戰來自於CRC修正的補錯技術的效能與良莠，目前關注前向糾錯(FEC)能力，使用RS-FEC編碼與解碼器來模擬光接收器應力測試程序。
現場展示攤位上首先展示資料中心高速網路測試情境，使用具備CSP封裝高速晶片與雙層PCB所設計的8對通道400GbE待測裝置，其後銜接16芯的光纖同步做光譜監測與電源監測，使用Anritsu MP1900A搭配MP2110A Optical Scope與合作儀器廠商的基礎儀器設備來驗證PAM4 光信號的傳輸效果，MP1900A量測機台可以上下疊加而最多可以到四台主機推疊，支援8到16通道的搭配，主要顯現於PAM4調變下64G Baud誤碼率(BER)測試，PAM4訊號波型採用TDECQ量測方法，取代傳統眼圖遮罩(Mask Margin)分析，來對傳送與接收信號品質進行特性分析。
Teledyne LeCroy的示波器展現PCIe 5.0測試的完整方案
特勵達科技(Teledyne LeCroy)以旗下示波器(Oscilloscope)與協議分析儀(Protocol Analyzer)兩大產品線為核心，探討備受矚目的PCIe 5.0 Tx訊號品質測試解決方案，大中華區業務經理何靖勝先生專攻高速協議分析儀的議題，提供系列的解決方案用以支援USB4、Thunderbolt 3、Thunderbolt 4、HDMI 2.1、DP 2.0、PCIe 5.0等最新的高速資料傳輸規格的測試，他所羅列的機台與不同的零組件、測與測試平台，專為解決在協議層上的驗證，除此之外，何靖勝還加上CXL技術來測PCIe 5.0的架構，另外就是在400GbE上非常重要的PAM4的應用。
第二部分由產品經理林賢鎰先生簡報關於Teledyne LeCroy的示波器產品，由於無論是眼圖的實際的量測計算，都需要使用示波器來觀察測試結果，並完成測試報告與眼圖的圖形輸出與列印，在相容性認證過程中對系統廠商非常重要，當中Teledyne LeCroy的LabMaster系列示波器可以疊加使用變成多通道示波器的使用，提供系統廠商相當優異的的設備使用彈性，靈活搭配系統廠商的需求，現場展示以PCIe 4.0與PCIe 5.0、DDR3、USB4等實體層測試為主，並配合自動化軟體來加速系統廠商執行大量的反覆校準與測試之用，展示時特別注重於示波器內的計算功能與範例，相當吸引來賓的重視。
PCIe 5.0的測試技術挑戰
Anritsu安立知業務暨技術支援部副理王榆淙先生聚焦於PCIe 5.0的測試挑戰，從PCIe 4.0到5.0的規格主要差異，首先就是資料傳輸效率飆升到32 GT/s，以滿足資料中心對高速資料傳輸的需求，一舉促使未來的CPU、GPU、TPU、SSD控制卡與高速網路卡都將逐漸轉為PCIe介面。
由於PCIe 5.0較高的資料傳輸速率會產生諸如反射和串擾，進而導致訊號衰減和時序問題，所以實體層的電氣特性測試將更注重訊號完整性；在線路板(PCB)材料上，因為接入損耗變大，所以開始改採用高耐熱多層基板(Megtron 6)作為材料，再者，PCIe 5.0的LinkEQ測試因為傳輸速度高，EQ設定與切換愈來愈複雜，無論是TX或Rx EQ與待測物間的溝通頻率，都需要高度仰賴測試儀器的搭配。
現場展示PCIe 5.0的相容性認證測試解決方案，並以MP1900A搭配50GHz的示波器進行展示。該攤位展示區所用的待測物是高速顯示卡，利用測試ADDING CARD設定，做RxEQ與Tx EQ的測試，並量測TX EQ response time是否可以在切換時間內完成，所以涵蓋包括LINK EQ、電氣訊號品質的量測。
值得一提的是Test Pattern的選擇項目隨著複雜的選擇加多，讓人有眼花撩亂之感，表示未來的選項更會持續增加，MP1900A使用PCI-SIG官方認可的測試夾具進行，其高性能、多通道的誤碼測試儀所具備的高品質輸出波形、高輸入靈敏度以及內建的抖動和雜訊源的功能提供自動化發射/接收(Tx/Rx) LEQ測試，在PCIe 5.0的測試時仍持續扮演重要的角色，其具備強大的分析功能與可重複性操作的穩定性能，對於掌握高速傳輸路徑損耗所引起的訊號品質劣化等問題，贏得晶片設計大廠的信任。
使用MP1900A大幅度減輕PCIe 5.0晶片的設計、檢驗和認證等工作負擔，同時還能縮減產品開發時程，由於晶片大廠普遍看好2021年PCIe 5.0的晶片會量產上市，Intel支援PCIe 5.0的CPU晶片會在2021年率先完成，屆時就會開始大量驗證，而台廠的晶片設計大廠預計到2021下半年或是年底也會開始測試與驗證，所以晶片設計人員正緊鑼密鼓的驗證設計參數和協定，以確保晶片效能並符合相容性標準。
GRL DP2.0測試方案與USB Type C增加射頻干擾影響的量測
技流科技(Granite River Labs)的DisplayPort技術經理宋超宇先生接續探討DP 2.0的Tx與Rx的測試，其使用Anritsu MP1900A搭配GRL調校設定自動化軟體，簡報中涵蓋DP2.0 JTOL Rx自動化測試軟體解決方案做介紹，尤其在USB4中在Type-C的界面下，DP2.0的測試架構與USB類似，軟體流程略有不同，目前在DP2.0的Tx測試範例已經確定，而Rx測試要等到2021年協會工作小組開會後，才能確定，但是GRL已經開始緊鑼密鼓準備做最後認證測試規格的確立，由於GRL本身的業務是認證實驗室，目前旗下五個ATC實驗室布局做DP2.0的認證測試，對於規格制定的國際組織有多方面的接觸，能夠協助產業界完成過認證所需要的重要步驟，因此與Anritsu形成重要的測試夥伴關係。
GRL大中華區總經理莊益林先生則聚焦於射頻干擾測試，從2021年第2季開始，USB Type C介面的裝置做認證測試時，一旦資料傳輸速度超過5Gbps時，都要增加測量射頻干擾測試(Radio Frequency Interference Test)，這是因應生活空間中充斥各式各樣的射頻干擾，為了確保使用USB Type C裝置的資料傳輸品質，所以GRL的ATC實驗室做好服務客戶的準備。
USB4前景看俏，相容性認證測試解決方案正緊鑼密鼓布局
太克科技的資深技術經理黃芳川先生著重於USB4的Tx端實體層測試所需要的測試解決方案與技術挑戰，因為USB TYPE-C規格的普及化，已經可以直接使用包括USB 3.2、USB4、Thunderbolt 3/4與DP 2.0等新的高速資料傳輸規格，使用者就可以傳輸數據，還可以透過DisplayPort傳輸視訊畫面，還可以供應高達100W的輸出功率，做為快速充電之用，尤其是無方向性的連接器大受歡迎，因為USB4的規格包山包海，所以測試範疇非常大，動則花掉一個小時的驗證與測試時間，非常需要測試自動化解決方案的協助。
Tektronix的USB4的電氣性能驗證與相容性測試解決方案已經就緒，針對實體層的測試中包括Electrical Layer與Logical Layer所定義的電氣訊號特性的測試項目如電壓、抖動誤差(jitter)等不同參數的量測。對於Tx端的測試，備妥TekExpress USB4的自動化軟體，搭配Tektronix示波器與Wilder Controller與Fixture完成實體的測試方案，並提供進階抖動和眼圖分析，以及Tx LinkEQ所需要的設定與程序的驗證測試，USB4時所產生的信號完整性測試與挑戰，目前搭配Anritsu MP1900A BERT誤碼儀組成完整的TRx測試解決方案，來協助消費性電子裝置的系統廠商做驗證測試。
傳輸介面速率越來越高，高速測試驗證挑戰與需求增加
云信(SkyRich View Labs)技術總監沈忠榮先生談論示波器設備的特性與測試上應注意的技術基礎，他從示波器設備的頻寬、取樣率與內建記憶體容量等重要的設備規格參數來選擇入題，讓與會的來賓了解測量儀器的適當規格搭配的重要性，尤其在做Tx與Rx測試發生錯誤時，如何據此來尋求有效的對策，云信採用Anritsu高性能訊號品質分析儀MP1900A系列機台，提供客戶驗證包括SAS、PCIe以及100GbE、400GbE等高速串列訊號測試驗證的服務。
沈忠榮表示目前高速傳輸介面的測試驗證設備與機台的投資金額攀升迅速，而且在除錯、測試技術的能力也水漲船高，越來越多的客戶面對這些挑戰，期待委外服務與技術諮詢可以有效救援，順應趨勢潮流，云信與Anritsu建立緊密的關係，目前已經整合MP1900A誤碼率分析儀搭配實驗室既有之50GHz高頻寬即時取樣示波器以及相關分析軟體，並提供高速訊號測試的諮詢與顧問的服務，開啟更多可能的發展空間。
此次論壇中也看到PCIe 6.0的初步制定的規格，速度繼續朝向64 GT/s晉級，PCI-SIG預計2021年5月開始有面對面的規格討論，高速傳輸技術也將進入全新的領域，測試挑戰必是不可小覷，Anritsu考量客戶在資金面與技術面上的負擔，特別重視成本效益的延續，對於接續未來更高速的傳輸規格的測試時，也能使用相同的架構，讓客戶的投資可以物超所值，並攜手掌握高速傳輸技術所帶來的商機。
