提起《高速數(shù)字設(shè)計》(黑魔書)的作者Howard Johnson，估計工程師無人不曉，此公這本書被全球公認為信號完整性天書!在中國，幾乎每個硬件工程師都下載過他的這本著作，這個高速信號設(shè)計大牛30年前的還是一電視修理工，之后用了9年時間完成了從學(xué)士到碩士到博士的學(xué)歷教育，他發(fā)明了語音壓縮算法，參與了以太網(wǎng)標準的制訂，我們今天享受到的高速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)都有他的功勞，作為一個高速信號權(quán)威，Howard Johnson的評論無疑決定著一個器件的應(yīng)用前景，近日，Howard Johnson博士在賽靈思官網(wǎng)上發(fā)布的一段視頻中對賽靈思的Virtex-7 HT FPGA的28Gbps串行收發(fā)器進行了演示。為什么Howard Johnson博士會對賽靈思的這款器件與如此濃厚的興趣呢?

這段演示顯示器件測試是采用了PRBS31模式，PRBS是Pseudo Random Binary Sequence的縮寫，即“偽隨機二進制序列”的意思。PRBS碼的周期長度與其階數(shù)有關(guān)，常用的階數(shù)有7、9、11、15、20、23、31，也就是我們常說的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。PRBS碼流的階數(shù)越高，其包含的碼型就越豐富，就越接近真實的線網(wǎng)環(huán)境，測試的結(jié)果就越準確。所以演示中的碼流是最有挑戰(zhàn)性的。

一、全球成功首演28Gbps串行收發(fā)器讓400Gbps通信成為現(xiàn)實

在演示中，Howard Johnson博士重點介紹了連接新一代CFP2光纖模塊所需的超廣視角和抖動性能，也介紹了賽靈思的這款28Gbps收發(fā)器蘊含的意義，原來，這個全球首款28Gbps收發(fā)器意味著我們可以進入100Gbps和400Gbps帶寬應(yīng)用時代了。

“我們5年前就在從事28Gbps收發(fā)器的開發(fā)，我們要提供一個成熟可用的產(chǎn)品。”近日，在賽靈思深圳Virtex-7 HT FPGA新聞發(fā)布會上，賽靈思(Xilinx)公司Serial IO高級產(chǎn)品市場經(jīng)理Panch Chandrasekaran指出：“盡管我們的主要競爭對手在新聞稿中對外宣稱其28nm FPGA實現(xiàn)了66個28Gbps收發(fā)器，但實際上他們至今給客戶演示的28nm FPGA只有4個28Gbps收發(fā)器(而且實際性能只有25Gbps)。Virtex-7 HT系列FPGA的性能更勝一籌，28Gbps收發(fā)器數(shù)量是他們的4倍、實現(xiàn)總帶寬是他們的2.8倍、邏輯門數(shù)是他們的1.4倍、存儲器容量是他們的1.3倍。”
在他公布實際眼圖中，我們看到，賽靈思的28Gbps收發(fā)器眼圖開啟的很好，學(xué)過通信人都知道，眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強弱。“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串擾越小;反之表示碼間串擾越大。從下面兩張圖上可以清楚地看出兩個收發(fā)器的性能差異。

賽靈思的28Gbps收發(fā)器眼圖

賽靈思和競爭對手產(chǎn)品眼圖的對比

“競爭對手產(chǎn)品的眼圖是來源他們的網(wǎng)站。”為了消除我們的疑慮，Panch解釋到。

目前，個人寬帶用戶的平均帶寬也就是2M左右，而且10Gbps應(yīng)用剛剛開始，為什么賽靈思等公司會推出瞄準400G應(yīng)用的帶28Gbps收發(fā)器的Virtex-7 HT FPGA呢?

Panch表示這主要是全球IP流量高速增長產(chǎn)生的需求，據(jù)思科預(yù)計，2014 年全球 IP 流量將在 2009 年的基礎(chǔ)上增長四倍，達到每月 64 EB，而 2009 年的月流量約為 15 EB。到 2014 年，全球年 IP 流量將達到近 0.75 ZB(767 EB)!一個ZB等于一萬億GB(供參考： 1B=8bit ，1KB=103B，1MB=106 ，1GB=09B，1TB=1012B，1PB=1015B拍字節(jié)約等于 1015 字節(jié)，1EB=B1018艾字節(jié)約等于 1018 字節(jié)，1ZB=1021B或 1,000,000,000,000,000,000,000 字節(jié)。

為了緊跟這一發(fā)展趨勢，通信設(shè)備廠商已經(jīng)在設(shè)計新一代100G-400Gbps 系統(tǒng)設(shè)備了，另外，為了在不擴大外型或功耗預(yù)算的情況下最大限度地提高面板帶寬密度也需要更高速的收發(fā)器。Finisar公司高速光纖模塊市場營銷總監(jiān) Christian Urricariet 就曾表示：“為了滿足日益增長的帶寬需求，我們預(yù)計通信設(shè)備廠商將采用新的 CFP2 型光纖模塊來設(shè)計新一代100 和 400Gbps 系統(tǒng)。這將最大限度地提高面板的帶寬密度，同時優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品的功耗預(yù)算。”

從上圖中，我們就可以看功耗密度是到通信設(shè)備商要解決的首要難題，一個交換機機柜目前可提供480Gbps總帶寬，它有48個SFP+端口刀片服務(wù)器，每個刀片服務(wù)器采用1個10GbE輸出，此時每個刀片間隔15mm，總功耗為48W。為了加大散熱間隔和減少光纖數(shù)(降低成本)，在同樣尺寸機柜里可以采用4個CFP端口刀片服務(wù)器，每個刀片服務(wù)器提供100GbE輸出，每個CFP采用10個10GbE輸入，這樣可將總系統(tǒng)帶寬提供到400Gbps，這可以將間隔減到84mm，不過這個方法提供的帶寬要低于SFP+，在以更低功耗提供更高帶寬方面，CFP落敗了。

新興的CFP2模組規(guī)范可以滿足這個要求，CFP2和CFP的主要區(qū)別是CFP2有“變速箱”的功能，就是可以把10個10.3125G 數(shù)據(jù)流變成4個25G數(shù)據(jù)流，所以可以提高功耗密度，一個單個 CFP2 模塊可以通過4個25G光纖提供100 Gbps 帶寬(而間距為42mm)，所以，8個CFP2模塊可以提供800 Gbps帶寬，而只維持了同樣的60w功耗，其功耗密度比SFP+和CFP都高!

二、28Gbps串行收發(fā)器讓更多行業(yè)受益

賽靈思亞太區(qū)應(yīng)用市場總監(jiān)張宇清表示：“賽靈思此次發(fā)布的 Virtex-7 HT FPGA有16個28Gbps和72個13.1Gbps 串行收發(fā)器，總帶寬提高到2.8Tbps，這是目前業(yè)界最大帶寬。”此外，他表示Virtex-7 HT FPGA系列產(chǎn)品很豐富，適用多種應(yīng)用，例如該系列包含從290,000個邏輯單元的低成本100G“智能變速箱”芯片到包含870,000 個邏輯單元的全球首款400Gbps FPGA，其中支持100Gbps、2 x 100Gbps 或400Gbps 接口、高效連接、基于3Gbps 或6Gbps 的傳統(tǒng)系統(tǒng)端接口和 10Gbps ASIC 及 ASSP 芯片等應(yīng)用。這意味著 Virtex-7 HT FPGA 可用于多種應(yīng)用，例如：支持 OTU-4(光傳輸單元)轉(zhuǎn)發(fā)器、復(fù)用轉(zhuǎn)發(fā)器或 SAR(業(yè)務(wù)匯聚路由器)的 100Gbps 線路卡、面向高速數(shù)據(jù)處理的低成本 120Gbps 包處理線路卡、多 100G 以太網(wǎng)端口橋、400Gbps 以太網(wǎng)線路卡、符合19.6Gbps CPRI(通用公共無線電接口)基站和遠程無線電前端以及100Gbps 和400Gpbs 測試設(shè)備等等。

Virtex-7 HT FPGA總帶寬提高到2.8Tbps

實際上，除了在通信領(lǐng)域，在其他高速信號處理領(lǐng)域，例如包括雷達陣列以及偵察機在內(nèi)的航空航天和軍用產(chǎn)品應(yīng)用，Virtex-7 HT FPGA也可以大顯身手。

張宇清表示技術(shù)發(fā)展表明，到2012年，100-400Gbps應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟，從光模塊到相應(yīng)的標準都已經(jīng)成熟。“所以，XilinxVirtex-7 HT 擁有28G 生態(tài)系統(tǒng)的支持，現(xiàn)在，很多電信設(shè)備商已經(jīng)設(shè)計好了產(chǎn)品，這些都預(yù)留了光模塊的位置，屆時，插入光模塊就可以跨入100-400Gbps時代了。”

XilinxVirtex-7 HT 擁有28G 生態(tài)系統(tǒng)的支持

Panch表示其實要實現(xiàn)28Gbps收發(fā)器的挑戰(zhàn)非常巨大，首當其沖是要解決系統(tǒng)抖動問題，對此，賽靈思采取的措施有：

　　1、提供滿足CEI-28G標準的低相位噪聲諧波鎖相環(huán)

　　2、在FPGA上有具自動調(diào)準功能的信號調(diào)整電路;

　　3、有專門的噪音分離架構(gòu)，這可以可將模擬和數(shù)字電路之間的噪音耦合減少5-10db。

實現(xiàn)系統(tǒng)級抖動

所以，好產(chǎn)品不是說出來的而是精心設(shè)計出來的，我想，這也是賽靈思的這個28Gbps收發(fā)器產(chǎn)品贏得Howard Johnson博士青睞的主要原因!