算力需求再加码，1.6T以太网助力数据中心突破提速瓶颈-电子发烧友网

从线上购物、观影，再到使用手机银行进行支付……我们的日常生活可能比我们想象的更依赖数据中心。如今，数据中心，尤其是管理PB级数据的超大规模数据中心，愈发受关注。IDC预计，至2025年，全球的数据量将达到175 ZB。随着每年数字领域的数据量快速增长，要保持良好的线上体验感，高带宽和超快的网络速度至关重要。

网络提速的下一个前沿趋势将是1.6T以太网。在如人工智能（AI）、自动驾驶、高性能计算（HPC）和云计算等快速增长的应用中，网速必须足够快，才能在计算、网络和存储组件之间快速移动数据。

那么有没有快速且风险较低的方式来实现1.6T以太网？答案是：有，那就是224G以太网PHY IP。

尽管今年开始已有诺干224G以太网设计出现，但预计第一波部署要到2026年。224G以太网的早期应用有重驱动芯片、交换机、AI扩展、光学模块、I/O小芯片和FPGA等。1.6T以太网背后的助推因素是什么？以及未来，我们又该如何迎接网络设计的挑战和机遇？

为什么超大规模数据中心需要更高的以太网速度

尽管I/O速度不断提高，但仍然无法跟上算力增长的步伐。我们所面临的现实是，随着摩尔定律的放缓和半导体逐渐趋近物理极限，算力与I/O带宽之间的差距不断拉开。为了增加算力资源，开发者可在芯片上添加更多晶体管，Multi-Die系统符合其要求，提供了添加更多晶体管、扩展算力的机会。CPU并行化和多线程等技术也提高了系统性能。但是，当逻辑门密度翻倍时，I/O性能仅提高了不到5%，而且自45nm工艺技术出现以来，每平方毫米的成本也一直在增加。面对当今数据的体量和复杂程度，I/O正在成为发展瓶颈。

为了支持不断增长的数据需求，超大规模数据中心正在转向更快、更扁平、更具可扩展性的网络架构。更扁平的架构（不超过三层交换机）不仅降低了延迟，也推动了对更高带宽和更长距离高效连接的需求。以太网高速接口的出现正是为了满足连接方面的需求，也因此长期以来一直被视为互联网数据连接的支柱。

为满足愈发提高的互联需求，每一代以太网标准都实现了速度翻番。事实上，超大规模用户很大程度上影响了以太网的发展路线图，推动了向1.6T以太网的演进。历来接口标准都是每四年修订一次，如今，为了消除I/O带宽上的差距，这一时间间隔也开始缩短。

以太网协议还提供了一定程度的灵活性，比如速度协商、与软件堆栈的向后兼容性，以及能够使用不同种类和类别的介质等等，对数据中心SoC开发者而言颇具吸引力。无论是光纤、铜缆还是PCB背板，以太网协议都可支持。而相比铜缆，光纤连接更能有效防止形成I/O传输上的瓶颈。

推动224G以太网发展的因素

最新一代以太网标准将提供224G的数据速率，为1.6T以太网的发展奠定基础。除数据井喷所引起的带宽需求外，服务器前面板密度的增加也推动了对224G连接的需求。在数据中心内，前面板可插拔模块的密度已接近极限，只剩下有限的空间供可插拔光学模块使用。所以，SerDes接口就需要不断提高运转速度来顺应其要求。

224G以太网还拥有其他诸多优势。它可以帮助高密度数据中心减少所需的线缆和交换机数量，达到更高的网络效率。此外，它还可向后兼容其他以太网标准，同时简化与现有网络的集成。

紧缩的以太网设计裕度和面临的独特挑战

224G以太网的设计需要一些独特的考量，因为设计裕度将非常小。其一，光学元件需要放置得更靠近SoC，因为超过400G时，将电信号驱动到模块所需的功耗会变得非常大。合封（将电芯片和光芯片集成在单个封装中）可以让主机SoC与光学接口之间的电气链路变得更短，功耗也更低。其二，与112G SerDes相比，224G SerDes的每比特功耗需要至少降低了三分之一。

因此，优化各个模拟模块以减少阻碍将变得至关重要。有些新颖精简的模拟架构可在最大程度增加带宽的同时，减少寄生效应和噪声失真。提高并行性对于处理更高的速度至关重要，但这需要在架构、电路和布局方面进行细致的设计。具有创新性的数字信号处理（DSP）可以补偿模拟器件方面的限制并提供更好的抗噪性。

如果设计中的不同子层来自不同的供应商，那么互操作性将会构成另一项挑战。

224G以太网PHY IP的实际运用，展示出速度惊人的224Gbps TX PAM-4眼图。

224G以太网PHY IP的演示

新思科技是率先推出224G以太网PHY IP应用的公司，并对其有着深刻的理解。在ECOC 2022（瑞士巴塞尔）大会上，新思科技演示了一种224G接收器PHY，其误码率（BER）小于1e-6（20dB+信道）；今年的DesignCon大会上，演示了一种224G收发器PHY，具有全开5nm 224G PAM-4-TX眼图；而在OFC 2023大会上，新思科技演示了其出色的环回性能，且BER小于7e-8。

作为新思科技高速SerDes IP核组合的一部分，新思科技224G以太网PHY IP可以满足不断增长的高带宽和低延迟要求，同时提供超过IEEE 802.3和OIF标准电气规范要求的信号完整性和抖动性能。这项经过验证的IP还有助于降低集成风险，确保数字信号层和混合信号层之间的互操作性，并加快产品上市时间。

在规划224G以太网设计时（预计几年后会有大量224G以太网入市），开发者可以通过与IP供应商合作占得先机，从而更顺利地交付高性能数据中心应用。