本專欄不定期解讀測(cè)試行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，歡迎大家在評(píng)論區(qū)提出你想要了解的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或者關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試的問題，是德科技測(cè)試工程師會(huì)給你解答。是德科技作為全球領(lǐng)先的測(cè)試與測(cè)量技術(shù)公司，長期致力于推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和測(cè)試方法的完善，為行業(yè)提供全面的測(cè)試解決方案。

原文作者：

John Calvin

是德科技戰(zhàn)略規(guī)劃師和數(shù)據(jù)通信技術(shù)主管

以太網(wǎng)聯(lián)盟董事會(huì)成員

翻譯：是德科技（中國）有限公司市場部

本文深入探討了 IEEE 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展以及這些標(biāo)準(zhǔn)如何推動(dòng)下一代數(shù)據(jù)中心及人工智能。

主要內(nèi)容如下：

IEEE 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)簡史

IEEE Std 802.3df 和 IEEE P802.3dj 標(biāo)準(zhǔn)的更新

助力下一代超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心

基于1985 年首次發(fā)布的 IEEE Std 802.3 最初標(biāo)準(zhǔn)，IEEE Std 802.3df 和 IEEE P802.3dj 標(biāo)準(zhǔn)代表了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展。這些新標(biāo)準(zhǔn)正在為下一代以太網(wǎng)技術(shù)鋪路，其聚合鏈路速度將達(dá)到 200 Gb/s、400 Gb/s、800 Gb/s 和 1.6 Tb/s。這些技術(shù)專為滿足新興的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、大型語言模型 (LLM) 以及機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)，有望顯著提升性能和可擴(kuò)展性。

這些標(biāo)準(zhǔn)在光信號(hào)和電信號(hào)技術(shù)的媒體訪問控制(MAC, Media Access Control)、管理系統(tǒng)和物理層規(guī)范方面引入了創(chuàng)新。在光學(xué)領(lǐng)域，它們利用單模光纖信號(hào)調(diào)制和探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物理介質(zhì)附件 (PMA, Physical media Attachments) 的性能指標(biāo)能夠支持從 采用PAM4 信令調(diào)制的500 米到采用DP?16QAM調(diào)制的 40 公里距離。它們的問世代表著光學(xué)技術(shù)的重大進(jìn)步，增強(qiáng)了不同距離的數(shù)據(jù)傳輸能力。

最新的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)

在電氣方面，這些標(biāo)準(zhǔn)建立了單通道212 Gb/s 接口的新基礎(chǔ)，旨在支持從直接連接銅纜 (CR, Direct Attach Copper) 、芯片到模塊 (C2M)、芯片到芯片 (C2C) 和背板 (KR) 接口的一切。最具技術(shù)和工程挑戰(zhàn)性的電氣接口是 C2M 接口，它是 QSFP 或 OSFP 模塊光纖配置中使用的主要物理層接口，支持 104 Tb/s 交換技術(shù)的興起。它是下一代人工智能、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵組成部分，也是下一代 1.6 Tb/s 銅纜和光纖互連需求的核心。

IEEE 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)簡史

讓我們一起看下近期和當(dāng)前的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)于正確預(yù)測(cè)未來發(fā)展至關(guān)重要。

IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 802.3ck?2022 規(guī)定了每通道 106 Gb/s的物理層和針對(duì)100，200 和 400Gb/s 聚合接口的管理參數(shù)。

IEEE Std 802.3df?2024制定了 400 和 800 Gb/s 的媒體訪問控制和管理參數(shù)，以及重新使用現(xiàn)有的每通道 106 Gb/s 物理層技術(shù)。

IEEE P802.3dj （預(yù)計(jì) 2025 年完成）制定了針對(duì)1.6 Tb/s聚合接口的每通道 212 Gb/s 的物理層和媒體訪問控制，以及 針對(duì)200 Gb/s、400 Gb/s、800 Gb/s 和 1.6 Tb/s 聚合接口的管理參數(shù)。

IEEE P802.3dj 標(biāo)準(zhǔn)延續(xù) IEEE Std 802.3 的開發(fā)節(jié)奏，以支持對(duì)更高速、更高效的電、光信號(hào)傳輸?shù)男枨?。本文將主要關(guān)注在開發(fā)中的新的 IEEE P802.3dj 的 212 Gb/s 物理層接口。這種新的物理接口突破了電光傳輸系統(tǒng)、連接器和 SerDes 設(shè)計(jì)的界限（圖 1）。

圖1. 典型的802.3dj主機(jī)測(cè)試點(diǎn)模型

目前，IEEE P802.3dj 已內(nèi)置多個(gè)已知的信道參數(shù)。最值得注意的是一個(gè)信道曲線，該曲線始于發(fā)射機(jī)的芯片Die-bump測(cè)試點(diǎn) (TP0d)，止于接收機(jī)的芯片Die-bump測(cè)試點(diǎn) (TP5d)。這兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的標(biāo)稱損耗為 40 dB，信號(hào)奈奎斯特頻率為 53.125 GHz。圖 1 展示了一個(gè)典型的主機(jī)模型，該模型包含 TP1a，用于評(píng)估 C2M 配置和 TP2 測(cè)試點(diǎn)（從無源電纜的角度）。

IEEE P802.3dj 推動(dòng)以太網(wǎng)帶寬提升

IEEE P802.3dj 引入非對(duì)稱損耗模型，以滿足各種 C2M、CR、KR 和 C2C 配置中信道損耗優(yōu)化的架構(gòu)需求。目前已提供多種主機(jī)信道損耗配置的草案，范圍包括：主機(jī)低損耗約 6 dB、主機(jī)標(biāo)稱損耗約 11 dB 以及主機(jī)高損耗約 16 dB。

SerDes 封裝模型、主機(jī)損耗曲線和主機(jī)一致性測(cè)試夾具的組合將損耗曲線傳送至第一個(gè)可訪問的測(cè)試點(diǎn)：在 CR 電纜拓?fù)渲蟹Q為 TP2 的位置，或在 C2M拓?fù)渲蓄愃频胤Q為 TP1a 的位置。在 C2M 中，此損耗最高可達(dá) 32 dB（圖2）。

圖2. 典型的 802.3dj

低損耗、標(biāo)稱損耗和高損耗測(cè)試配置文件

硅片 TP0d 和 TP1a 之間的插入損耗可能在各種允許的主損耗曲線范圍內(nèi)，目前標(biāo)準(zhǔn)尚未最終確定。32 dB 的凈高損耗曲線可作為本文提出的電氣驗(yàn)證挑戰(zhàn)的一個(gè)獨(dú)特案例研究。圖 2顯示了這些插入損耗以及測(cè)試結(jié)構(gòu)上的典型回波損耗參數(shù)。53.125 GHz 處的標(biāo)記指示了通常受控的插入損耗限值。

大多數(shù)電氣驗(yàn)證測(cè)量都基于 TP1a（主機(jī)輸出規(guī)范）。這些測(cè)量包括許多常見的操作，例如信噪失真比 (SNDR)、穩(wěn)態(tài)發(fā)射機(jī)電壓 (Vf) 和電平分離不匹配率 (RLM)，這些操作均包含在 IEEE P802.3dj（草案）第 176D 條（TP1a主機(jī)輸出規(guī)范）。

IEEE P802.3dj 已進(jìn)一步努力協(xié)調(diào)TP2 銅纜 (CR) 測(cè)試驗(yàn)證和 TP1a C2M 技術(shù)之間先前截然不同的驗(yàn)證方法，這兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)實(shí)際上是同一個(gè)測(cè)試點(diǎn)。對(duì)于熟悉前幾代 C2M 技術(shù)（53.125GBd PAM4）的設(shè)計(jì)人員來說，最顯著的變化是在 IEEE P802.3dj 的 TP1a 測(cè)試點(diǎn)引入了抖動(dòng)規(guī)范。

IEEE P802.3dj 中的抖動(dòng)規(guī)范主要源自早期第 120D.3.1.8.1 條中的技術(shù)，該技術(shù)檢查 PRBS13Q (PAM4 PRBS13Q) 測(cè)試模式中的一組 12 個(gè)特定邊沿(12 strategic edges)，以提取相關(guān)的抖動(dòng)特性。此處使用的關(guān)鍵抖動(dòng)規(guī)范包括 以1:104的概率評(píng)估非相關(guān)抖動(dòng)(J4u) 、不可補(bǔ)償?shù)臍堄郕RMS以及奇偶抖動(dòng)分量EOJ。發(fā)送快速邊沿測(cè)試信號(hào)（5ps 轉(zhuǎn)換時(shí)間）通過 32 dB（53 GHz 時(shí)）組合封裝、主機(jī)損耗和測(cè)試適配器接口將對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯著的低通濾波。這種濾波和信號(hào)記憶效應(yīng)的綜合衰減，導(dǎo)致 PRBS13Q 或 PRBS9Q 信號(hào)流中所有單電平、雙電平和三電平轉(zhuǎn)換的符號(hào)間干擾 (ISI) 更高，邊沿斜率更低。這些濾波損傷的影響，在很大程度上解釋了實(shí)際測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果之間的差異。

具體來說，較低的斜率會(huì)導(dǎo)致較大的抖動(dòng)值，因?yàn)榇怪痹肼暜a(chǎn)生的抖動(dòng)與噪聲幅度除以邊沿的斜率成比例。同時(shí)，ISI 的增加會(huì)導(dǎo)致不同邊沿之間的抖動(dòng)變化更大。但這些影響并不對(duì)稱，因?yàn)閱渭?jí)邊沿轉(zhuǎn)換受到的影響最大（抖動(dòng)最高、變化性最高），兩級(jí)轉(zhuǎn)換的影響適中，三級(jí)轉(zhuǎn)換的影響較小。

圖 3 繪制了 IEEE 802.3ck 中選定的 12 個(gè)轉(zhuǎn)換的JRMS值，這些轉(zhuǎn)換是 PRBS13Q 模式中 8191 個(gè)轉(zhuǎn)換的子集。三電平轉(zhuǎn)換的JRMS值用紅色星號(hào)表示，藍(lán)色圓圈和綠色菱形分別代表雙電平和單電平。

圖3. 12階JRMS2與 (1/Slew-Rate)2的關(guān)系

該圖左下角的三級(jí)躍遷具有最低的JRMS值和最低的可變性，而穿過更高（向上和向右）的兩級(jí)和單級(jí)躍遷具有較高的JRMS以及更大的可變性。這準(zhǔn)確地描述了高損耗信道末端發(fā)生的情況，有時(shí)被稱為信道誘導(dǎo)(channel-induced)抖動(dòng)放大。由于這種可變性，當(dāng)前的流程是將抖動(dòng)測(cè)量僅隔離到三電平轉(zhuǎn)換，JRMS03和 EOJ03 符號(hào)的由來正是源于此。

深入研究 IEEE 802.3dj 最新提案

根據(jù)最新的提案，IEEE 802.3dj D1.3 提供了更大的靈活性（圖 4）。

抖動(dòng)可在任意三電平轉(zhuǎn)換上測(cè)量。結(jié)果分別使用上升沿和下降沿報(bào)告，從而最大程度地減少抖動(dòng)參數(shù)。此外，測(cè)試可以使用 PRBS9Q 或 PRBS13Q 碼型進(jìn)行。

圖4. 電氣參數(shù)抖動(dòng)和VEC測(cè)量

圖 4 顯示了PRBS13Q 碼型中所有三電平轉(zhuǎn)換的JRMS值，左下角以?色圈出了最佳上升沿和下降沿結(jié)果。使用JRMS03以及本最新提案對(duì)抖動(dòng)屬性進(jìn)行分類的目的是將注意力集中在發(fā)射機(jī)屬性上，同時(shí)盡可能地降低高信道損耗的影響。

圖 5 展示了典型的物理層抖動(dòng)驗(yàn)證。抖動(dòng)分解傳統(tǒng)上強(qiáng)調(diào)所有 12 個(gè)可用的 PAM4 跳變。

對(duì)于 IEEE P802.3dj，草案規(guī)范側(cè)重于一組有限的上升沿 0 到 3 和下降沿 3 到 0 的跳變（稱為三電平抖動(dòng)規(guī)范）。在本例中，J4U03報(bào)告值為 95mUI（3?>0 或 0?>3 中的較大 者），而標(biāo)稱規(guī)范限值為 135mUI。

圖5. 12 邊沿抖動(dòng)分解

重點(diǎn)關(guān)注三電平 PAM4 轉(zhuǎn)換

圖 6 顯示了三電平轉(zhuǎn)換JRMS03和EOJ03。與J4u報(bào)告上升或下降三電平抖動(dòng)項(xiàng)中最大值的方式類似，此分解顯示JRMS03最大值為 14.5mUI，而標(biāo)稱限值為 23mUI，EOJ03最大值為 21.9mUI，而標(biāo)稱限值為 25mUI。

圖6. 12 邊沿JRMS和EOJ分解

重點(diǎn)關(guān)注三電平PAM4 轉(zhuǎn)換

擴(kuò)展 IEEE Std 802.3

IEEE Std 802.3df 和 IEEE P802.3dj 聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志著以太網(wǎng)演進(jìn)的分水嶺，延續(xù)了原始 IEEE Std 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)。隨著 IEEE Std 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)發(fā)展，這些進(jìn)步將在支持未來高速、高容量網(wǎng)絡(luò)、推動(dòng)數(shù)據(jù)密集型人工智能應(yīng)用發(fā)展以及塑造以太網(wǎng)技術(shù)的未來方面發(fā)揮根本性作用！

AI 高速以太網(wǎng)講義配套視頻版本：

聽以太網(wǎng)測(cè)試專家講解以太網(wǎng)的發(fā)展歷程、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和應(yīng)用場景等。了解是德科技如何助力 AI 時(shí)代，為大規(guī)模數(shù)據(jù)中心提供高速、高效的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試方案。

關(guān)于以太網(wǎng)聯(lián)盟

以太網(wǎng)聯(lián)盟是以太網(wǎng)領(lǐng)域的行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)，致力于推動(dòng)以太網(wǎng)技術(shù)的全球發(fā)展和普及。該聯(lián)盟始終致力于通過舉辦互操作性活動(dòng)來驗(yàn)證最新技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)和互連上的應(yīng)用，從而加速 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的部署。

關(guān)于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創(chuàng)新者，助力他們將改變世界的技術(shù)帶入生活。作為一家標(biāo)準(zhǔn)普爾 500 指數(shù)公司，我們提供先進(jìn)的設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試解決方案，旨在幫助工程師在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中更快地完成開發(fā)和部署，同時(shí)控制好風(fēng)險(xiǎn)。我們的客戶遍及全球通信、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天與國防、汽車、半導(dǎo)體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個(gè)安全互聯(lián)的世界。