8xFC短波解决方案进入大众市场的机遇和挑战

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随着数据和电信业不断推动产品的质量提高和成本下降，市场呈现出对接入网络和数据存储网络带宽的巨大需求。目前，在网络接入和数据存储应用方面，光学器件行业正在出现对高速光纤通道和以太网接口的强大需求。由于要求更加严格且传输距离更长，10G以太网和10GFC产品的生产将非常类似于10G电信产品——比光纤通道行业预想的成本更高。光纤通道行业已经非常成功地在非常短的时间内将比特率从FC翻倍至2xFC，最近又从2xFC翻倍至4xFC，而成本却没有增加多少。以较低的增量成本将速度翻倍所取得的成功激励着他们以同样的成本期望去实现8xFC收发器模块。

图1：8xFC SFP+收发器示意图，其中主IC只包含激光二极管驱动器、后置放大器，且TIA是内置在SFP+中的。

         从FC至2xFC以及从2xFC至4xFC的成功过渡是建立在VCSEL技术的坚实基础之上的。也就是说，4xFC VCSEL芯片的结构、材料和制造技术与2xFC的几乎完全相同，仅需极小优化。此外，经过VCSEL封装技术的适度优化，光学器件行业是在相对于2xFC器件的成本没有显著增加的情况下，提供4xFC发射器和接收器的。尽管在上层网络、服务供应和用户接口方面与电信系统存在差异，但在下至物理信号传送方面，光纤通道也是互连的一个或多个点对点网络，非常类似于电信系统的情况。光纤通道行业旨在通过以下方法保持最低的成本增量：
         使用比10G以太网低17%的数据速率。
         传送距离比10G以太网短30~40%。
         要求高带宽接收器。
         VCSEL发射器的光谱宽度降低40%以上。
         有些VCSEL供应商试图为8xFC应用使用与10G芯片相同的结构。光学器件供应商们正在与其客户合作，为降低成本寻求创新性解决方案。大家正在共同寻求的其中两个解决方案是增加规模效益和减少测试时间。目前，制造10G VCSEL发射器和接收器的成本大大超出8xFC收发器客户的期望。这部分是因为短波应用的10GbE和10GFC器件的需求不足，器件供应商不愿为此优化其晶圆制造工厂。缺乏规模导致提高芯片产量和降低材料成本的机会减少。此外，在多个温度测试每个参数，以确保每个发射器和接收器达到10G以太网规定的严格要求需要耗费巨额成本。这些挑战为VCSEL供应商和光学收发器模块供应商降低8xFC器件的成本提供了巨大机遇。
         在过去三至四年间，光纤通道光学收发器的产量比光学以太网收发器模块要高很多。光纤通道行业期望随着网络从4xFC升级至8xFC时继续这一趋势。ANSI下属的T11（www.t11.org）正在确定其8xFC物理接口及相关更高层协议的电气与光学要求。此外，SFF委员会（www.sffcommittee.com）参加了一个多源协议（MSA），该协议定义了称为SFP+的增强型小型可插拔（SFP）收发器作为适合8xFC物理接口的下一代封装形式。SFP+有望在尺寸上比XENPAK、X2和XFP等显著降低。而且，SFP+耗能低，需要的零件少，如图1所示。
如图1所示，10G以太网光学模块中的抖动滤波器、SerDes及电子散射补偿器（EDC）将被置于板卡或线卡上，以与SFP+模块对接。在板卡上，客户有更多的空间可用，允许他们经济高效地集成这些功能。将抖动滤波器、SerDes和EDC移至板卡上并非零和游戏，原因如下[1]：
         这种方法允许客户集成已经位于板卡上的其他IC。
         PCBA基板面在板卡上较低。
         SFP允许更高的端口密度，因此能够在系统级别上实现每端口成本的下降。
         由于重新定时设备与更高层IC的集成，每端口功耗也得以降低
         抖动滤波器及其他装置产生的热量在板卡上可以更有效地散发。
         所有这些因素都为满足性能及成本目标要求提供了机遇。集成电路行业通过为板卡及SFP+模块开发解决方案，大力推动了SFP+市场的发展。这些努力加大了成功实现客户成本目标的可能性。
         VCSEL和收发器供应商剩下的挑战是与客户合作，共同确定进一步降低成本的后续步骤，以允许8xFC解决方案的大规模部署。在过去数年间，VCSEL芯片制造商一直在研究在晶圆上测试芯片的经济实用方法，主要措施包括[2]：
         通过使用对PXI本地触发器总线具有实时控制的序列引擎来减少单个芯片的测试，而非使用传统的PCI上的GPIB。这允许插槽对插槽触发器线路，它先天比板对板通信要快。
         开发能够同时测试多个芯片的特殊探测器、定位器和算法。
         这些措施已显著减少了芯片DC级测试。我们下一步要寻找降低发射器/接收器光学组件（TOSA/ROSA）成本的方法。我们的第一个目标是使用现成的部件并借助更大批量来实现制造与材料采购的规模效益，以此降低材料成本。下一个主要成本要素就是测试。由于RF测试仪一般使用昂贵的测试设备，且要求具备专业知识的高技能员工，因此减少测试项目会显著降低成本。高低温测试往往在升温和冷却上耗费时间，在此期间测试设备将被闲置。因此，取消极端温度测试将大幅降低制造成本。TOSA/ROSA供应商的挑战是向收发器设计团队展示RF性能参数能够通过设计以及有限测试得到保证。最近在VCSEL设计与制造中取得的进展为显著减少RF测试并进一步降低成本提供了机遇[3,4]。TOSA/ROSA供应商将需要进行广泛的设备验证测试，以通过在芯片级或TOSA/ROSA级的设计和最好只在室温下的有限测试，确保未被测试的参数在性能方面也能够得到保证。
         过去，在10G收发器中，收发器模块的DC和高速性能参数均要在多种温度下进行测试。这些测试费力耗时，需要增加大量投资，且每个单独收发器／转发器的摊销成本更高。对于8xFC光纤通道，收发器设计师正在开发驱动电路和接收器电路的优化方法，以允许收发器可在更少的温度下对DC和高速性能进行测试。成功实现对比温度测试只能通过在斜度效率(SE)和阈电流(Ith)中对TOSA/ROSA更加严格要求才能得到改进。通过创新的VCSEL设计和TOSA/ROSA制造工艺，有可能实现对SE和Ith的严格要求。收发器供应商将需要在交换与路由设备方面与其客户合作，并向他们展示，尽管收发器是在有限温度下测试的，但是他们的收发器在指定的环境中性能是可以得到保证的。
         供应商与客户之间的良好合作是将8xFC模块成功部署到明天的数据存储网络中的关键所在。