Системная верификация 100G/400G/800G/1.6T

Исходная задача:

Проверка высокоскоростного тракта от электрического PHY и оптического модуля до канала передачи, линка и Ethernet-трафика.

Подтвердить, что высокоскоростное соединение между серверной платформой, сетевым адаптером, коммутатором и оптическим модулем устойчиво работает на требуемой скорости и обладает достаточным запасом по качеству сигнала.

Сценарий применяется при разработке новой платформы, выборе компонентов, интеграции оборудования разных производителей, переходе на более высокую скорость или поиске причин нестабильной работы линии.

Объект тестирования

Объектом тестирования являются оптические трансиверы, активные и пассивные кабельные сборки, а также интерфейсы их подключения к хост-платформе и линии передачи.

Серверы, GPU-узлы и вычислительные платформы

ASIC, FPGA, SmartNIC, CPU/GPU и сетевые адаптеры

Печатные платы, разъемы и высокоскоростные линии передачи

Разъемы, ретаймеры и активные компоненты тракта

Электрические интерфейсы хоста

Оптические модули и трансиверы

DAC/AOC-кабели и волоконно-оптические линии

Порты коммутаторов, NIC и серверных платформ

При необходимости тракт разбивается на отдельные участки: передатчик, канал передачи, приемник и сквозное end-to-end соединение.

Схема измерительного стенда

Типовая схема зависит от уровня проверки

Уровень канала — channel characterization

Здесь проверяется не передатчик и не приемник, а пассивная среда передачи:

печатная плата;
объединительная плата;
кабель;
разъем;
переход;
тестовое приспособление;
соединение между платами.

Типовые измерения:

вносимые потери;
возвратные потери;
перекрестные наводки;
преобразование мод;
групповая задержка;
TDR/TDT-анализ;
локализация неоднородностей.

Типовой стенд:

Векторный анализатор цепей VNA или TDR/TDT → канал передачи → анализ S-параметров и временного отклика

Это уровень физического канала, который показывает, почему сигнал деградирует.

Электрический уровень — host electrical / SerDes / PHY

Здесь проверяется электрический участок между микросхемой, платой и трансивером:

SerDes-передатчик и приемник;
дорожки печатной платы;
разъемы;
ретаймер;
разъемный интерфейс QSFP-DD или OSFP;
электрический интерфейс хоста.

Типовые измерения:

глазковая диаграмма NRZ/PAM4;
амплитуда и качество электрического сигнала;
джиттер RJ/DJ/TJ;
BER на электрическом интерфейсе;
запас глазковой диаграммы;
качество эквализации;
проверка link training;
вносимые и возвратные потери;
перекрестные наводки;
преобразование мод;
влияние печатной платы, разъема, ретаймера и посадочного места модуля.

Типовой стенд:

BERT / генератор PAM4-паттернов → тестовое приспособление / интерпозер → DUT / канал → анализатор ошибок BER, осциллограф или DCA.

Дополнительные средства стенда:

Векторный анализатор цепей VNA или TDR/TDT-решение — для анализа самого электрического канала;
Осциллограф реального времени или DCA — для анализа формы сигнала, глазковой диаграммы, PAM4 и джиттера - BERT / анализатор ошибок — для измерения BER и оценки запаса приемника;
BERT / анализатор ошибок — для измерения BER и оценки запаса приемника;
Тестовое приспособление / интерпозер — для доступа к электрическому сигналу;
Калибровочные комплекты и ПО de-embedding — для исключения влияния кабелей, переходов и тестовой оснастки.

Это уровень электрического PHY.

Оптический уровень — optical PHY

Здесь проверяется преобразование: электрический сигнал → оптический сигнал → передача по волокну → обратное преобразование.

Объектами являются::

оптический передатчик;
оптический приемник;
QSFP-DD/OSFP-модуль;
волокно;
MPO/LC-соединения;
оптический тракт с аттенюатором и разветвителями.

Типовые измерения:

средняя оптическая мощность;
амплитуда оптической модуляции OMA;
коэффициент экстинкции ER;
глазковая диаграмма NRZ/PAM4;
TDECQ для PAM4-сигналов;
проверка по маске;
центральная длина волны;
ширина спектра;
чувствительность оптического приемника;
BER, pre-FEC BER и post-FEC BER;
запас по оптической мощности;
работа при ослаблении сигнала;
работа при деградации оптического тракта;
стабильность приема на целевой скорости передачи.

Для проверки приемника:

BERT / генератор тестовой последовательности → оптический передатчик / эталонный передатчик → оптическая линия / VOA → принимающий модуль → анализатор ошибок BER.

Для проверки передатчика:

Оптический выход трансивера → DCA / стробоскопический осциллограф / анализатор оптического спектра / измеритель оптической мощности.

End-to-end уровень — весь линк и передача трафика

Здесь проверяется уже не отдельный PHY-элемент, а вся цепочка: сервер → NIC/SmartNIC → трансивер → оптическая линия → коммутатор → удаленный порт.

На этом уровне оцениваются:

поднимается ли линк;
согласуется ли скорость;
работает ли FEC;
стабилен ли канал длительное время;
передается ли реальный Ethernet-трафик;
есть ли потери пакетов;
каковы задержка и пропускная способность;
сохраняется ли работа под нагрузкой.

Типовой стенд:

Сервер или генератор Ethernet-трафика → DUT → удаленный порт или анализатор трафика.

Это уже не только PHY,а сочетание:

PHY;
PCS/FEC;
link;
Ethernet traffic;
системной совместимости.

Выполняемые измерения

В зависимости от задачи могут выполняться:

Анализ глазковых диаграмм NRZ/PAM4

TDECQ, OMA, ER и средняя оптическая мощность

Измерение случайного и детерминированного джиттера RJ/DJ/TJ

BER, pre-FEC и post-FEC BER

Чувствительность приемника и стресс-тестирование Rx

Проверка FEC и запаса по качеству линии

Вносимые и возвратные потери: IL/RL

Перекрестные наводки и преобразование мод: NEXT/FEXT, mode conversion

TDR/TDT-анализ неоднородностей

Проверка link training и эквализации

Оценка стабильности соединения при изменении температуры, питания и нагрузки

Пропускная способность, задержка и потери пакетов

Состав тестов определяется уровнем проверки: электрический PHY, оптический PHY, канал или end-to-end соединение.

Классы оборудования

Для реализации сценария могут использоваться:

– BERT и генераторы PAM4-паттернов;

– Анализаторы ошибок BER / ED;

– Осциллографы реального времени;

– DCA и стробоскопические осциллографы;

– Оптические измерительные модули;

– Векторные анализаторы цепей и TDR/TDT-решения;

– Анализаторы и генераторы Ethernet-трафика;

– Оптические аттенюаторы;

– Оптические измерители мощности;

– Оптические анализаторы спектра;

– Блок восстановления тактового сигнала / CDR;

– Тестовые приспособления / интерпозеры / пробники и калибровочные комплекты;

– ПО для тестирования на соответствие, de-embedding и автоматизации измерений.

Ожидаемый результат

подтверждение работоспособности тракта на целевой скорости;
комплексная оценка качества электрического и оптического сигнала;
локализация наиболее критичного участка тракта;
оценка совместимости компонентов и оборудования;
рекомендации по настройке эквализации, FEC, ретаймеров и параметров канала;
рекомендации по настройке equalization, FEC, retimer и параметров канала;
протокол измерений для заключения о готовности решения к интеграции и масштабированию.

Связанные материалы

схема типового стенда 400G/800G;
краткое описание решения в PDF;
опросный лист для подбора конфигурации;
статья по PAM4 и BER;
материал по тестированию QSFP-DD/OSFP;
пример протокола испытаний;
кейс по проверке сервера, SmartNIC и коммутатора;
сравнительная таблица уровней тестирования: PHY, channel, protocol, traffic.