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      5G和下一代数据中心需要怎样的光通信DSP?

      2020-10-09 赵明灿 阅读:
      5G最重要的一个优点就是高速率,很多媒体和运营商都宣传5G的速率比4G提高了几十甚至上百倍。其实这样的宣传在4G和3G时代也是如此。那么,5G网络建设面临怎样的压力?

      8月17日,深圳市市长陈如桂在“点亮深圳,5G智慧之城”发布会上宣布,深圳市提前超额完成“建设4.5万个5G基站”的目标,已实现5G独立组网全覆盖。深圳市在5G网络建设方面走在了世界的最前列,但5G网络建设的目的不是全覆盖,因为这在4G、3G、2G时代都已解决过。5G真正的价值在于高速率、低延时、高可靠,这样才能为人工智能、无人驾驶、工业物联网、车联网等提供网络的保障,而让这些应用真正落地。dRfednc

      针对5G当前的发展现状,国务院新闻办公室也曾在7月底搞过一个发布会,向社会汇报当前5G的进展情况。当时,工信部通信发展司司长闻库就谈到,我国5G目前还处于商用的初期,仍然需要加快5G整体的建设力度,扩大基站站址的资源,特别是强化电力和频率资源的保障,而去丰富5G的应用。dRfednc

      未来3年将是我国建设5G基站的高峰年份,而国外在这方面普遍滞后于我国,因此在未来5到8年,5G的建设高峰将会持续相当一段时间。dRfednc

      5G最重要的一个优点就是高速率,很多媒体和运营商都宣传5G的速率比4G提高了几十甚至上百倍。其实这样的宣传在4G和3G时代也是如此。那么,5G网络建设面临怎样的压力?dRfednc

      Seagull 50:面向5G网络前传和中传的高性能光通信DSP

      日前,Credo公司在深圳举办新品发布会,面向5G网络前传和中传光模块应用发布了Seagull 50光通信DSP芯片。Credo公司销售副总裁杨学贤表示,在“提速”方面,为了满足新的应用场景,5G需要更大的传输容量和更快的传输速率支持。因此,光器件模块也需要进行相应升级,这就带来了海量光器件的需求。同时,5G前传的带宽在从10Gbps、25Gbps向50Gbps过渡。dRfednc

      在“降费”方面,5G建设期间每年有几千亿元级的庞大资本支出,光模块占其中6%,每年有约百亿级支出。此外,基站后期的维护和使用成本(OPEX)也是运营商的重要开支,其中电费是核心部分,在总运营费用中占比将近20%——2018年全年三大运营商的移动基站统计共耗电约270亿度,总电费240亿元。目前提高设备性能、降低5G设备成本及功耗是业界面临的重大挑战。dRfednc

      5G光模块的关键在于芯片,具体要求表现为以下四个方面:dRfednc

      1.高性能dRfednc

      •补偿由光器件、温变和光纤原因造成的光损伤及非线性效应dRfednc

      •产品需具有更高灵活性,用于ER/LR前传、中传等场景dRfednc

      2.高速率dRfednc

      •50Gbps是5G中传应用领域公认的传输速率,最具性价比优势dRfednc

      •下一代前传光互联解决方案光模块将从SFP28升级至SFP56dRfednc

      3.宽温度dRfednc

      •具有差异性的环境下使用,中传室内应用,商业级温度dRfednc

      •前传全室外场景对工业级工作温度范围(-40~85℃)有着刚需dRfednc

      4.低成本dRfednc

      •低成本是5G产业链的主要诉求之一,光电芯片将制约光模块成本下降dRfednc

      •5G网络运营商需要更低功耗器件来持续降低运营成本(OPEX)dRfednc

      据介绍,Seagull 50光通信DSP是一款专门用于5G无线通信网络前传和中传光模块的高性能光通信DSP。这款产品满足了移动网络不断攀升的带宽需求,支持长距离传输及工业级工作温度范围。Seagull 50可配置为两种工作模式:2x25G<—>1x50G及1x50G<—>1x50G。Seagull 50产品采用Credo独特的设计架构,最大程度减小了芯片尺寸,并使用主流工艺来降低产品成本。dRfednc

      Seagull 50是一款多功能全双工产品,具有行业领先的低功耗性能,可用于下一代支持基于PAM4调制的50Gbps SR/DR/FR/LR/ER多种传输距离下的QSFP28、DSFP及SFP56可插拔光模块。Seagull 50可在-40℃至+85℃的工业级温度范围内工作,非常适合在数据中心和5G无线/eCPRI前传、中传和回传应用中使用。dRfednc

      Seagull 50是一款具有两种模式的光通信DSP,可用作Gearbox或Retimer。dRfednc

      在Gearbox模式下,芯片配置为:设备侧双通道24.33-25.78Gbps NRZ到线路侧单通道50.135-53.125Gbps PAM4;在Retimer模式下,配置为:单通道50.135-53.125Gbps PAM4到单通道50.135-53.125Gbps PAM4。dRfednc

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      Seagull 50采用了Credo领先的数字信号处理(DSP)技术和均衡技术。在保持高性能的同时,低成本是需要广泛部署的5G网络对光模块的主要诉求之一,因此作为光模块中关键组件的DSP需要实现成本相宜,进而推动DML激光器的广泛使用,最终可以加速那些还未成熟的光器件的发展。这种设计导向还要支持作为前传刚需的工业级工作温度范围,以及中传/回传中更长的传输距离。DSP可以通过补偿由光器件、温变和光纤原因造成的光损伤及非线性效应来提供高性能、稳定可靠的光通信解决方案。dRfednc

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      Seagull 50关键特性包括:dRfednc

      •2x25G<—>1x50G及1x50<—>1x50G两种配置模式dRfednc

      •可与现有光模块实现互联互通dRfednc

      •发端多阶预加重dRfednc

      •连续时间线性均衡器(CTLE)dRfednc

      •高性能DSP具有多阶DFE/FFE接收均衡能力dRfednc

      •经过优化的、领先同侪的紧凑固件dRfednc

      •支持工业级温度范围(-40℃至85℃)dRfednc

      •确定的时延dRfednc

      •行业领先的超低功耗dRfednc

      面向下一代数据中心的Dove系列光通信DSP

      同时,Credo还面向下一代数据中心一口气发布了4款Dove系列光通信DSP。据介绍,在5G推动全球数据量指数级增长的同时,数据量的爆增也对网络提了挑战。据思科预测,2020年全球经IDC处理的数据流量占全球产生流量的比例为99.35%。流量的暴增迫使数据中心规模不断扩大,带宽不断提升,进而推动了光模块的升级。dRfednc

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      数据中心光模块面临以下三个方面的挑战:dRfednc

      性能:数据中心对光模块性能和可靠性要求很高,数据中心若出现故障、宕机等情形,重则将严重影响社会的经营生产及日常生活。dRfednc

      功耗:电力成本是IDC运营成本中占比最高的部分,大约占公司运维成本的60%左右;光模块功耗过高会增加数据中心的制冷成本。dRfednc

      成本:据IDC圈和ODCC数据预估,我国2019年IDC行业规模为1600亿元,同比增长约25%。其中光模块/AOC占其中3.2%,约52亿市场规模。dRfednc

      此次发布的新一代Dove系列低功耗PAM4高速光通信DSP包括四款新品:Dove 100、Dove 150、Dove 200及Dove 400光通信DSP,专门为下一代100G/200G/400G数据中心网络平台而打造。dRfednc

      据介绍,该公司独特的PAM4 DSP架构可最大程度减小芯片尺寸,产品使用主流工艺制成,可为下一代光模块提供最佳的性能、成本与功耗:使用Credo Dove系列PAM4高速光通信DSP来设计的可插拔光模块,只需较低的成本便可拥有行业领先的性能及超低功耗。dRfednc

      100/200/400G现已占数据中心网络连接市场50%以上的份额,并将在未来保持持续增长的态势,成为数据中心主流速率。云平台的运营商正在部署更高密度的100G网络拓扑结构,并已经开始为部署200G和400G网络而投资,以适应不断增长的网络带宽需求。随着网络速率的不断提升,网络的功耗密度和可扩展性已成为光模块及交换机设计中必不可少的标准之一。dRfednc

      Credo的DSP技术和均衡技术可在保持芯片低功耗的同时很好地补偿光损耗。所有Dove系列产品全部具有Credo数字信号处理技术的关键特性,包括:dRfednc

      •高性能DSPdRfednc

      •连续CTLE及DFE/FFE接收均衡dRfednc

      •发端多阶预加重dRfednc

      •行业领先的超低功耗dRfednc

      •完整的测试与诊断功能dRfednc

      •与IEEE行业标准互联互通dRfednc

      •经过优化的、领先同侪的紧凑固件dRfednc

      此外,Dove 200和Dove 400的每条信道都配有独立锁相环(PLL),支持分接配置。dRfednc

      Dove 100:用于下一代高性能100Gbps DR/FR/LR QSFP28光模块。可将设备侧接收的四通道25.78125Gbps NRZ信号,聚合为单通道106.25Gbps PAM4传送至光侧。dRfednc

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      Dove 150:用于低功耗、高性能的100Gbps DR/FR/LR QSFP-56光模块。可将设备侧接收的二通道53.125Gbps PAM-4信号,聚合为以单道106.25Gbps PAM4信号传送至光侧。dRfednc

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      Dove 200:无需配备Gearbox或FEC转换即可实现无缝互连架构,帮助数据中心使用具有50G PAM4连接的交换机进行扩展。支持IEEE 802.3 200GBASE-SR4/DR4/FR4/LR4及400GBASE-SR8规范。起中继功能,将设备侧接收的四通道53.125Gbps PAM4信号以四通道53.125Gbps PAM4信号传送至光侧。dRfednc

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      Dove 400:用于低功耗、高性能的400Gbps DR4/FR4/LR4 OSFP和QSFP-DD光模块。可将设备侧接收的八通道53.125Gbps PAM-4信号,以四通道106.25Gbps PAM4信号传送至光侧。dRfednc

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      五款DSP产品(左四为Dove系列,右一为Seagull 50)dRfednc

      Credo公司发展史

      另外,据Credo公司首席运营官特别助理及资本市场部总经理陈冉介绍,继2019年上半年完成C轮融资后,Credo今年上半年又完成了D轮1亿美金的融资。过去的一年是Credo在中国发展最快的一年,该公司成立了武汉分公司,组建了中国的销售团队和FAE团队,和中国的客户有了更系统全面的互动。dRfednc

      Credo、默升和芯境到底是什么关系?他介绍说,Credo、默升和芯境三个名字代表了公司发展的三个阶段:dRfednc

      1.0阶段(Credo阶段):Credo的本意是信仰或信念。2008年三名海归华人创始人靠自己的信念在中国创建了Credo,从此为中国培养了一批从事全世界顶级速率Serdes研发的队伍和团队。与今天的屡被诟病的PPT造芯,烧投资人资金造芯不同的是,Credo在2008年至2014年期间没有融过投资人一分钱,靠创始人的自有资金和创始团队的强大信念踏踏实实在做高速通信芯片研发。2012年,Credo Demo了65nm 28G NRZ Serdes Phy;2014年,其又Demo了40nm 56G NRZ Serdes Phy。在1.0阶段,三个创始人除了给公司带来了坚实的技术积累之外,还给今天的Credo积攒了一条宝贵的经营理念:Credo的发展不能依赖于投资,必须能够依靠自身的商业经营而获得持续发展。dRfednc

      2.0阶段(默升阶段):顾名思义,默升就是默默升起之意。这一阶段Credo公司在集团CEO Bill Brennan的带领下,将先进的技术和性能卓越的芯片及产品逐渐转化为一个个实实在在的订单:在Serdes IP领域,经过近几年的发展,Credo已经拥有从28nm/16nm/12nm到7nm全工艺,从单通道112G/56G到28G全速率的SerDes IP。IP客户群为数据中心、云计算、大数据、5G、人工智能、自动驾驶等众多应用领域的行业顶级客户。在交换机芯片领域,Credo依托高管团队超过20年的行业经验及世界一流客户的鼎力支持,通过5年研发和打磨,现有的线卡28nm Serdes芯片出货量已超过200万颗,适时推出了Mac Sec加密芯片并支持国标;在光芯片DSP领域经过3年积累,Credo将于稍后发布助力于新一代数据中心及5G网络建设的低功耗PAM4 DSP;公司是OCP成员企业,参与IEEE 、OIF等标准的制定,也是HiWire 全球产业联盟发起人。dRfednc

      3.0阶段(芯境阶段):芯境科技(上海)有限公司成立于2018年,英文名Infinita,取芯无止境之意。公司设立芯境全资子公司就是为中国客户提供更及时周到的售前与售后服务,以支持中国系统厂商的快速发展。2020年是多灾多难的一年,也是我们不断见证历史的一年。从年初的新冠疫情,美国黑人弗洛伊德事件,在外部环境剧烈变换的同时, Credo秉持着最初信念,克服重重困难,转危为机,充分利用公司分布的优势,打破地域的束缚,为中美两地最优秀的企业提供更优质更全面的服务。2019年和2020年,公司积极引入中国投资人,陆续完成了C轮和D轮融资,为公司未来3-5年的发展提供了充沛的资金,使公司股权结构更多元化;2020年,Credo上海正式迁入了新的办公楼,依靠自有资金建立了符合国际标准的现代化实验室;Credo设立了武汉分公司,并即将设立南京分公司;与此同时,中国团队的建设也迎来了一波新高潮,公司组建了针对中国客户的独立自主的团队,从研发到销售,从运营到技术支持,公司求贤若渴,未来的一年大中华区的员工数量预计将同比增长50%。dRfednc

      综上,虽然Credo拥有业界全工艺节点的Serdes IP和广泛优质的客户基础,但是公司经营方针已经从早期的IP业务为主转为芯片、AEC等多元化产品线的长期可持续化发展策略。Credo的成长史充分说明了其不是美国公司,而是成长于中国,服务于全球客户的国际化公司。dRfednc

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      赵明灿
      赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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