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Inphi在其100千兆位PAM-4 DSP中增加了激光驱动器

Inphi已经详细介绍了其第二代Porrima芯片系列,该芯片系列适用于100吉比特单波长光模块设计。

 

Porrima系列设备的目标是400G DR4和400G FR4规范,以及使用100吉比特4级脉冲幅度调制(PAM-4)的100吉比特模块设计。的确,当使用QSFP,uQSFP或SFP-DD等外形尺寸的400 Gb可插拔模块(例如QSFP-DD或OSFP)以中断模式使用以馈送四个100 Gb模块时,可以将两种模块类型组合在一起。

 

Gen2系列是在公司首次宣布Porrima之后的一年推出的。最初的400 Gb和100 Gb Porrima设计分别具有三个IC:PAM-4数字信号处理器(DSP),跨阻放大器(TIA)和激光驱动器。 

 

Inphi网络互连高级副总裁Siddharth Sheth表示:“借助Gen2,DSP和激光驱动器被集成到单个单片CMOS芯片中,并且具有单独的放大器芯片。” Sheth说,将激光驱动器与DSP集成在一起的好处是成本更低,并且可以节省功耗。

 

第二代Porrima系列现已开始提供样品,预计将于2019年中期全面上市。

 

Inphi具有针对400千兆位接口的三个PAM-4 IC系列:Polaris,Vega和Porrima。

 

北极星是Inphi的第一个产品系列,它使用200吉比特的芯片,而两个封装在同一封装中用于400吉比特的模块设计。除PAM-4 DSP之外,Polaris系列还包括两个配套芯片:激光驱动器和放大器。

 

Inphi的第二个系列是Vega,这是一个8x50千兆位PAM-4 400千兆位DSP芯片,位于平台的线卡上。

 

Sheth说:“该芯片用于驱动背板和铜缆,并且可以用作重定时器芯片。”

 

“对于Porrima系列来说,您有一个可以实现4x100千兆位的变种和一个可以实现1x100千兆位的变种,” Sheth说。Porrima可以与使用4x25千兆位非归零(NRZ)或2x50千兆位PAM-4电信号的交换芯片接口。

 

到2020年,将有两到三个超大规模应用程序上线,但可能不如第一个超大规模处理程序那样积极

 

为什么在第一批Porrima仅仅一年后才推出Gen2设计?Sheth表示,Porrima于2018年3月首次上市时,已经有400千兆位PAM-4芯片的需求。光模块制造商需要这种芯片与400千兆位模块一起投放市场,以满足早期超大规模数据中心运营商的需求。 。 

 

“现在,Gen2解决方案面向第二批客户,” Sheth说。“到2020年将有两到三个超大规模应用程序上线,但可能不如第一个超大规模处理程序那样积极。” 他说,这些超大规模生产商将评估下一代可用的400 GB PAM-4芯片。

 

最新的设计(如第一代Porrima)是使用16nm CMOS实现的。DSP本身尚未修改。增加的是激光驱动器电路。因此,改变的是发送器端,而不是接收器路径,Inphi进行了大量的信号处理。他说:“我们不想做很多改变,因为那将需要对软件进行改变。”

 

使用第一代Porrima的400千兆位光模块设计消耗的功率不到10W,而使用Gen2时仅消耗9W。Inphi说,与之相比,砷化镓或硅锗基驱动器IC的功耗仅为1.6W至2W,这是因为基于CMOS的激光驱动器仅消耗400mW的功率。

 

内部驱动器可以实现500m的传输距离,而更长的2km跨度仍需要一个独立的驱动器。

 

Sheth说,成熟的低摆幅电压激光器的出现将意味着DSP的内部驱动器也将支持2km的链路。

 

DSP芯片的目的是恢复传输的PAM-4信号。Sheth说PAM-4芯片公司在发送器上进行多少信号处理以及在接收器上执行多少信号处理有所不同。

 

Sheth说:“这是一个折衷,我们认为最好将较重的信号处理放在接收端。”

 

在数字到模拟转换器之前,Inphi在传输侧执行一些信号处理,在传输侧在数字域中使用发射均衡电路。

 

发射器的目标是发射具有正确幅度,预加重且具有对称上升和下降信号的信号。但是,即使产生这样的信号,由于信道引入的降级,在接收器处恢复的PAM-4信号看起来也不像发送的信号。他说:“因此,我们必须采取各种技巧。”

 

Inphi在接收器处使用混合方法,其中一些信号处理在模拟域中进行,其余信号以数字方式进行。预先使用可变增益放大器来确保接收到的信号幅度正确,然后进行前馈均衡。在模数转换阶段之后,后期均衡将以数字方式执行。

 

Sheth说,取决于接收信号的状态-它具有的失真,抖动和损耗特性-可以采用DSP的不同功能。

 

一种这样的DSP功能是反射消除器,它会根据发生多少信号反射和串扰而开启。可以采用的另一个功能块是最大似然序列估计器(MLSE),用于恢复在较长距离上发送的信号。另外,前向纠错块也可以用于获得更长的跨度。 

 

Sheth说:“我们在芯片中内置了各种旋钮,以实现真正出色的无差错链接。” “归根结底,这是要关闭光纤链路并留有足够的余地。” 

 

接下来是什么?

 

Sheth说,下一代PAM-4设计可能会使用通过更先进的CMOS工艺实现的改进的DSP。 

 

Sheth说:“我们将从第一代和第二代中汲取教训,并将其推广到第三代中。” 

 

这样的设计也将使用7nm CMOS工艺来实现。Sheth总结道:“我们现在已经完成了16nm CMOS工艺。” 

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