400G光模組測試的挑戰與機遇

現如今，全球網絡流量的不斷攀升，用戶需要更大帶寬來滿足應用需求，這促進了400G以太網在大型數據中心的廣泛應用。而400G光模組作為數據中心內部光網絡互聯的關鍵硬件設備，同樣也得到了良好的發展前景，越來越多的網絡通信設備製造商、雲服務提供商和光器件供應商加入了400G大軍戰隊。未來幾年內，市場上將會出現大量的400G產品來滿足不同的網絡需求，如400G QSFP-DD光模組、DAC等。但判斷400G產品是否合格是一件非常不容易的事，尤其是關鍵的互聯組件——光模組。本文將重點介紹400G光模組測試時所面臨的挑戰以及400G光模組主要的測試項目，讓您學會辨別400G光模組的好壞。

400G光模組測試的挑戰

200G/400G以太網標準的頒布給行業帶來了新型的光模組封裝，如IEEE和MSA組定義的QSFP-DD、OSFP和CFP8，這些封裝的光接口採用了16*25Gb/s NRZ或8*53Gb/s PAM4。

雖然更大帶寬和PAM4調製技術的利用確實對吞吐量有極大地提升，但卻也給400G帶來了一些問題，如物理結構變得更複雜，信號傳輸很容易出現錯誤等。

第一，400G接口具備更高速率的傳輸通道，這意味着信號在傳輸過程中會產生更多的噪音（信噪比），而較高的信噪比會導致誤碼率（BER）變大，從而影響信號傳輸質量。

第二，在物理接口結構上，400G光模組接口包含了電輸入接口、電輸出接口、光輸入接口、光輸出接口以及其它的電源和低速管理接口，相對於100G光模組接口來說，400G接口多元化且更為複雜，但400G光模組尺寸卻與現有的100G光模組尺寸相似，這導致400G接口需要更複雜的製造生產工藝和相應的性能測試技術，來保證這些光模組的質量。

第三，複雜的400G測試項目也給光模組供應商帶來了新的挑戰。為了確保用戶所收到的光模組質量良好，供應商必須採用更加專業的光模組檢測設備，且需要具備較高的檢測水平以及研發技術。與此同時，確保400G能與現有的網絡基礎設備連接升級以及400G的研發/製造/測試成本等也是供應商需要解決的問題。

400G光模組測試的關鍵項目

儘管400G以太網標準已獲批准多年，但現在整個行業（包含OEM廠商、網絡運營商等）仍然在解決基本的連接問題，如試圖解決光模組傳幀錯誤、數據包丟失等問題，確保光模組傳輸的準確性和可靠性。對於光模組供應商而言，產品質量檢測是建立客戶信任度的重要環節。下面讓我們看一下400G光模組測試中的幾個重要測試項目。

消光比和光調製幅度測試

消光比（OER）是評估400G光發射機性能的重要指標，同樣也是最困難的測試指標之一。消光比是將電信號調製到光信號上後，激光器輸出高電平和低電平時光功率的對數比值，這樣可以測試出激光器是否在理想偏置點和理想調製效率範圍內工作。光調製幅度（OMA）是另一個衡量激光器打開和關閉時功率差的指標，消光比和光調製幅度都可以通過主流光學示波器檢測。

轉發性能測試

與現有的QSFP28/QSFP+相比，400G光模組結構更為複雜，因此對其轉發性能測試也提出了更高的要求。RFC2544標準中對吞吐量、延遲和丟包率等轉發性能都提出了相應的定義及要求，400G光模組可通過測試這些轉發性能項目來檢驗400G光模組的網絡通信能力和信息傳輸的實時性。在進行該項測試時，光模組的電接口和光接口都需要被測試，從而確保光模組的發送和接收信息質量不會失真。

眼圖測試

與100G光模組NRZ調製的單眼圖不同的是，400G光模組PAM4眼圖有三隻眼。雖然PAM4的傳輸速率相對於NRZ提高了一倍，但是它的信噪比、線性、靈敏度等仍然存在一定問題。在IEEE802.3bs標準中眼圖測試時可以使用PRBS13Q的碼型，對輸出信號經過CTLE參考均衡器後再進行眼圖參數測試。提出了 眼圖測試主要看眼高和眼寬，眼睛越大表示碼間串擾越小，性能越好，因此用戶可以通過觀察400G光模組眼圖的高度和寬度來判斷400G光模組性能。

抖動測試

抖動測試主要用於發射器的輸出抖動容限和接收器的輸入抖動容限。抖動包含隨機抖動和確定性抖動，相對於隨機抖動而言，確定性抖動是可以重複和預測的，因此製造商可以通過設計發射器和接收器來消除抖動。在真實的測試環境中，將抖動測試和眼圖一起使用，可以檢查400G發射器和接收器的性能。

誤碼率測試

誤碼率是衡量數據在規定時間內數據傳輸精準性的指標，此項測試需要在真實的環境中進行，如將400G光模組插入到400G交換機中，這樣才能測試出該光模組的工作性能、誤碼率（BER）和容錯能力。然而由上可知，由於400G光模組速度較高，其通道中的誤碼率（BER）較高，會導致400G鏈路傳輸出現問題，因此400G光模組採用了前向糾錯（FEC）技術，可提高信號傳輸質量，確保400G光模組傳輸出現零失誤，無丟包現象。

前向糾錯（FEC）是指在信號被送入傳輸信道之前會按一定的算法進行編碼處理，加入帶有信號本身特徵的冗碼，在接收端按照相應算法對接收到的信號進行解碼，從而找出在傳輸過程中產生的錯誤碼並將其糾正的技術。前向糾錯是一種非常重要的預干擾算法，它向400G提供了一種在嘈雜的信令網中發送和接收數據的方法，有效降低了數字信號的誤碼率（BER），提高了信號傳輸的可靠性，從而讓400G實現無錯誤的數據傳輸。

因此，在實際的測試過程中，需測試光模組的原始誤碼率以及採用向前糾錯（FEC）技術時光模組的誤碼率，來驗證在出現已定隨機錯誤符號或者頻率偏差時是否會影響到整個鏈路的性能（或者系統性能是否受到影響）。

總結

儘管複雜的400G光模組測試技術還有待完善，但在5G、高性能計算、虛擬現實（VR）、雲計算等應用的推動下，400G以太網將得到蓬勃發展。目前已有部分製造商開始向市場提供400G解決方案，如思科、Arista等，面對這種情況，一些規模較小的光模組供應商將400G光模組測試作為了他們考慮選擇的重要因素，因為400G產品的質量以及供貨速度決定了他們的盈利。若想進一步了解400G以太網的發展趨勢，可訪問《風口上的400G》，為即將到來的高速時代做好充分準備。