傳輸速度再翻倍　1.6TbE技術特性/測試重點全面剖析

IEEE剛發布了800GbE正式1.0版本規範，而IEEE P802.3dj、802.3df小組正致力於開發1.6TbE，預計將於2026年確定最新版本的1.6TbE規範，開發每通道至少200Gbps的電氣和光學訊號技術，並引入1.6Tbps乙太網路，以解決電氣介面和實體層規範的問題，預計可以延伸雙軸向銅纜、單模光纖電纜的長度，達到40公里。

比起800GbE，1.6TbE在速度和應用場景上都具有顯著優勢。隨著標準的制定和技術的成熟，1.6TbE將在未來幾年內成為下一代高速網路的主流技術。在1.6TbE正式規範問世前，市場上將會先歷經800GbE推動商用普及的過程。表1比較目前市場對於這兩者的差異。

1.6TbE乙太網路的資料連接基礎

支援1.6T乙太網路的資料連接基礎架構，由控制器和實體層(實體層)組成(圖1)。IEEE 802.3dj工作小組概述了每秒1.6TbE運行的實體層和管理參數；為此，該小組制定了MAC層的最大誤碼率(BER)為10^-13，並為晶片到模組(C2M)指定了可選的16和8通道連接單元介面(AUI)。

實體層

實體層由實體媒體連接層(PMA)和實體媒體依賴層(PMD)組成，負責發送和接收資料，因此1.6TbE的低延遲特性對於實體層十分有利。實體層的規範包括八對銅雙軸電纜，往每個方向進行傳輸，傳輸距離最短為1m。透過八對光纖傳輸，傳輸距離最遠可達2km。

控制器

控制器在矽晶片內實現基本乙太網路協定功能，由媒體存取控制層(MAC)、實體編碼子層(PCS)和實體媒體連接層組成；整合時，這些不同層都必須提供最佳的性能和延遲。需要注意的是，如果各個子層皆來自不同的供應商，則不一定能保證互通的穩定性。

經過矽驗證的乙太網路實體層和延遲優化的乙太網路控制器IP，可以支援這些設計所需的資料傳輸速度和延遲，同時盡可能解決互通性問題。224G SerDes技術、MAC、PCS IP的技術進步，亦為1.6TbE提供現成的完整解決方案。隨著產業標準的發展，展現生態系統與多個通路、配置和供應商的互通性，可以讓設計人員對無縫生態系整合充滿信心。

預估1.6TbE的優勢與影響力

以下說明1.6TbE將帶來的性能提升及優勢。

通訊速度、穩定性

首先，1.6TbE單通道速率技術不僅可實現800Gbps和1.6Tbps的超高速傳輸，也能同時支援「需要更高密度傳輸或更低功耗」的200GbE和400GbE傳輸工作。1.6TbE的使用者可以透過break-out的方式將1.6TbE介面透過8通道銅纜/光纖其中的1、2、4通道來支援200GbE、400GbE操作，進而連接過去的100GbE~400GbE設備，擴大原本設備的頻寬限制。

其二，1.6TbE技術將兼容開放晶片到晶片、晶片到模組之間通訊。這表示不同晶片研發商、技術設備商的產品，可以相互兼容和協作。

其三，1.6TbE和現行的800GbE採用前向糾錯(FEC)技術。FEC可以在傳輸過程中主動檢測、糾正錯誤，並減少因錯誤重傳而產生的網路負載，大幅提高資料傳輸的速度與穩定性。FEC具有多種編碼方案，可以根據不同的應用需求和環境條件進行調整。1.6TbE目前可能需要將FEC編碼增益，來解決目標實體層的特定挑戰。

電氣與光學技術

IEEE P802.3dj工作小組正開發每通道200Gbps頻寬技術，推動下一代電氣和光學訊號傳輸，其中公開的專案目標包含多項關鍵的電氣和光學技術：

• 基於電氣介面的每通道200Gbps PAM-4訊號，用於解決晶片到晶片、晶片到模組互連的問題。
• 每通道200Gbps PAM-4訊號基於電氣訊號，可解決雙軸銅纜布線問題。
• 200Gbps PAM-4光訊令可解決透過多個單模光纖或多個光波長進行的通訊，以解決500m至10km範圍內的通訊。
• 800Gbps相干訊號可在單模光纖上實現800GbE操作，傳輸距離為10公里至40公里。

1.6TbE高複雜度帶來多種測試需求

基於1.6TbE規範本身的複雜性，足以驗證1.6TbE設計的解決方案正應運而生。以下為目前業界各廠商積極關注的問題：

高速傳輸的實體層測試

高速訊號完整性

在1.6TbE的傳輸速率下，確保訊號的完整性變得極其困難。高速訊號會遇到更多的衰減和失真，需要先進的測試設備來檢測和分析這些問題。

反射和串擾

高速訊號容易受到反射和串擾的影響，這些干擾會導致訊號質量下降，因此必須進行嚴格的測試和優化。

FEC性能測試

測試和驗證FEC的性能，確保其能夠有效糾正傳輸錯誤，同時不會增加過多的延遲。在高頻寬需求下，FEC可能會帶來額外的延遲和功耗，需要評估這些影響。

高頻寬需求的測試

大規模流量生成

生成大規模的資料流量，以模擬實際應用場景，並測試網路設備在高負載下的性能。

多連接埠測試

同時測試多個連接埠的性能，確保在多連接埠同時運行時，設備仍能保持高效運行。

低延遲要求

在許多應用中，低延遲是關鍵需求，必須測試設備在不同負載和環境下的延遲表現。

延遲變異

測試並最小化延遲變異對於需要穩定即時傳輸的應用尤為重要，例如影像和語音通訊。

新技術和架構的驗證

新的實體層技術驗證

驗證新一代224G SerDes技術，以確保其能夠支援1.6TbE的高頻寬需求；PAM-4調變技術的性能驗證則用於確保其在高速傳輸中的穩定性。

多供應商互通性測試

確保不同供應商的設備和技術能夠互相兼容，這需要在不同配置和環境下，反覆進行廣泛測試。

標準遵循確認

驗證設備是否符合最新的IEEE標準。

系統級測試

整體性能測試

在實際應用場景中測試系統的完整性能，包括傳輸速率、延遲、可靠性等指標。

容錯性

測試系統在故障情況下的恢復能力，以確保其在高負載和高風險環境下的穩定性。

功耗和散熱管理

高功耗測試

1.6TbE設備通常會消耗大量電力，需要測試其在高功耗條件下，是否依然穩定運作。

散熱管理

確保設備在高運行負載下不會過熱，並進行有效的散熱管理測試。

測試方案助攻高速傳輸

乙太網路傳輸速度隨著標準演進持續上升(圖2)，最新版本的1.6TbE規範預計將於2026年制定完成，除了進一步將傳輸速度翻倍，也帶來許多性能挑戰。相關測試方案可以幫助業者驗證產品性能，例如VIAVI Solutions所研發的ONE LabPro 1.6TbE(圖3)便為高速乙太網路流量的測試解決方案，支援1.6TbE、FEC及MAC/IP等測試與分析，能滿足新興應用的測試需求，包括AI/ML所需的超高效能運算和量子運算等。

(本文作者任職於翔宇科技)