50G PON、量子计算、PCIe、数据中心等前沿通信技术的未来

通信和信息技术对整体经济有着巨大的影响，同时对能源消耗也影响巨大。作为测试测量领域的行业标杆，一直以来，是德科技通过标准参与和技术革新使得其测试方案始终走在标准和技术的前沿。在刚刚过去的2022年，是德科技在通信领域先后陆续推出了诸多新产品。从这些新技术当中，我们可以一窥通信技术发展的明天。

50G PON 将成为未来发展部署的重点

PON技术是一种基于无源ODN网络的宽带接入技术，起源于早期的APON/BPON，采用P2MP点到多点拓扑结构，上、下行传输波长独立，数据时分复用，可为用户提供高达百兆的宽带接入能力。

当前，接入网正在从10G PON向50G PON转变。是德科技（中国）有限公司大中华区新兴技术市场经理杜吉伟分享说：“50GPON是下一代接入网的方向，该技术目前处于实验室和原型机的阶段，预计2023年将会有商业化产品发布，2024年或2025年估计会开始商业化部署，中国在50GPON部署方面将领先全球2-3年。”

50G PON标准由FSAN组织负责制定，定义于ITU-T G.HSP.50pmd系列标准中。据介绍，50G PON系统接收端采用了均衡技术，并在接收端使用雪崩二极管，其噪声性能和光电二极管不同，在TDEC分析时，需要改变接收端的定义。杜吉伟透露，是德科技在50G PON研发测试方案方面，与欧洲和中国的头部企业密切合作，尤其是在ITU G.9804.3项目上，开发出为50G PON优化的TDEC测试方案。从展示出来的案例可见，在均衡处理之前TDEC值是2．2 dB，而经过13 tap FFE均衡之后则为1．4 dB。

杜吉伟表示：“是德科技一直致力于推动50G－PON的标准化和产业链的持续完善，针对接收端、发射端和原型机套件已经有完整的测试方案。我们的产品和技术不是凭空出现的，都是为了满足客户真正所需。”

量子计算：超级计算的下一步走向

当前，大规模数据中心的能耗成本已经占总体运营成本的50%以上。在数据中心碳中和的道路上，能耗问题刻不容缓。量子计算机的能耗是超级计算机的0.002%，数据隐形传输和纠缠等新概念向网络开放，并通过量子加密在每个物理层保证数据安全。据谷歌数据显示，谷歌使用人工智能已能够将能源使用减少40%

量子计算是超级计算的下一步走向。目前，全世界都在竞相大规模的开发量子计算。量子计算是使用亚原子粒子来创造、处理和存储信息的新方法，是一项技术飞跃，预计将使我们的计算机运行速度比目前最快的传统处理器快1万亿倍。

“量子计算仍处于前沿技术研究阶段，还面临着非常多的挑战。”在杜吉伟看来，这些挑战有来自量子计算机科学研究的挑战，包括量子比特的扩展和规模化、低噪声、用于量子电路的识别和开发错误缓冲技术等；还有量子操控系统的挑战，如系统搭建便捷度、系统稳定和可信赖度、系统集成度(可规模化)等。

“聚焦量子计算实验本身, 而不是测试设备上”。作为测试测量领域的行业标杆，是德科技在前沿科技的探索上一直都不遗余力。在应对量子计算的诸多挑战中，是德科技也已经形成自己的思考和技术产品研发方向，其中M5200、M5300系列解决方案便是助力量子计算的前沿技术研究成果。

量子计算挑战之一：规模化之后带来的易用性问题

量子硬件和算法的发展，使将得量子计算在AI芯片市场占据重要份额。量子操控系统的软件代码越简单越好，可用量子计算的语言来写代码，而不是用仪器控制的代码来写；硬件部分则是集成度越高越好。据介绍，是德科技的M5000A系列方案不需要外部混频器，不需要外部本振，不需要I／Q混频器校准，也没有校准带来的宕机时间问题。

量子计算挑战之二：可以信赖的性能

考量性能的关键是稳定和相位相干。是德科技的方案内置了相位噪声极低的参考时钟，相位相干支持定时和同步自动完成，消除手动带来的繁琐和误差。其中，M5300A 任意波形发生器，信号带宽2GHz， 内置高达16GHz的数字上变频。通道之间相干，通道数量可扩展，同时支持基带和射频信号。

任意波形发生器的用途非常广泛，可以根据需要定制各种波形。M5300A 是模块化的仪器架构，每个模块4个通道，可根据需要扩展到多达1000个通道。每个通道的信号带宽可以到2 GHz，射频信号的频率范围高达16GHz，不同模块间的延迟极低，可实现快速的回环测试，数字化的架构，无需外部混频器，无需外部本振，无需I/Q混频器校准，也没有校准带来的时间耽搁问题。

量子计算挑战之三：操控系统的规模化

随着QPU的成长而逐渐规模化。在规模化和集成化方面，是德科技的产品支持可扩展性，操控500 ～ 2000个量子比特的占地空间约为2．5米 宽x 1．1米高x 0．52米深。

杜吉伟特别分享了500个量子比特的操控系统：

• 一个2.4 GHz 低相噪参考时基，可扩展到80个机箱，甚至更多。

• 不需要维持相干需要的锁相环

• 带有放大功能的功分器可防止相噪性能下降

• 也可通过M9032/33A模块向PXIe机箱背板提供100 MHz的时钟

• 2GHz 带宽的射频 AWG可实现频分复用 (比如,1:4 的频分复用，可以使得该配置支持2000 Qubits）

传输网与数据中心

传输网和数据中心吞吐速率每18个月就会翻一番。对于传输网和数据中心而言，SerDes正在朝向224Gbps/lane方向演进，吞吐率提高的演进方式通常包括了提升速率，提升通道数以及改变调制模式。是德科技网络基础设施和数据中心业务拓展经理胡冰介绍，速率超过128 GBd 相干光应用时，就需要新一代信号发生器，同时兼具速率、精度和 灵活性，用于光放大器、光衰减器或光接收机，DSP，ASIC，新算法设计。

224Gbps SerDes接口速率的出现是为了支持800G／1.6T时代102．4T交换机容量的需求。虽然当前数据中心光模块应用的主流还是100Gbps，但未雨绸缪，是德科技已经在积极参与OIF等标准化组织的224G相关工作。

胡冰表示，在OIF 224G相关标准制定中，Keysight发挥了非常积极的作用。在许多现有224G接口以及CPO／NPO的测试中，都有Keysight的仪器在工作。如224Gbps电信号测试需要更快速的误码率分析仪器M8050A（或任意波发生器M8199B）；224Gbps光信号测试需要120GHz光带宽的示波器N1032A， N1032B。

其中，M8199B是是德科技最新推出的任意波形发生器，支持80 GHz模拟带宽, 256 GSa/s 采样率。适合每条链路 400G+ Gb/s(直接检测)或 每个载波 1.6+Tb/s(相干光通讯)的，高达160G波特率及以上高速信号研发需要所采用的仪器。此外，对于224G／L信号的模拟可提供高质量保证。据介绍，Nokia使用该仪器，基于任意波发生器和薄膜铌酸锂I/Q调制器，超过100公里距离，实现全球首个260Gbd相干传输；日本的NTT基于＞130GHz带宽的放大器和该80GHz任意波发生器实现了超过2Tb／s的单载波传输。

PCIe 5．0进入早期主流应用

PCIe 5.0代表了使用非归零(NRZ)信令的最新PCIe标准，速度从PCIe 4.0 的16GT /s翻倍至32 GT /s。与之同时，PCIe 5.0的测试挑战也随着速度翻倍而增加，最大挑战来自于通道损耗。信号速度越快，在印刷电路板上传输的高频信号衰减越大。

为了帮助确保支持PCIe 5.0的产品取得成功，是德科技积极提供测试解决方案，分别于今年4月推出了PCIe5．0协议分析仪和训练器，9月推出PathWave 了2023仿真软件。

lPCIe5．0协议分析仪和训练器使用同一个高度集成的统一用户界面，支持100多个LTSSM测试，用以检查2.5－32 GT/s链路训练。此外，设备还调入了预配置设置文件，可快速设置训练器和分析仪，还拥有自动化应用编程接口，支持Python语言，可集成到特定的自动化环境中。其一大特色是，分析仪和训练器都是一块CEM插卡，无需机箱，具备优异的信号完整性。

lPathWave 2023仿真软件拥有完整的内存设计平台，先进的模拟技术，以及优化的仿真流程，是首个完整支持BIRD209的EDA厂家；拥有全面的Serdes仿真和建模技术，以及灵活的AMI建模能力。此外，电源完整性设计增加了新功能，如引入传导EMI，可自动设置参考地、端口；集成通用开关模型， 方便进行频域和时域的噪声分析等。

PCIe 5.0标准在2019年完成，官方workshop 开始于2022年4月。2022年1月，PCI-SIG正式发布PCIe 6.0 v1.0版本规范。为了应对日益增长的高性能计算、人工智能加速器、高性能存储等快速发展的需求，PCI-SIG 计划于2025年发布PCIe 7.0。

虽然目前PCIe 6.0相关标准已经发布，并且PCIe 6.0 IP和测试芯片供应商也已经陆续加入到相关产品研发生产当中，包括Synopsys, Candence, Rambus,eTopus 等。但不可否认，从消费者市场看，PCIe 5.0市场还处于早期阶段。大部分消费者还停留在PCIe 4.0，主要是因为目前支持PCIe 5.0的产品价格都十分高昂，因此PCIe 5.0的普及率还比较低。不过，下一代数据中心，PCIe5.0总线是必然趋势。