如今，人工智能（AI）/机器学习（ML）应用对数据处理和传输的需求不断增长，这是推动数据中心内与数据中心之间高速互连呈指数级增长的主要因素。

AI/ML应用需要在处理器、内存和存储之间快速传输数据，以高效地处理庞大的数据集和复杂的计算。随着AI模型的规模和复杂程度不断增长，对可扩展互连解决方案的需求变得至关重要，由此带来了高速、低延迟、高能效和低成本等关键要求。这些要求推动了线性驱动可插拔光器件（LPO）技术的发展，该技术有望在光网络的发展过程中发挥重要作用。

本文介绍了与LPO设计和测试相关的挑战，并展示了如何在设计和制造阶段使用EXFO的BA-4000-L2-RCNC来应对这些挑战。

LPO光模块有何不同？

AI/ML应用需要大量使用高速互连，在这些高速连接中有很大一部分都基于800G QSFP-DD或OSFP光模块。

第一代800G光模块嵌入了数字信号处理器（DSP），用于恢复和再生来自host的电信号和从光链路另一端接收的光信号（见图1）。采用这种结构的光模块也称为经过重新定时处理的光模块（retimed optical transceiver）。在实践中，这意味着光模块内的DSP充当光模块电气接口和光接口之间的分界点，以便在向电气接口转发数据之前，恢复光侧出现的任何信号衰减并重新生成数据，反之亦然。

相反，LPO光模块依赖于host SerDes的性能和能力来直接驱动光模块的传输器件，如激光器 或调制器驱动器，并恢复直接从光接收器TIA接收到的信号，而无需在光模块内额外进行任何 数字信号处理（见图2）。 业界对LPO光模块的浓厚兴趣源于这项技术带来的关键优势，使其成为一款极具吸引力的解 决方案，用以满足对AI/ML光网络的需求：

1. 能效：LPO光模块无需数字信号处理（DSP）芯片，从而大大降低了能耗。这对于数据 中心和其它高速连接应用来说至关重要，因为在此类应用中，能效是关心的主要问题。

2. 热管理：通过减少发热，LPO光模块改善了热管理。这可以降低冷却要求和运营成本。

3. 低延迟： 通过消除光模块内的数字处理，大大减少了由光模块增加的延迟时间。

4. 节约成本： LPO模块的简化设计减少了器件数量，从而有可能降低制造和组装成本。

  设计和测试LPO光模块的挑战

设计LPO光模块会面临一些挑战，因为与重定时光模块不同，LPO光模块中没有DSP作为电 气和光接口的分界点，因此LPO光模块通道任何部分出现的信号劣化都会传输到链路末端。

 LPO通道设计 如前所述，LPO光模块在很大程度上依赖于host串行器/解串器（SerDes） 的功能。随着信 号传输速度不断提高，确保兼容性和性能变得更加复杂。 LPO通道与无源铜缆有相似之处，高速信号在链路中传播，无需重新处理。不过，无源铜缆 链路主要受线性效应的影响，如与频率相关的通道衰减，而LPO通道则受到线性效应和非线 性效应的双重影响，由光器件的非线性以及链路中大量信号转换/连接引起的反射造成（见图 3）。这些因素会增加噪声并产生符号间干扰（ISI），从而严重影响信号完整性和整体系统 性能，因此必须进行精心设计和测试，以确保链路稳健可靠。

信号完整性

在光模块中不使用数字信号处理（DSP）芯片的情况下保持信号的完整性是一项挑战。这需要精确的设计和工程等工作，以尽量减少高速通道上的信号劣化。

目前，业界正在努力确定LPO通道的规格，而电插损是一个关键参数，因为它对信号完整性有影响。通过使用BA-4000-L2-RCNC BERT和EXFO 的模块合规性测试板（MCB），您可以模拟真实host端口的通道损耗。图4是一个损耗约为16 dB的通道示例。

要使LPO光模块达到更佳性能，需要适当均衡TP1a信号，并针对由特定通道引起的损耗和非 线性进行预补偿。

BA-4000-L2-RCNC BERT可通过调整7抽头Tx FIR（见图5）生成经过适当均衡的信号所需的所有功能，并通过调整PAM4眼图的上部和下部补偿非线性。图6显示了BA-4000-L2-RCNC生成的极其干净和张开度良好的PAM4眼图。

在LPO通道末端，BA-4000-L2-RCNC可以测量 PAM4眼图直方图（见图7），该直方图提供 有关接收信号质量的深刻信息，包括PAM4眼图的线性度和信噪比（SNR）。这些信息可用 于优化光模块的设计和校准。

功能强大的光模块的重要性

由于LPO光模块的性能在很大程度上取决于host开关中使用的SerDes，因此SerDes的质量和功能对于管理信号完整性和补偿LPO通道带来的损伤至关重要。

开关SerDes具有功能强大的均衡器，可以补偿所有损伤和信号劣化，包括反射和噪声。这些均衡器即使在极具挑战性的条件下也能确保更佳的信号完整性和性能。

BA-4000-L2-RCNC配备了针对LPO光模块优化的反射消除和噪声消除（RCNC）接收器，其性能可与开关内使用的强大SerDes相媲美。

RCNC接收器位于BA-4000-L2-RCNC分析仪的上层：

必须在BA-4000-L2 GUI中选择RCNC模式，启用RCNC接收器：

带真实流量和FEC统计数据的端到端性能

制造商可以将真实流量和前向纠错（FEC）统计纳入测试流程，从而确保光模块在实际网络部署中提供预期的性能和可靠性。

随着PAM4调制技术的采用，评估光模块端到端性能的关键性能指标之一是FEC统计数据以及特定FEC代码可纠正的每个码字更大符号错误数的裕量。这对于LPO光模块来说变得更加重要，新标准将FEC裕量作为强制合规性测试的一部分也证实了这一点。

使用BA-4000-L2-RCNC，可以选择不同类型的工作模式，例如：

• 非成帧PRBS

• 成帧1×800GE

• 成帧2×400GE

• 成帧8×100GE

用户可通过直观的“单页”GUI（见图11）调整Tx设置，并查看对端到端性能的直接影响。 

所有关键参数都一起显示：

• Pre-FEC BER

• 发送和接收帧

• 校正码字

• FEC裕量

• 延迟

• PCS和以太网告警

通过GUI的其它视图可以获得有关20抽头FFE接收均衡器（图12）和FEC统计（图13）的详细信息。

FEC统计数据提供的信息对了解纠错机制的有效性至关重要。通过分pre-FEC BER和FEC统计数据，工程师可以衡量光模块对各种损伤的稳健性，并确保可靠的数据传输。

事实上，真实流量测试有助于评估反射、噪声和其它通道损伤对信号完整性的影响，这对LPO光模块非常重要。

 BA-4000-L2-RCNC简化并加快了实验室和生产车间的LPO光模块测试。它确保了不同供应商设备测量结果的可重复性和一致性，消除了验证中的易变因素。其测试结果与真实开关的性能密切相关，从而降低了不确定性，使制造商能够自信、高效地鉴定光模块。

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