支持 CFP4 光模塊集成對于提供下一代 400GbE 線速至關重要。使用Virtex? UltraScale? 實現下一代設計，使用 1 對 1 器件遷移將性能提升一倍

解決方案概述與優勢

● 4 個 100G 硬化以太網 MAC 和 4 個100G Interlaken 核可加速設計實現、降低延時、減少功耗，并釋放資源用于其它功能，如包處理等

● 海量 28G 收發器，實現 CFP4 模塊集成和更高端口密度

● 增強型時鐘和布線性能，可在單芯片上實現 400G 吞吐

● 20nm 工藝技術和大規模架構增強，可降低功耗 25%

UltraScale 架構優勢

● 海量 I/O 帶寬

   ● 16 個 25G 收發器 (CAUI4)

   ● 20 個 25G 收發器 (ILKN)

● 海量數據流與布線

   ● >400 Gbps

● 功耗管理

   ● 集成的 Interlaken 模塊更節能

   ● 28G 收發器提供更低的每比特功耗 (pJ/bit)

   ● 更精密的時鐘門控

隨著數據中心內部光學收發器模塊的傳輸速度提高到前所未有的高度，數據中心內每個機架的溫度也在不斷大幅上升。機架中有多個這種發熱的高速模塊堆疊在一起，加之有多個機架并排擺放，這樣，溫度倍增。溫度的急劇上升可能會導致超過芯片的熱限制，從而造成災難性的芯片故障，繼而對整個數據中心系統產生不利影響。因此，工程師在設計光學收發器模塊時必須考慮到熱屬性。設計人員必須要將注意力集中在熱源上，并嘗試用模塊級甚至機架級的高效冷卻方法對熱源加以控制。

工程師在測試光學模塊的熱屬性時通常有兩種選擇。他們可以使用復雜的網絡數據生成器來創建高速（10-Gbps）鏈路，然后對光學模塊的熱屬性進行測試；或者充分利用具有可調預設電壓和電流的“熱等效”模塊，這樣無需使用真正的高速數據即可仿真模擬熱學條件并評估熱屬性。

這兩種方案都不夠理想。第一種方案需要專業的高速網絡數據生成器，因此操作起來成本很高；而第二種方法又太抽象。熱等效模塊無法完全反映物理交換行為所引起的溫度變化。

不過，最近我的團隊在愛爾蘭阿爾卡特朗訊貝爾實驗室通過使用賽靈思Zynq?-7000全可編程SoC 平臺和賽靈思IP核完成光學模塊的熱屬性測試工作，從根本上簡化了這一過程。我們來仔細了解一下如何成功簡化測試。

預設計分析

這種熱測試的基本要求是不斷用10Gbps數據激發XFP光收發器，同時使用IR攝相頭跟蹤和描述溫度變化特性。

我選擇賽靈思ZC706評估板作為開發主機，因為主器件——即Zynq-7000 SoC XC7Z045（速度等級-2）上的GTX收發器可以輕松達到10Gbps的單線數據傳輸速率。Zynq SoC器件包含一個采用ARM?內核的處理系統（PS）和一個Kintex?-7

FPGA可編程邏輯（PL）架構。首先， PL晶片上的資源足以處理10Gbps雙工數據傳輸。然后，我們可在日后需要的時候使用PS生成特定用戶數據模式。

我們的熱學團隊將一塊Finisar XFP評估板用作光學收發器的外殼。該FDB-1022評估板可作為功能強大的評估主板，能夠很好地評估最先進的10Gbps XFP光學收發器。SMA連接器可用于差分數據輸入和輸出。該評估板經配置后可直接通過SMA連接器連接1/64時鐘（即，156.25 MHz = 10 GHz/64），進而為模塊提供時鐘。

系統設計

在進行FPGA開發工作的七年時間里， 我發現盡可能多地使用賽靈思內核可以顯著縮短設計周期。在本設計中，我采取了相同的策略，并從集成式誤碼率測試器（IBERT）內核開始著手。您可利用該內核進行數據模式的生成和驗證，從而評估Zynq SoC上的GTX收發器。然后，為了對設計正確布線，我創建了一個基于混合模式時鐘管理器（MMCM）內核的相位對齊時鐘分布單元，可同時對FPGA架構上的GTX收發器和XFP評估板上的光學收發器提供時鐘。圖1為系統方框圖。