智算中心出現帶寬缺口，1.6T以太網力大磚飛

隨著AI計算大量的數據訓練與推理負載，我們對于擴張和建設大型數據中心瓶頸的認知，也早已經歷了數個階段的變化。首先是算力的空缺，接著是內存墻，最后我們到了網絡性能上。多年以來，以太網作為互聯網的主心骨，為數據中心提供了通用高速的網絡連接。

據IDC預測，到2025年全球數據中心和云端的流量將突破至175ZB。正因如此，我們開始打造更為復雜的多機架系統，以及復雜的網絡架構。與此同時，隨著新標準的開發和發布，每一代以太網的數據傳輸速率都在翻倍，以數據中心的網絡架構而言，尤其是以AI負載為主的智算中心，從400G過渡到800G，以及未來走向1.6T，已經是大勢所趨。

1.6T以太網，打破智算中心的連接限制

從目前數據中心的系統能耗變化來看，AI正在慢慢成為增長最快的負載之一。據福布斯報道，從2023年到2030年，AI負載將把數據中心的能耗提高80%，而常見的數據中心架構中，以太網連接相關的功耗占比高達60%。

AI不僅消耗了大量的算力資源，也為互聯網絡帶來的極大的壓力，不只是服務器內部芯片、加速器之間的互聯，還有服務器與架頂式交換機之間的互聯。對于超大規模LLM這樣對服務器要求極高的AI應用而言，做到更快的互聯速度，更低的延遲和更低的功耗，就能更高效地為用戶提供服務器。

高速網絡因此成了每個大力發展智算的數據中心研究的重點，AI應用開發商也會將這些指標納入考量。作為主要連接方式的以太網，也已經在探索1.6T網絡的開發。要想支持更快的以太網絡，就少不了高速SerDes接口。為了實現800G和1.6T的高速以太網，必須用到224GB的SerDes以及PAM-4調制方式。在給定的波特率下，PAM-4可以實現兩倍于傳統NRZ的比特率。

但采用PAM-4調制致使眼高有所降低，進而使得信噪比降低。因此PAM-4相較NRZ對噪聲更為敏感，誤碼率增高，必須靠FEC（前向糾錯）才能保證其誤碼率，保證其在長距離下接收信號。不過有了FEC的輔助，更高速率的以太網受到的距離限制因素更多，所以其支持的距離往往會隨著速率增加而逐步遞減。

對于1.6T的以太網標準而言，參與制定標準的IEEE 802.3dj工作組預計會在2026年定稿，但相關的基礎特性已經基本確定確定下來，比如最大支持1.6Tb/s的MAC速率，MAC層最大誤碼率，芯片到模組和芯片到芯片應用可選支持16路1.6Tb/s AUI等。

從現在看來，正式的標準離我們尚有一段距離，但不代表著相關的解決方案沒有成型。面對競爭日益激烈的光模塊、交換機等市場，對于博通、Marvell之類的設計廠商而言，他們并不會靜靜等待標準定稿才開始行動。如果想要搶占市場先機，現在就是了解1.6T以太網設計方案的最佳時機，新思科技作為以太網IP解決方案的領頭羊，早在幾年前就開始部署相關的解決方案。

高帶寬以太網方案，IP先行

從硬件角度來說，支持以太網數據連接的架構往往由兩部分組成，一個是控制器，一個是PHY（物理層）。其中控制器在芯片內部實現的基礎的以太網協議特性，由MAC、PCS和PMA組成。PHY負責傳輸和接收數據，由PMA和PMD組成。

新思科技早在800G以太網的萌芽階段，就已經開始了1.6T的布局。在2022年的ECOC大會上，新思科技就展示了BER小于1e-6的224G接收器PHY方案。去年的DesignCon上，新思科技在224G接收器PHY的Demo上，展示了5nm 224 PAM-4 PAM-4 TX眼圖。去年的OFC、SC23等會議上，新思科技的224G demo都展示出了優異的回路BER性能。

新思科技1.6T以太網解決方案 / 新思科技

今年二月底，新思科技正式發布了完整的1.6T以太網IP解決方案，包括1.6T以太網控制器IP、224G以太網PHY IP和驗證IP。新思科技稱這一完整的1.6T以太網解決方案可以顯著減少互聯功耗，相比上一代功耗低至50%。在標準的支持上，該方案支持IEEE 802.3、OIF-224G標準等過個電氣規范。

相較于目前已有的800G以太網控制器IP方案，新思科技提供的全新多通道/多速率以太網控制器方案除了提供對1.6T速率以太網支持外，憑借PCS提供的RS-FEC架構，還實現了最高40%的時延改善，設計占用面積最大減少了50%。

新思科技的224G以太網PHY IP則提供了優秀的信號完整度和抖動性能，可以做到0 post-FEC BER。除了傳統的NRZ外，也支持到逐漸成為主流的PAM-4。針對光模塊、AI/ML處理器、NIC等不同硬件的設計需求，新思科技的以太網PHY IP可以定制化，用于支持芯片到芯片、芯片到模組以及銅線連接等不同的以太網互聯方案。

除此之外，新思科技提供了業內首個1.6T驗證IP，支持前期RTL驗證、SoC調試以及系統層級的校驗等，加快設計者的驗證進度。據了解，新思科技也在關鍵生態合作伙伴、芯片廠商、標準制定協會等合作，未來會繼續擴展對1.6T以太網的支持，包括車載以太網及其他的速度模式等。

值得一提的是，新思科技 224G 以太網 PHY IP 已經在臺積電的N3E工藝中成功實現流片，所以工程師只需要專注在產品的差異化設計上。硅驗證的以太網PHY IP、時延優化的以太網控制器IP以及首個1.6T驗證IP結合，已經為設計者鋪好了邁向更高速率以太網絡的路徑。與行業主要參與者打通的互操作性，也為多供應商設備兼容做好了保證。

寫在最后

新思科技表示，其完整的1.6T以太網IP解決方案已經被多個客戶采用，相信下一代1.6T以太網連接的產品和系統都已經在緊鑼密鼓的開發過程中。與此同時，我們還需要持續關注下一代光模塊封裝方式面臨的挑戰。

新思科技的以太網IP已經支持可插拔、NPO（近封裝光學）和CPO（共封裝光學）的不同方案，究竟哪一種方案技術成熟度更高、成本可觀，仍是未來光模塊廠商需要考慮的問題。但可以肯定的是，1.6T以太網勢必會為智算中心帶來新一輪的性能升級。