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【Tech Tip】400G QSFP-DD光學模組生產效率關鍵因素探討

在400G光學模組開發和測試中面臨各種挑戰和需求,包括高速訊號傳輸、測試良率、穩定時間、光學切換以及空間利用,這些因素對於確保高產量、高品質、和成本效益的光學模組生產非常重要。

在400G QSFP-DD的開發初期,400G光學模組已經帶來了巨大的研發挑戰,PAM-4(Pulse Amplitude Modulation-4)的高速訊號傳輸技術,在光學和電氣領域中,需要調試模組韌體、和數位訊號處理 (DSP)韌體之間的交互作用。


在光學領域,PAM-4技術將資料以光訊號的形式傳輸,這涉及使用高速調變技術將數位訊號轉換為相應的光脈衝,這些光脈衝以特定的強度和時間間隔來表示不同的數位資料。在電氣領域,PAM-4技術則是在電訊號層面上實現,類似於光學領域,PAM-4透過調變電訊號的振幅,來表示不同的數位資料,這要求高速電路和傳輸介質能夠支援高頻率的訊號傳輸。調變模組韌體是指用於控制調變過程的軟體程式,它負責對資料進行PAM-4調變和解調,確保正確的訊號傳輸和接收。數位訊號處理(DSP)韌體則是負責在數位域中,對接收到的訊號進行處理和解碼。它可以對接收到的PAM-4訊號進行等化、時序修正、誤碼校正等操作,以確保正確的數據恢復。


這些都是明顯的例子,更不用說最新興的光學模組管理標準CMIS 4.0所帶來的新挑戰了。


當然,400G客戶端光學模組在另一個關鍵方面也有所不同,400G客戶端光學模組需要在初代產品中就能夠提供具有競爭力的價格,而不需要像100G及以下的模組那樣,經過多個發展週期才能達到價格和量產的要求;在100G及以下的速率下,該產業往往需要經歷數個周期和形式因素,才能確定「大眾市場」和超高競爭的價格/量產需求;因此,如今每Gbit大約1美元是100G插件的衡量標準(當然,實際情況可能有所不同),這經過了大約10年的發展和形式因素——CFP、CFP2、CFP4,和現在的QSFP28。


光學模組的成功,除了研發團隊承擔重要的工作外,另一個關鍵群體正在另一個領域努力工作,NPI(新產品導入)或生產測試工程師需要開發一個測試架構概念,以滿足校準和驗證模組的技術量測需求,同時實現產能、在單位時間內能夠處理和完成的測試數量或工作量、和成本目標;測試架構的成功(或失敗)很大程度上取決於光子自動化層、將測試訊號在正確的時間以正確的電平和光子特性傳送到正確端口的能力。如果不仔細考慮排序、路由和測量時間,測試架構將變成資本支出的陷阱和耗費時間和金錢的生產瓶頸;更糟糕的是,對於量測不確定性的管理不當會損害產品品質,最終損害客戶信心,任何一個問題都可能導致商業失敗。因此,NPI或生產測試工程師需要在開發測試架構時仔細思考,確保序列、路由和測量時間的合理性,以克服測試架構可能遇到的挑戰,並確保高品質的測試和驗證;這將有助於確保光學模組的量產順利進行,並確保測試流程能夠有效地滿足技術要求,同時實現生產目標和成本效益。


今天我和我們 VIAVI MAP產品系列 的產品線管理者Matt Adams以及他的團隊進行了交談,他們對光子學測試架構的知識非常豐富!


問題:測試架設構的關鍵方面之一是產能,你能否詳細說明在典型的光學測試儀器中,哪些因素對高產出可以有所貢獻?


回答:測試站通量有很多方面的考慮。


首先且最重要的是,沒有什麼比低測試良率更能影響產能了,隨著資料速率和波特率 (baud-rates) 的提高,測試裕度 (test margins) 減小,測試站的重復性和準確性至關重要,為了節省時間和成本,不應該選擇會導致錯誤失敗(和測試結果顯示為異常或不合格)的捷徑,這樣會導致模組被多次測試,並需要進行昂貴的高階故障排除;做一次,且做對更重要。


相關的因素是穩定時間,可以將光學測試的用途看作是PHY模擬器;最簡單的例子是移動可變光衰減器(VOA)以改變衰減(對於更高階的模擬,可能需要其他3或4個元素,模擬更複雜的光學場景、或模擬真實環境中的光學特性);如果測試速度過快,光學瞬變(optical transients)會增加不確定性,你需要關注的不僅僅是狀態變化的速度,還有穩定的速度,而穩定時間往往很難單獨分析,最終成為浪費時間的主要原因。


最後是光開關,如果正確使用,切換是解鎖未充分利用的資本的關鍵,它可以使測試在DUT(待測物件)、或甚至測試站之間共享,切換是控制測試排序和負載平衡的關鍵,對於產量至關重要,例如,如果需要更改溫度,切換是一種工具,它可以使測試站繼續進行其他DUT的測試,並在穩定後返回;切換通常可以在後期根據產量增加時添加,但前提是在最初考慮到它;由於光開關本身的特性,會造成光訊號的強度降低,儘管每個切換動作的損耗可能很小,但隨著測試過程中的多次切換,這些小的損耗將累加起來,如果測試訊號強度不足,就無法進行測試了。


問題:在測試台上,空間利用率為什麼如此重要?


回答:機櫃高度是關鍵指標,一旦測試站需要佔用兩個機櫃,製造過程中所需的地板空間實際上將增加一倍,相應的成本也會增加,合約製造費用也會增加,最糟糕的情況下,您可能需要增加實際的地面空間;我們的目標是,MAP產品線 的解決方案比傳統方法的高度低一半,小尺寸還有其他成本效益,尤其在全球製造環境中,例如運輸成本;將一個大型配置完整的機櫃,從研發或製造基地 (NPI) 將產品運送到合約製造商(CM,Contract Manufacturer)的地點,可能需要花費10,000美元或更多,如果有兩個機櫃,這個成本顯然會翻倍。


問題:您是否認為可插拔相干光學模組會對光學測試台的產能提出新的需求?


回答:可插拔相干光學模組現在以具有激進的價格期望進入市場,但相較於傳統的客戶端光學模組,其測試需求更加嚴格,除了仍然需要進行基於衰減的簡單測試以校準監控光電二極管外,更核心的符合度指標則是複雜的光訊噪比(OSNR);視具體變體而定,還需要考慮極化抖動和ROADM濾波器塑形等潛在的PHY層仿真需求。


這些測試需要在多個波長和可能的多個溫度下進行,這導致了測試案例數量的急劇增加,進一步加大了我們首要關注的方面 - 產能的成本效益,可插拔相干光學模組的測試需求對測試台的產能提出了新的挑戰,需要更高效的測試流程和更快速的測試速度,以應對大量的測試案例,確保產品的高效生產。


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