本案例研究闡述了 Amphenol 如何運用Teledyne LeCroy測試解決方案，來測量被動式與主動式纜線之間的性能差異，藉此向客戶傳達關於各類解決方案相對性能的更一致訊息。研究評估了長度達三公尺的各類 DAC、ACC 及 AEC 纜線。
背景
隨著網路技術邁向高速乙太網路——包括 400G、800G 乃至未來的 1.6T 連接——傳統的被動式銅纜（亦稱為直接連接纜，DAC）正面臨嚴峻挑戰：必須在機櫃底部至頂部的距離內，傳輸高達 112Gbps 的 PAM4 訊號。
光學解決方案雖能提供所需的傳輸距離，但成本高昂且功耗遠大於其他方案。此外，隨著交換機埠速率升級至 800G，許多資料中心必須透過分支線纜將多張網路介面卡（NIC）連接至 100/200/400G 埠，這使得整體架構更加複雜。
為因應此需求及上述挑戰，具備線性均衡器（可設置於纜線一端或兩端）的「主動式銅纜」（ACCs），以及一端或兩端配備數位訊號處理器（DSP）的「主動式電纜」（AECs），已成為有助於擴展銅纜生態系統的最佳佈線解決方案。
安費諾通訊解決方案 是全球最大的連接器與互連系統開發商及製造商之一。憑藉支援單通道資料傳輸速率高達 224Gbps 及更高規格的先進線纜解決方案，安費諾具備充分實力滿足資料中心的市場需求。透過在機櫃之間提供可靠且穩定的一致性高速連接，安費諾能促進資料在現代資料中心及超大規模資料中心的龐大基礎設施中無縫傳輸
安費諾（Amphenol）的八埠小型可插拔（OSFP）及四埠小型可插拔雙密度（QSFP-DD）銅纜組件，專為滿足資料中心、網路及高效能運算應用之需求而設計，適用於高密度纜線互連系統，傳輸速率範圍可達每通道 10Gbps 至 224Gbps。
圖 1：Amphenol Communications Solutions 推出的 QSF-DD 與 OSFP 組件。
挑戰
身為線纜供應商，Amphenol 自然需要測試並記錄不同 ACC 或 AEC 與 DAC 互連線之間的性能差異。此外，他們還必須在實際安裝環境中，針對彎曲角度大且佈局密集的線纜進行性能評估，因為這類線纜可能導致不同通道間的同對延遲偏差產生變化。
經過多次互通性測試後，Amphenol 發現絕對位元錯誤率 (BER) 的測量值在不同埠和通道間可能有所差異。因此，為了準確評估某條纜線相對於另一條纜線或先前測試的表現，必須使用相同的 SerDes 實作方案進行測量。此外，測試模組必須允許調整其 TX 均衡器，以針對每種纜線類型和纜線長度優化 BER。
對於 DAC 甚至 ACC 而言，通常會採用向量網路分析儀 (VNA) 來分析纜線在頻域中的性能。 「符合業界標準規格是產品出貨給客戶的基準，然而，當客戶回報現場問題時，頻譜上的差異往往微乎其微，這就像是在稻草堆裡找針一樣，」安費諾通訊解決方案（Amphenol Communications Solutions）標準與技術總監 Samuel Kocsis 表示。 「正因如此，客戶正要求更完善的線纜性能量化方法，既要盡可能貼近現場測試，同時又須兼顧時間與成本效益。」安費諾致力於尋找最佳方案，在測試工作量與所獲洞見之間取得平衡。
偽隨機二進位序列（PRBS）是從 VNA 技術自然演進而來的一種方法，用於針對基準值進行誤碼率（BER）測量。然而，有時僅靠 PRBS 並不足夠——例如，剛性纜線的彎折可能會導致各通道間的偏斜模式出現差異，此時便需要使用 AN/LT 或在第二層測量封包丟失率。
解決方案
安費諾（Amphenol）著手研究Teledyne LeCroy 的Z800Freya 產生器是否可用於測試有源與無源纜線的合規性。Z800Freya 10Gbps 至 800Gbps 的測試速率，可使用 10/25G NRZ 或 56G/112G PAM4 SerDes 進行測試。 測試模組提供 OSFP 或 QSFP-DD 介面選項，使兩種介面類型的纜線皆可在同一機架配置下進行測試。憑藉其自主研發的 PHY 設計，Z800Freya 完整的第 1 層測試功能，更Freya 全面的第 2 層至第 3 層測試能力。
XenaManager 軟體（隨所有Xena 產生器免費提供）簡化了各埠與各通道統計資料的設定與監控，並能協助以線速設定及執行封包流。例如，下圖 2顯示了在 2 公尺 DAC 兩端測得的 FEC 前位元誤碼率 (BER)。此外Xena (XOA) 作為一個免費的開源自動化及 Python API 腳本框架，讓客戶能夠Freya Z800Freya 自動化整合。透過 Z800Freya XOA 實現纜線測試的自動化，可省去耗時數天的繁瑣手動測試。
最初，Amphenol 採用 Z800Freya 輸 PRBS 資料流，並測量不同纜線與測試情境下的 BER 性能差異。透過流量產生器，Amphenol 得以偵測到後 FEC 系統性能退化中的細微差異，這些差異僅憑頻域分析是無法辨識的。
針對更進階的測試，例如纜線中不同通道間的微小偏移差異，Amphenol 同時採用鏈路訓練與 L2 封包流來監控各通道的效能。
我們使用Teledyne LeCroy Freya 產生器，對長度各異的 DAC、ACC 及 AEC 纜線進行了 800Gbps 速率的測試。完整的測試結果清單請參閱本文末的附錄。測試涵蓋了 OSFP 與 QSFP-DD 收發器，並評估了線徑範圍從 25 AWG 至 32 AWG 的各類纜線。
如上圖 3 所示，高速乙太網路連接涉及多個均衡器——分別位於發射端、接收端，以及在主動式纜線的情況下，纜線內部。為了確保不同纜線類型之間能進行公平的比較，必須根據每種纜線的類型、線徑和長度，對測試模組收發器的發射端均衡器抽頭進行調整，以達到最佳性能。
下圖 4展示了一個範例，說明在 ACC 纜線上採用兩種不同的發射端均衡器設定時，所獲得的相對誤碼率 (BER) 改善情況。其中一種情況是，對所有三種纜線長度均採用相同的均衡器設定（標示為「未調諧」）；而在另一種情況下，則針對每種長度手動優化設定，以獲得最佳的誤碼率（標示為「經調諧」）。如圖所示，在此特定範例中，適當的調諧使誤碼率改善幅度高達兩個數量級。
一般而言，在主機網路設備中建置一個查詢表，用以儲存網路上所有纜線類型與長度的最佳均衡器設定，將有所助益。在某些情況下Freya Z800Freya 等測試模組作為鏈路夥伴，透過鏈路調教功能自動調整主機發射端的均衡器。
圖 5展示了一項針對 DAC、ACC 和 AEC 纜線子集進行的基準測試，該測試使用 PRBS 來測量不同纜線長度和線徑值下的 FEC 前誤碼率 (BER)。每次測量時均對發射端等化器的抽頭進行了調整。 虛線表示 DAC、ACC 和 AEC 纜線的預期性能趨勢。結果顯示，在長度低於 1.5–2 公尺的情況下，DAC 纜線表現相當優異；而在較長距離下，ACC 和 AEC 纜線則展現出幾乎相同的性能。
針對 800Gbps 鏈路所測得的誤碼率 (BER) 可能會因 8 條獨立通道間的誤碼率差異而有所不同。Z800Freya 完整性檢視 (SIV) 提供了一種快速的方法，用以辨別是否有單一或多條通道的 PAM4 訊號品質較其他通道為差。
下 圖 6顯示了一個範例，其中第 0、1 和 4 號通道表現良好，而其餘通道的表現則不佳。
除了 BER 測量外，還測試了 64 位元組和 1588 位元組的乙太網路封包。所有測量結果的封包遺失率皆為 0，顯示所測得的 BER 值已達標。此外，亦使用 Z800Freya 模組測量所有纜線的端對端延遲。
「Freya 透過模擬真實系統，快速量化不同佈線解決方案之間的性能差異，」Samuel Kocsis 解釋道。「從技術角度來看，這個平台極具吸引力，因為我們可以將不同的測試模組插入同一機箱主機中，從而測試 OSFP 與 QSFP 規格端口的混合配置。」
透過採用 Z8Freya AmphenolFreya 輕鬆將其各式主動式與被動式纜線解決方案，與運作良好的 112Gbps SerDes 實作方案進行比較。這項功能不僅在開發與推廣新型纜線方面展現出極高價值，對於分析客戶回報的纜線問題同樣大有裨益。Samuel Kocsis 預期，Amphenol 將運用Teledyne LeCroy 的XOA API，將 Z800Freya 進一步整合Freya 其測試環境Freya 。
展望未來，安費諾（Amphenol）計劃將Freya 生產流程，因為每當導入新製程或新材料時，必須證明這些變更並未影響產品的性能。
總結
安費諾（Amphenol）是全球最大的連接器與互連系統開發商及製造商之一，其產品涵蓋支援 112G、224G 及更高傳輸速率的先進被動式與主動式解決方案。該公司始終需要市場領先的量測設備，以評估各種被動式與主動式纜線類型之間的性能差異。
Teledyne LeCroy Freya 產生器具備全面的 L1、L2 和 L3 測試功能，使 Amphenol 得以執行此任務所需的各項測試。
Z800Freya 的關鍵功能Freya 能夠精確調整測試設備中的均衡器，以針對每種線材類型和長度實現最佳性能。
透過採用 Z8FreyaAmphenol 得以針對多種 DAC、ACC 及 AEC，針對傳輸距離與誤碼率（BER）進行定量比較。結果清楚顯示，相較於被動式 DAC，ACC 和 AEC 顯著延長了最大可用傳輸距離。
附錄：
以下是 Amphenol 針對各類纜線所蒐集的資料。請注意：
- 延遲是以「最後一個位元送出」到「第一個位元送入」的時間差來測量。這實際上是測量 PHY 到 PHY 的資料路徑延遲——此測量值不受封包長度和前向錯誤校正 (FEC) 影響，但會受到纜線類型以及取決於傳輸方向的重新定時器延遲的影響。
- 在每種纜線類型的測試中，所有 8 條通道均採用相同的發射端均衡器設定。
