学技术 | Microchip: 面向下一代网络需求，以太网PHY产品如何“超前布局”？

在混合工作和网络地理分布增长的推动下，对网络基础设施的带宽和安全性的需求正在重新定义无边界网络。据650集团预测，在人工智能/机器学习（AI/ML）应用的带动下，400G（每秒千兆位）和800G的总端口带宽将以每年50%以上的速度增长。这种急剧的增长正在扩大向112G PAM4连接的过渡，不仅是云数据中心和电信服务提供商的交换机和路由器，还包括企业以太网交换平台。

日前，Microchip（微芯）推出了全新的META-DX2+ PHY系列产品。据介绍，这是业界首款集成1.6T（太比特/秒）线速端到端加密和端口聚合功能的解决方案，可助力企业以太网交换机、安全设备、云互连路由器和光传输系统向112G PAM4连接过渡，并保持尺寸紧凑性。

META-DX2+具有可配置1.6T数据通路架构，在总变速器容量和由其独特的ShiftIO能力实现的无中断2:1保护开关复用模式方面，优于竞争对手2倍。灵活的XpandIO端口聚合能力优化了路由器/交换机的端口利用率，支持低速率流量。此外，这些器件还支持IEEE 1588 C/D类精确时间协议（PTP），以实现5G和企业关键业务服务所需的精确纳秒时间戳。

下一代设备的多样化需求

Microchip通信业务部资深产品营销经理郎涛表示，第一代META-DX1产品支持1G到400G速率，建立在这代产品的成功基础上，META-DX2+可支持1G到800G的以太网速率。他指出，通过添加800G以太网速率、112G PAM4 Serdes 以及包括 MACsec和IPsec在内的加密技术，META-DX2+的优势体现在丰富的适用于各种应用类型的功能集。当客户采用META-DX2+ 做共平台设计时，他们可以在不同产品不同应用中重复使用META-DX2+的硬软件设计从而节省大量研发时间和资源。

郎涛认为，META-DX2+作为一款具备端口聚合功能的太比特级安全以太网PHY系列产品，可满足多种设备类型的需求，例如云互连路由器、企业级以太网交换机、安全设备、AI/ML 算力节点和光传送系统等，它都将发挥出关键作用。

其中，云数据中心互连将受惠于META-DX2+的大容量1.6T带宽和加密能力，其1.6T的gearbox容量是同类方案的两倍；而加密功能不仅保护了数据链路的安全，同时释放了中央处理器的负担。

对于企业级交换和路由设备来说，则可以利用 META-DX2+的端口聚合功能，将多个低速率端口汇聚到一个高速端口，从而使中央处理器或交换芯片能够将端口运行在最高速率以达到最大容量。与此同时，所有端口仍然能实现加密、PTP 和其他功能。他强调，IPsec对企业客户来说尤其有价值，因为可以对网络中的链路实现端到端的线速加密。

对于光传送系统来说，利用 META-DX2+内部的可编程交叉连接功能可以灵活地与各种相干光模块、灰光模块和直连电缆（ DAC）连接，并支持以太网、OTN 和其他私有速率。

总体而言，针对下一代设备所需，META-DX2+可提供如下功能：第一，1.6T gearbox容量-为4x400G设计提供面积最小的PHY。与其他需要两个PHY芯片的方案相比，META-DX2+节省超过20%的电路板面积。第二，集成了MACsec和IPsec的线速加密，为云数据中心和企业网络提供端到端的安全保证。第三，XpandIO技术支持把低速以太网客户端口聚合成高速以太网接口，以实现企业平台的优化。第四，用于5G回传和关键业务服务的纳秒级时钟戳，可满足IEEE 1588 PTP协议 C/D 类时钟的要求。第五，对私有速率的支持和内置交叉连接功能，可用于AI/ML加速器之间的灵活连接。第六，ShiftIO技术、交叉连接功能以及OTN 速率的支持，可实现光传送系统所需的灵活连接。

如何满足网络升级需求？

根据Cisco全球云指数测算，超大规模数据中心正在迅速增长，到2021年底，占到所有运行中的数据中心中的53%左右。因此，向112G(千兆位每秒)PAM4串行器/解串器(SerDes)生态系统演进，以适应高密度交换、包处理和光学需要，正成为数据中心最热门的话题之一。

650集团创始人兼技术分析师Alan Weckel指出，随着业界向高密度路由器和交换机的112G PAM4串行生态系统过渡，线速加密和有效利用端口容量变得越来越重要。他认为，在实现MACsec和IPsec加密、利用端口聚合优化端口容量以及灵活地将路由/交换芯片连接到多速率400G和800G光学器件方面，Microchip的META-DX2+系列将发挥重要作用。

郎涛谈到，业内正处于向112G过渡的早期阶段，尽管224G SerDes 是迈向未来的合乎逻辑的一步，但仍需要一些时间。当前，112G PAM4 SerDes 已被广泛用于下一代交换机和光模块中，它使端口密度比上一代提高了1倍，同时也推动了对retimer/PHY的需求以获得良好的信号完整性。

随着数据流量持续激增，网络架构将进一步升级，从400G向800G演进的需求也在浮出水面。那么，这其中有哪些重点需求要去满足？

郎涛表示，首先，从400G升级到800G将使每个端口的容量翻倍，但QSFP端口的形态和8个电通道并没有变化，所以关键是将56G PAM4信号演进到112G PAM4 信号。其次，新的交换芯片和路由芯片已采用112G PAM4的SerDes通道互连，而META-DX2+可以支持这种连接。从成本角度来看。当前基于QSFP-DD形态的400GE或400ZR光模块已经很实惠，因此，META-DX2+将能够以其业界最大的1.6T gearbox容量，帮助400G光模块（每通道 56G PAM4）与新设备的112G PAM4通道轻松相连。

契合三大应用关注点

成本、可快速开发、安全等，无疑都是网络应用中的关注重点。

适用于META-DX2系列的Microchip第二代以太网PHY SDK，通过现场验证的API库和固件降低了开发成本。该SDK支持该系列中所有META-DX2L和META-DX2+ PHY器件。包括对开放计算项目（OCP）交换机抽象接口（SAI）PHY扩展的支持，以便在支持SAI的各种网络操作系统（NOS）中实现对META-DX2 PHY的跨平台支持。

与META-DX2L重定时器一样，全新系列META-DX2+ PHY可与Microchip的PolarFire FPGA、ZL30632高性能PLL、振荡器、稳压器和其他组件一起使用。这些组件已作为系统得到预先验证，有助于加快设计投产。

在安全方面，META-DX2+支持MACsec和IPsec的线速加密。由于随着端口速率的不断增加，加密会给处理器带来很大的负担，因此。META-DX2+ 把加密功能从分组处理器上释放，以便系统更轻松地扩展端到端加密的带宽。META-DX2+系列允许带加密和不带加密的统一硬件设计，并且使用相同的软件SDK。

此外，系统启动映像文件和 META-DX2+固件可以使用Microchip CEC1736“Root of Trust”器件进行验证，确保产品安全。

在同时保证产品的高安全性和易用性方面，Microchip通过提供一系列引脚兼容的重定时器和带有加密选项的高级PHY产品组合，支持开发人员能够扩展设计，在通用板设计和软件开发工具包（SDK）的基础上增加MACsec和IPsec。