智算中心出现带宽缺口，1.6T以太网力大砖飞

随着AI计算大量的数据训练与推理负载，我们对于扩张和建设大型数据中心瓶颈的认知，也早已经历了数个阶段的变化。首先是算力的空缺，接着是内存墙，最后我们到了网络性能上。多年以来，以太网作为互联网的主心骨，为数据中心提供了通用高速的网络连接。

据IDC预测，到2025年全球数据中心和云端的流量将突破至175ZB。正因如此，我们开始打造更为复杂的多机架系统，以及复杂的网络架构。与此同时，随着新标准的开发和发布，每一代以太网的数据传输速率都在翻倍，以数据中心的网络架构而言，尤其是以AI负载为主的智算中心，从400G过渡到800G，以及未来走向1.6T，已经是大势所趋。

1.6T以太网，打破智算中心的连接限制

从目前数据中心的系统能耗变化来看，AI正在慢慢成为增长最快的负载之一。据福布斯报道，从2023年到2030年，AI负载将把数据中心的能耗提高80%，而常见的数据中心架构中，以太网连接相关的功耗占比高达60%。

AI不仅消耗了大量的算力资源，也为互联网络带来的极大的压力，不只是服务器内部芯片、加速器之间的互联，还有服务器与架顶式交换机之间的互联。对于超大规模LLM这样对服务器要求极高的AI应用而言，做到更快的互联速度，更低的延迟和更低的功耗，就能更高效地为用户提供服务器。

高速网络因此成了每个大力发展智算的数据中心研究的重点，AI应用开发商也会将这些指标纳入考量。作为主要连接方式的以太网，也已经在探索1.6T网络的开发。要想支持更快的以太网络，就少不了高速SerDes接口。为了实现800G和1.6T的高速以太网，必须用到224GB的SerDes以及PAM-4调制方式。在给定的波特率下，PAM-4可以实现两倍于传统NRZ的比特率。

但采用PAM-4调制致使眼高有所降低，进而使得信噪比降低。因此PAM-4相较NRZ对噪声更为敏感，误码率增高，必须靠FEC（前向纠错）才能保证其误码率，保证其在长距离下接收信号。不过有了FEC的辅助，更高速率的以太网受到的距离限制因素更多，所以其支持的距离往往会随着速率增加而逐步递减。

对于1.6T的以太网标准而言，参与制定标准的IEEE 802.3dj工作组预计会在2026年定稿，但相关的基础特性已经基本确定确定下来，比如最大支持1.6Tb/s的MAC速率，MAC层最大误码率，芯片到模组和芯片到芯片应用可选支持16路1.6Tb/s AUI等。

从现在看来，正式的标准离我们尚有一段距离，但不代表着相关的解决方案没有成型。面对竞争日益激烈的光模块、交换机等市场，对于博通、Marvell之类的设计厂商而言，他们并不会静静等待标准定稿才开始行动。如果想要抢占市场先机，现在就是了解1.6T以太网设计方案的最佳时机，新思科技作为以太网IP解决方案的领头羊，早在几年前就开始部署相关的解决方案。

高带宽以太网方案，IP先行

从硬件角度来说，支持以太网数据连接的架构往往由两部分组成，一个是控制器，一个是PHY（物理层）。其中控制器在芯片内部实现的基础的以太网协议特性，由MAC、PCS和PMA组成。PHY负责传输和接收数据，由PMA和PMD组成。

新思科技早在800G以太网的萌芽阶段，就已经开始了1.6T的布局。在2022年的ECOC大会上，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眼图。去年的OFC、SC23等会议上，新思科技的224G demo都展示出了优异的回路BER性能。

新思科技1.6T以太网解决方案 / 新思科技

今年二月底，新思科技正式发布了完整的1.6T以太网IP解决方案，包括1.6T以太网控制器IP、224G以太网PHY IP和验证IP。新思科技称这一完整的1.6T以太网解决方案可以显著减少互联功耗，相比上一代功耗低至50%。在标准的支持上，该方案支持IEEE 802.3、OIF-224G标准等过个电气规范。

相较于目前已有的800G以太网控制器IP方案，新思科技提供的全新多通道/多速率以太网控制器方案除了提供对1.6T速率以太网支持外，凭借PCS提供的RS-FEC架构，还实现了最高40%的时延改善，设计占用面积最大减少了50%。

新思科技的224G以太网PHY IP则提供了优秀的信号完整度和抖动性能，可以做到0 post-FEC BER。除了传统的NRZ外，也支持到逐渐成为主流的PAM-4。针对光模块、AI/ML处理器、NIC等不同硬件的设计需求，新思科技的以太网PHY IP可以定制化，用于支持芯片到芯片、芯片到模组以及铜线连接等不同的以太网互联方案。

除此之外，新思科技提供了业内首个1.6T验证IP，支持前期RTL验证、SoC调试以及系统层级的校验等，加快设计者的验证进度。据了解，新思科技也在关键生态合作伙伴、芯片厂商、标准制定协会等合作，未来会继续扩展对1.6T以太网的支持，包括车载以太网及其他的速度模式等。

值得一提的是，新思科技 224G 以太网 PHY IP 已经在台积电的N3E工艺中成功实现流片，所以工程师只需要专注在产品的差异化设计上。硅验证的以太网PHY IP、时延优化的以太网控制器IP以及首个1.6T验证IP结合，已经为设计者铺好了迈向更高速率以太网络的路径。与行业主要参与者打通的互操作性，也为多供应商设备兼容做好了保证。

写在最后

新思科技表示，其完整的1.6T以太网IP解决方案已经被多个客户采用，相信下一代1.6T以太网连接的产品和系统都已经在紧锣密鼓的开发过程中。与此同时，我们还需要持续关注下一代光模块封装方式面临的挑战。

新思科技的以太网IP已经支持可插拔、NPO（近封装光学）和CPO（共封装光学）的不同方案，究竟哪一种方案技术成熟度更高、成本可观，仍是未来光模块厂商需要考虑的问题。但可以肯定的是，1.6T以太网势必会为智算中心带来新一轮的性能升级。