支持 CFP4 光模块集成对于提供下一代 400GbE 线速至关重要。使用Virtex® UltraScale™ 实现下一代设计，使用 1 对 1 器件迁移将性能提升一倍

解决方案概述与优势

● 4 个 100G 硬化以太网 MAC 和 4 个100G Interlaken 核可加速设计实现、降低延时、减少功耗，并释放资源用于其它功能，如包处理等

● 海量 28G 收发器，实现 CFP4 模块集成和更高端口密度

● 增强型时钟和布线性能，可在单芯片上实现 400G 吞吐

● 20nm 工艺技术和大规模架构增强，可降低功耗 25%

UltraScale 架构优势

● 海量 I/O 带宽

   ● 16 个 25G 收发器 (CAUI4)

   ● 20 个 25G 收发器 (ILKN)

● 海量数据流与布线

   ● >400 Gbps

● 功耗管理

   ● 集成的 Interlaken 模块更节能

   ● 28G 收发器提供更低的每比特功耗 (pJ/bit)

   ● 更精密的时钟门控

随着数据中心内部光学收发器模块的传输速度提高到前所未有的高度，数据中心内每个机架的温度也在不断大幅上升。机架中有多个这种发热的高速模块堆叠在一起，加之有多个机架并排摆放，这样，温度倍增。温度的急剧上升可能会导致超过芯片的热限制，从而造成灾难性的芯片故障，继而对整个数据中心系统产生不利影响。因此，工程师在设计光学收发器模块时必须考虑到热属性。设计人员必须要将注意力集中在热源上，并尝试用模块级甚至机架级的高效冷却方法对热源加以控制。

工程师在测试光学模块的热属性时通常有两种选择。他们可以使用复杂的网络数据生成器来创建高速（10-Gbps）链路，然后对光学模块的热属性进行测试；或者充分利用具有可调预设电压和电流的“热等效”模块，这样无需使用真正的高速数据即可仿真模拟热学条件并评估热属性。

这两种方案都不够理想。第一种方案需要专业的高速网络数据生成器，因此操作起来成本很高；而第二种方法又太抽象。热等效模块无法完全反映物理交换行为所引起的温度变化。

不过，最近我的团队在爱尔兰阿尔卡特朗讯贝尔实验室通过使用赛灵思Zynq®-7000全可编程SoC 平台和赛灵思IP核完成光学模块的热属性测试工作，从根本上简化了这一过程。我们来仔细了解一下如何成功简化测试。

预设计分析

这种热测试的基本要求是不断用10Gbps数据激发XFP光收发器，同时使用IR摄相头跟踪和描述温度变化特性。

我选择赛灵思ZC706评估板作为开发主机，因为主器件——即Zynq-7000 SoC XC7Z045（速度等级-2）上的GTX收发器可以轻松达到10Gbps的单线数据传输速率。Zynq SoC器件包含一个采用ARM®内核的处理系统（PS）和一个Kintex®-7

FPGA可编程逻辑（PL）架构。首先， PL晶片上的资源足以处理10Gbps双工数据传输。然后，我们可在日后需要的时候使用PS生成特定用户数据模式。

我们的热学团队将一块Finisar XFP评估板用作光学收发器的外壳。该FDB-1022评估板可作为功能强大的评估主板，能够很好地评估最先进的10Gbps XFP光学收发器。SMA连接器可用于差分数据输入和输出。该评估板经配置后可直接通过SMA连接器连接1/64时钟（即，156.25 MHz = 10 GHz/64），进而为模块提供时钟。

系统设计

在进行FPGA开发工作的七年时间里， 我发现尽可能多地使用赛灵思内核可以显著缩短设计周期。在本设计中，我采取了相同的策略，并从集成式误码率测试器（IBERT）内核开始着手。您可利用该内核进行数据模式的生成和验证，从而评估Zynq SoC上的GTX收发器。然后，为了对设计正确布线，我创建了一个基于混合模式时钟管理器（MMCM）内核的相位对齐时钟分布单元，可同时对FPGA架构上的GTX收发器和XFP评估板上的光学收发器提供时钟。图1为系统方框图。