高速介面突破AI傳輸限制 Anritsu Tech Forum解析數位未來

Anritsu年度盛會邀集領域專家與合作夥伴，展現 AI應用量測實力

AI應用蓬勃發展，高速介面技術持續演進。Anritsu（安立知）於日前舉辦的「Anritsu Tech Forum 2024：無線與高速技術的未來世界—數位聯盟高速介面峰會」中，特別邀請業界專家深入探討1.6T Ethernet、PCIe 6.0與USB4v2等新世代規範的技術發展，剖析高速訊號在時域與頻域的完整性分析方式，協助台灣科技產業親身體驗前瞻測試解決方案，掌握市場發展脈動。

鴻海精密（Foxconn）的蕭旭良（Larry Hsiao）博士在「AI Generation: Silicon Photonics Market Trends and Technical Challenges」演說中提到，AI運算與資料中心需求持續攀升，矽光子技術已成為突破傳統光學元件限制的關鍵解決方案。傳統模組化光學元件在尺寸、密度及組裝效率等面向，已難因應現代資料中心的高速率高頻寬需求。矽光子技術藉由成熟的CMOS製程，實現光電元件的高度整合，不僅可提升頻寬密度，更具備量產規模的成本優勢。在CPO技術方面，雖為解決傳統收發模組在高頻寬應用時的密度與訊號完整性限制提供新契機，但仍面臨標準化不足與供應鏈有限等挑戰。

目前技術發展面臨的挑戰，主要聚焦於材料與介面損耗效率、缺乏統一晶圓級測試標準、元件溫度敏感性，以及可維護性與模組化設計的優化需求等面向。在調變器技術中，PN MZM具備穩定性優勢但體積較大，Micro-Ring擁有極小的尺寸但溫度敏感度高，而EAM則在功耗與穩定性間取得平衡。Foxconn SiPhComm的矽光子引擎採用低驅動電壓的MZM設計，不僅可提升效率，更具備與IC金屬層直接整合達到400G/lane的潛力。預期2024至2028年間，矽光子技術的應用將持續擴大，除了AI與資料中心的高頻寬需求外，在5G基地台、回傳網路等電信基礎建設也將有更廣泛的應用。

大型資料中心的傳輸速率要求不斷提升，PAM4 VCSEL已被視為重要核心元件。在「Advancements in Wafer-Level Testing for High-Speed Optical Devices」議題中，旺矽科技（MPI）的講師吳秉穎（Paul Wu)指出VCSEL技術從56G演進至200G的過程中，不僅將元件頻寬提升至35 GHz以上，RIN也成功優化至-152 dB/Hz，充分展現市場對高速、低功耗光電元件的殷切需求。在測試設備方面，MPI公司已推出一系列半自動與全自動探針台，可支援晶圓及晶粒的多樣化測試需求。其中，TP60-LT探針台具備-40°C至200°C的寬溫度測試範圍，並支援最多三個測試站同時運作，可進行S21、RIN等關鍵參數測試，精確度達±2 μm。

他表示高頻參數測試採用RF探針與Bias Tee的配置，結合光纖與VNA進行最高可達40 GHz的量測。值得注意的是，其獨特的XYZ操控器和光纖對準演算法大幅提升測試重複性。Stargazer測試系統則是針對生產與實驗室需求提供客製化解決方案，具備智能化的測試流程管理功能。在校準技術上，系統整合了RF探針臂的自動校準與力感測功能，配合自動化校準模組，可有效延長RF探針壽命並提升測試穩定性。隨著資料中心與AI應用的蓬勃發展，高速光學元件的測試技術將扮演更加關鍵的角色，MPI的解決方案將持續深化各項功能，提供產業精確且高效的測試平台。

Anritsu日本總部的Hiroyuki Kawate先生在「Data Center Singularity: Ethernet Evolution to 224Gbps」演講中表示，資料中心對高速、大容量傳輸的需求與日俱增。目前業界主流的400GbE和800GbE技術已無法滿足需求，800GbE/1.6TbE提前進入量產階段。在這波技術演進中，矽光子技術憑藉其與CMOS製程的高度相容性，成為光學材料規模化生產的重要選擇。CPO技術透過整合光學收發器與ASIC，可有效縮短電氣路徑、降低功耗與冷卻成本，而NPO則在維護便利性方面提供更佳解決方案。

在標準化進程方面，IEEE P802.3dj預計於2026年第三季完成規範制定，但200G/lane產品已計劃在2025年搶先出貨。測試技術也同步升級，採用高動態範圍的光頻域反射儀（OFDR）與向量網路分析儀（VNA）進行光被動元件精確量測。此外，插拔式相干光學技術的發展，不僅可降低網路建設成本，更提供市場多供應商互通性的可能性，特別是在400G ZR與400G ZR+應用場景中更展現強大優勢。展望未來，矽光子技術將持續推動乙太網路速率的演進，插拔式相干光學（pluggable coherent）和共封裝光學技術（CPO）則是產業發展的重要方向。

Tektronix黃芳川（Jacky Huang）接著在「PCIe 6.0 TRx Electrical Compliance Specification Update and Test Challenges」演說中，探討PCIe技術的最新發展。他提到PCIe 6.2基本規範Rev 1.0發布後，PCIe技術邁入嶄新里程碑。新規範採用PAM4訊號調變技術，成功將資料傳輸率提升至64 GT/s，但這也增加了接收器測試的複雜度，包括通道損耗、參考CTLE和DFE增強等功能的驗證需求。在測試規格方面，新版本特別強化了發射器與接收器的測試要求，其中CTLE優化支援多達6個極點與3個零點設計，而DFE則透過16個Filter Tap，提供更強大的訊號處理能力。

在相容性測試的推動進程上，PCIe 6.0已於2024年分別在6月和10月舉辦兩場Pre-FYI工作坊，待測試方案穩定後，將進入為期半年的正式FYI階段。因應PAM4訊號所帶來的新挑戰，測試設備必須具備至少50 GHz的即時頻寬與128 GS/s的取樣速率。Tektronix與Anritsu攜手推出的聯合測試方案，透過PAMJET與TekRxTest等軟體工具，為PCIe 6.0生態系統的穩定發展提供完整支援，未來PAM4訊號測試與高頻通道損耗的精確量測，仍是業界需要持續突破的重要技術課題。

自1998年USB 1.0發布以來，USB技術已歷經重大進展。Teledyne LeCroy林賢鎰（Leon Lin）在「How to Verify USB4 v2.0/TBT5 Electrical TRx Performance」演講中提到，最新的USB4 v2.0規範引入PAM3技術，並支援高達40 Gb/s x 3的對稱或非對稱通道配置，將數據速率提升至120 Gb/s。此一技術突破不僅與Thunderbolt 5協同發展，更整合了DisplayPort 2.1，可實現高效能的數據與影像傳輸。在測試技術方面，USB4 v2.0採用42個preset傳輸等化配置，以優化信號完整性，但PAM3信號容易受雜訊影響，需透過精確的測試點信號損失補償與校準。

在測試設備需求上，發射器測試需要配備25 GHz以上頻寬、80 GSa/s取樣率的即時示波器，並使用USB4 Electrical Test Tool （ETT）進行自動化校準與測試。SigTest軟體則負責分析TXFFE預設值，提供最佳等化配置建議。此外，USB4 CrossSync PHY測試功能支援協定與實體層的聯合測試，可大幅簡化重定時器調校和電壓完整性分析流程，在USB4 v2.0與Thunderbolt 5技術的深度整合後，將可進一步推動高效能裝置的創新應用與發展。

Anritsu王榆淙（Arvin Wang）接著在「PCIe 6.0/7.0 and AOC LEQ Testing Challenges」專題演講中表示，生成式AI應用市場快速擴張，預計2032年達到1200億美元規模，AI晶片需求也將在2024～2032年間成長8倍。此趨勢也讓資料中心耗電量激增，預計從2018年的205 TWh攀升至2032年的8,000 TWh，光電融合技術透過電光訊號轉換，可望將功耗降低至原來的1%。為因應此挑戰，業界積極發展新一代PCIe技術，除了採用64 GT/s的PAM4調變與前向錯誤更正（FEC）機制的6.0版本外，預計2025年發布的7.0版本更將速率提升至128 GT/s，並導入光通訊技術，透過電光訊號轉換有望將功耗降低至原來的1%。

在測試技術層面，PAM4訊號對抖動、雜訊和偏移的高度敏感性，再加上眼圖較NRZ訊號小3倍以上的特性，已為測試帶來嚴峻挑戰。Anritsu MP1900A測試解決方案透過自動化校準與訊號生成功能，支援PAM4 FBER符號誤碼率與FEC錯誤分析，並提供CTLE與CDR功能以補償實際通道損耗並鎖定訊號。隨著光學傳輸技術逐步整合至資料中心架構中，PCIe技術將在雲端AI、高效能運算等領域扮演更關鍵的角色。

USB4技術近年備受重視，Granite River Labs張靜宜（Sandy Chang）在「USB4/TBT5 and LRD Cable Certification Updates」演講指出，此技術已實現高達80 Gbps的資料傳輸速率與240W的供電功能。透過採用25.6GBaud的PAM3訊號調變技術，不僅達成120G/40G的非對稱連結選項，更整合了USB3、DisplayPort和PCIe的通道協定。在測試驗證方面，除了發射器、接收器的基本電氣特性測試外，還需執行協定層的完整驗證。GRL USB4-TX和GRL USB4-RX等自動化測試工具，可支援多家示波器廠商，全面涵蓋USB4 v1和v2的測試需求。

在線材技術發展方面，LRD主動線材的設計重點著重於接收等化器與輸出驅動器的最佳化，以克服高頻雜訊與阻抗匹配等挑戰。其測試方法包括頻域的綜合回損與多重反射測試，以及時域的訊號完整性驗證。Sandy Chang特別提醒工程師注意，線材必須符合嚴格的散熱管理要求，當線材溫度達到80˚C或外殼溫度達到55˚C時，需具備自動停止資料傳輸的保護機制。上述嚴格的技術規範與測試要求，將加速光纖主動線材（OIAC）在高速傳輸應用的導入進程，滿足資料中心對穩定性的嚴格要求。

最後，Anritsu林昇鴻（Danny Lin）在「Challenges and Solutions in High-Speed Cable Testing」專題演講中指出，隨著雲端資料中心與AI技術的快速發展，高速線材測試的重要性與日俱增。2023至2024年期間，光連接市場呈現強勁成長，企業網路與雲端資料中心的頻寬需求已高達15 Zbps。DAC市場規模預計在2029年將達到83.224億美元，顯示高速資料傳輸需求持續攀升。在訊號完整性應用方面，業界採用向量網路分析儀進行硬體傳輸通道的全面驗證，包含接頭、線材、PCB及封裝介面等關鍵路徑，以因應訊號在傳輸過程中的傳輸損耗、串擾及延遲等挑戰。為解決高頻損耗問題，目前除了採用低損耗材料與縮短傳輸路徑以降低訊號衰減外，還透過8或16通道的並行配置，能完整地符合資料中心內接線與外接線的測試需求，並同時滿足當前800GbE與1.6T的測試標準。

高頻應用測試領域，Anritsu網路分析儀提供涵蓋WiFi到6G通訊的完整解決方案，與支援光電高達224Gbps的數位通訊傳輸率應用。其系列產品包括MS46524B、MS4647B和ME7838系列，頻率範圍覆蓋50KHz至220GHz。結合Multi-channel switch平台，可顯著縮短人工操作時間，將原本需要超過256次的手動接線作業縮減至一分鐘內完成。系統還提供完整的測試報告功能，涵蓋差動插入損耗、差動反射損耗等關鍵參數，並支援疊圖分析以比較不同通道間的差異，全面滿足現代高速通訊系統的測試需求。

從多位專家的演講內容，可見高速介面技術正經歷前所未有的快速演進，從PCIe 6.0/7.0、USB4 v2.0到Siph技術，產業正積極突破傳統限制，追求更高速、更低功耗的傳輸效能。在這波技術革新中，測試驗證扮演關鍵角色，不僅須確保產品符合嚴格規範，更為技術發展奠定穩固基礎。此次盛會除了專業演講外，會場也展出一系列解決方案，充分展現產業各方的技術實力。在各界的密切合作下，台灣廠商有機會在全球高速傳輸供應鏈中，掌握關鍵優勢，開創嶄新商機。