从 SerDes 到光纤：可交互的 NPO 光电链路实验室

NPO（Near-Package Optics）解决的核心问题，是把光引擎移到交换或计算芯片封装附近，缩短最难驱动、最耗电的高速电路径。但“缩短电路径”并不意味着电信号消失：数据仍要经过 PCS、FEC 和 SerDes，通过短距电接口进入光引擎，再由调制器加载到连续波光源上。

下面的实验把这条链路放进同一个时间和因果视图。改变一个参数时，可以同时观察三维信号流、电波形、接收眼图、WDM 光谱、链路功率和误码趋势。

在新窗口打开完整实验 →

页面中的光通道使用伪彩色表示。1260–1360 nm 属于不可见红外波段，颜色只用于区分 WDM 通道，并不表示人眼能够看见这些光。

先理解两种“码型”

实验把容易混淆的概念拆成了两组控制：

• 调制格式决定每个符号有几个电平。NRZ 每个符号携带 1 bit；PAM4 使用四个电平，每个符号携带 2 bit。
• 测试码型决定发送什么比特序列。PRBS7、PRBS15 和 PRBS31 用不同长度的伪随机序列激励链路，1010 则形成最规则的交替码。

因此，同样是 53.125 GBd，NRZ 单通道原始速率约为 53.125 Gb/s，而 PAM4 约为 106.25 Gb/s。增加 WDM 通道后，各波长并行承载数据，总原始带宽继续相加。

一条 NPO 发送链路发生了什么

实验中的发送方向可以分成五步：

1. 交换 ASIC 内的 PCS/FEC 组织数据并增加纠错冗余；
2. SerDes 将并行数据变成高速 NRZ 或 PAM4 电信号；
3. 信号通过封装基板上的 XSR+ 短距电链路进入 NPO 光引擎；
4. EIC 驱动 PIC 调制器，把电符号加载到连续波光载波上；
5. 多个波长经 MUX 合束后进入光纤，接收端再执行相反过程。

OIF 的 CEI 应用空间把 CEI-112G-XSR 用于芯片到共封装光引擎，把 XSR+ 用于芯片到近封装光引擎；后者允许更高的通道损耗，正好反映 NPO 的电路径比 CPO 更长。OIF CEI Physical & Link Layer Demo

四个故障预设

页面顶部提供四个可以反复切换的场景：

• 标称链路：电路径、温度和光功率都有余量；
• 波长失谐：PIC 温度升高，使微环谐振位置偏离激光波长；
• 电损耗：更高符号率与更大插损共同减慢边沿，引入码间串扰；
• 抖动噪声：单位间隔缩短，同时采样时刻不稳定，接收眼图明显闭合。

这些预设不是四段预制动画，而是四组参数。切换后，链路指标和三个仪表都由同一个状态重新计算。

波长为什么会影响误码

理想情况下，激光波长与微环调制器的谐振位置对齐。温度变化会改变有效折射率和器件尺寸，从而移动谐振位置；如果热调谐来不及补偿，调制深度和接收光功率都会下降。实验用简化的洛伦兹响应表现这种方向性关系：

温度变化 → 谐振波长漂移 → 调制传输下降 → 光眼图闭合 → BER 上升

这只是教学模型。实际设计必须使用具体器件的传输曲线、温度系数、加热器控制环路和测量数据。

WDM 不只是把光画成不同颜色

CW-WDM MSA 面向 AI、HPC 和高密度集成光学定义 O 波段连续波光源体系，目标包括 8、16 和 32 个波长。实验允许调整中心波长、通道数和频率间隔，并按频率等间隔换算各通道波长。CW-WDM MSA

通道数增加会提高总带宽，但真实系统还必须处理激光总功率、MUX 插损、通道串扰、微环热调谐和光纤耦合。首版实验暂不把这些全部包装成单一“性能分数”，而是保留接收功率、眼图开度和 BER 三个可解释结果。

如何正确理解眼图和 BER

电通道插损提高时，高频成分更容易衰减，波形边沿变慢；前后符号开始互相影响，眼图在垂直和水平方向缩小。抖动主要侵占水平采样窗口，噪声和接收功率不足则主要压缩垂直裕量。

实验显示的 BER 与 FEC 状态用于比较趋势，不是标准符合性结果。要做工程判断，还需要真实的 S 参数、封装模型、Tx/Rx 模型、噪声分布、均衡设置和足够长的误码统计。IEEE 正在推进 200 Gb/s/lane PAM4 电与光接口及相应 FEC 架构，这也是链路仿真不能只看理想四电平的原因。IEEE P802.3dj 公开材料

从处理器轨迹可视化到链路轨迹可视化

这个实验延续了 Sonata 处理器执行轨迹可视化 的方法：让对象沿结构化路径移动，用统一的时间状态驱动画面、指标和文本解释，并为减少动态效果的设备提供默认暂停状态。

不同之处在于，这里移动的不是指令，而是符号与光包络；时间轴也不是 CPU cycle，而是单位间隔 UI。光载波本身处在数百 THz，浏览器不会尝试逐周期绘制载波，只显示数据包络、功率和光谱。

它最重要的用途不是展示一束“漂亮的光”，而是回答一个更具体的问题：当波长、码型、符号率、损耗、抖动或温度改变时，问题如何沿 NPO 链路传播，最后在哪里表现为眼图闭合和误码。