PAM4與硅光技術(shù)塑造800G創(chuàng)新

800G技術(shù)的發(fā)展，PAM4與硅光技術(shù)起到了推動(dòng)作用。這兩項(xiàng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)更高帶寬、更快數(shù)據(jù)傳輸速度和更高密度的網(wǎng)絡(luò)通信中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。本文將深入探討這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以及它們?nèi)绾喂餐苿?dòng)了800G技術(shù)的快速發(fā)展。

PAM4調(diào)制已被證明是一種非常經(jīng)濟(jì)高效的方法，可以在不增加波特率的情況下將單通道的有效數(shù)據(jù)速率加倍。前幾代技術(shù)使用不歸零 (NRZ) 調(diào)制，它有兩個(gè)信號(hào)電平，每個(gè)符號(hào)代表一位數(shù)據(jù)（0或1）。而PAM4有四個(gè)信號(hào)電平，每個(gè)符號(hào)代表兩位數(shù)據(jù)（00、01、11或10）。但是PAM4的缺點(diǎn)是對(duì)噪聲的敏感性增加，這意味著需要通過(guò)使用FEC和均衡來(lái)提高信號(hào)魯棒性，而在較低速度下則不需要這些技術(shù)。

PAM4實(shí)施首先針對(duì)50Gbps通道，它迅速取代了當(dāng)時(shí)正在開(kāi)發(fā)的50Gbps NRZ解決方案。50G PAM4（56Gbps最大比特率）現(xiàn)已成熟并受到各種交換機(jī)/路由器ASIC和光模塊的支持。50G PAM4實(shí)現(xiàn)了第一批使用QSFP-DD/OSFP的400G客戶端光模塊的大批量生產(chǎn)，以及使用QSFP56光模塊在數(shù)據(jù)中心部署200GE連接。

100G PAM4現(xiàn)已成熟，可實(shí)現(xiàn)使用一種波長(zhǎng)（單波長(zhǎng)）的更具成本效益的100GE和使用四波長(zhǎng)的單模光纖 (SMF) 鏈路的400GE。具有100G PAM4接口的25.6T交換機(jī)和路由器的推出將實(shí)現(xiàn)800G端口的快速增長(zhǎng)。

目前正在開(kāi)發(fā)的下一代解決方案將支持200G PAM4波長(zhǎng)，降低模塊的光學(xué)復(fù)雜性和成本，并實(shí)現(xiàn)更大的交換機(jī)和路由器系統(tǒng)容量和3.2Tbps端口。隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)集中在支持各種應(yīng)用所需的編碼、均衡和糾錯(cuò)技術(shù)上，這將使800G更具成本效益。

圖1：數(shù)據(jù)中心交換機(jī)ASIC開(kāi)發(fā)

另一個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)是硅光技術(shù)，即將光子組件和高速收發(fā)器功能集成到硅基板上，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于100G和400G光模塊。采用硅光技術(shù)能夠使用標(biāo)準(zhǔn)晶圓制造工廠來(lái)大批量制造光子系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化并降低光模塊組裝的成本。這種集成方法對(duì)于具有八個(gè)或更多通道的密集光模塊和具有復(fù)雜光學(xué)功能的相干光模塊尤為重要。

隨著交換機(jī)容量的增長(zhǎng)和串行接口變化加快，進(jìn)一步的光學(xué)集成變得更加重要。早期通過(guò)使用共封裝光學(xué)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，在這種情況下，硅光子小芯片與交換機(jī)ASIC共同封裝，從而可能無(wú)需將光模塊插入前面板。在102.4T及以上，預(yù)計(jì)共封裝光器件將變得越來(lái)越重要。

IEEE802.3df工作組正在制定800G和1.6T以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該工作組于2022年1月開(kāi)始工作。定義的主要目標(biāo)涵蓋以下內(nèi)容：

使用8個(gè)100G通道或四個(gè)200G通道的800千兆以太網(wǎng)

使用8個(gè)200G通道的1.6Terabit 以太網(wǎng)

使用單個(gè)200G通道的200Gb以太網(wǎng)

使用兩個(gè)200G通道的400Gb以太網(wǎng)

該規(guī)范將涵蓋單模光纖（SMF）、多模光纖（MMF）、銅雙軸電纜和芯片到模塊電氣接口。

在2022年9月的會(huì)議上，IEEE802.3df工作組投票決定將工作分為兩個(gè)項(xiàng)目：

IEEE802.3df致力于基于100Gbps通道的規(guī)范

IEEE802.3dj致力于基于200Gbps通道的規(guī)范

這使得采用八通道的800GE (IEEE802.3df) 的完成日期提前一年多，到2024年6月?；?00G通道 (IEEE802.3dj) 的實(shí)施的建議完成日期將被推遲，從而允許有更多的時(shí)間來(lái)做這項(xiàng)工作；然而，基線提案已經(jīng)成熟。這些目標(biāo)和時(shí)間表的變更須獲得IEEE的完全批準(zhǔn)。

OIF正在運(yùn)行一個(gè)新項(xiàng)目，為兩種應(yīng)用定義800G相干線路接口。800ZR適用于長(zhǎng)達(dá)80?120km的放大單跨WDM鏈路，將是400ZR的直接升級(jí)。該項(xiàng)目還致力于開(kāi)發(fā)一種長(zhǎng)達(dá)10km的非放大固定波長(zhǎng)鏈路解決方案，可用于當(dāng)前使用直接檢測(cè)光模塊的各種應(yīng)用。IEEE 802.3dj還制定了10km和40km覆蓋范圍的800G目標(biāo)。40km解決方案將采用相干接口，并被提議作為10km解決方案的候選接口。

當(dāng)PAM4技術(shù)和硅光技術(shù)這兩個(gè)技術(shù)巨頭齊心協(xié)力，共同引領(lǐng)著800G技術(shù)的前進(jìn)道路時(shí)，我們不禁要期待著數(shù)字通信領(lǐng)域未來(lái)的無(wú)限可能。

參考文獻(xiàn)：
《800G Client Optics in the Data Center - A Heavy Reading white paper produced for Cisco》， SIMON STANLEY, ANALYST AT LARGE, HEAVY READING

審核編輯：湯梓紅