In der 400G-Ära der Rechenzentren gibt es zwei Hauptmodulationsverfahren, PAM4, das auf interne DC-Verbindungen angewendet wird, und kohärente Verfahren für DCI- oder Edge-Verbindungen.
PAM4 ist eine Intensitätsmodulation, bei der die Bitrate durch Einschalten und Einschalten des Lasers dargestellt wird off. Im Gegensatz zu NRZ mit Amplitudenmodulation der Stufe 2 ist PAM4 eine Impulsamplitudenmodulation der Stufe 4, wobei 4 vier verschiedene Amplitudenzustände darstellt. Sie entsprechen vier Zuständen, 00, 01, 11 bzw. 10, und jedes Symbol repräsentiert 2 Informationsbits. Infolgedessen kann PAM4 100 Gbit/s Daten bei 53 G Baud übertragen.
Ein Modul mit PAM4-Modulation, das 400 Gbit/s erreicht, erfordert jedoch vier unabhängige Wellenlängen und separate Laser, Modulatoren und Empfänger. Aufgrund der Verwendung von Direktmodulatoren ist die Übertragungsdistanz hauptsächlich kurz. In diesem Szenario sind jedoch Glasfaserressourcen reichlich vorhanden, und jede Faser trägt einen Kanal, selbst wenn mehrere Wellenlängen kein Problem darstellen. Aus diesem Grund wird PAM4 für interne DC-Verbindungen bei 400 G verwendet.
Im DCI-Fernverbindungsszenario scheint PAM4 etwas überfordert zu sein, wie kann man es lösen? Kohärente Modulation basierend auf dem 400ZR-Protokoll mit einer Baudrate von etwa 60 Gbaud, die in dual-polarisierter 16QAM (DP-16QAM)-Modulation arbeitet (optische Signale werden sowohl in Phase als auch Amplitude codiert) unterstützt einzelne Wellenlängen mit 400 Gbps oder höher.
Dies stellt natürlich höhere Leistungsanforderungen an den Laser des optischen Moduls, was Laser mit ultraschmaler Linienbreite, I/Q-Modulatoren und kohärente Empfänger erfordert. Verglichen mit der von PAM4 verwendeten direkten Modulation kann es viel weiter übertragen.
Wer sind also in der 800G- oder sogar 1.2T/1.6T-Ära die wettbewerbsfähigsten dieser Technologien in Anwendungsszenarien für Rechenzentren?
Mit der Weiterentwicklung der Technologie kann der 4G-Transceiver von PAM100 auch größere Entfernungen erreichen (ColorZ 100G-Transceiver von Inphi). In der 800G-Ära wird die Technologielücke zwischen PAM4 und Coherent noch kleiner werden. Und die Entscheidung, ob eine Technologie wettbewerbsfähig ist, ist einfach eine Frage der Kosten und des Stromverbrauchs. Werfen wir einen Blick auf diese beiden Aspekte.
Die einfachste Möglichkeit, die Datenrate bei konstanter Baudrate zu verdoppeln, ist das Kopieren der Hardware. PAM4 kann beispielsweise vier oder acht 100G/200G-Wellenlängen verwenden, und die kohärente Modulation kann zwei 400G-Wellenlängen verwenden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Baudrate zu erhöhen, indem Sie sie beispielsweise auf etwa 110 GBaud verdoppeln. PAM4 erfordert immer noch mehrere Wellenlängen, und bei kohärenten Modulen ist die Modulation dieselbe. Eine Verdoppelung der Baudrate wird jedoch eine Kostensteigerung mit sich bringen. Bei Kohärenztechniken hängt es davon ab, ob der IQ-Modulator und -Empfänger unter Verwendung von InP- oder Silizium-Photonen implementiert sind.
Für PAM4 kann eine EML mit indirekter Modulation verwendet werden, bei der es sich um einen Laser mit eingebautem Indiumphosphid (InP) handelt. Oder ein integriertes Array mit Silizium-Photonenmodulatoren und einem InP-Laserarray. Sowohl für PAM4- als auch für kohärente Technologien sind InP-Module jedoch teurer, während Siliziumlicht billiger ist.
Darüber hinaus verbessert DSP mit der Entwicklung der Chiptechnologie von 7 nm auf 5 nm oder sogar 3 nm nicht nur die Verarbeitungsrate, sondern leistet auch immer hervorragendere Leistungen bei der Leistungsreduzierung. Die Beziehung zwischen dem DSP-Stromverbrauch und dem CMOS des kohärenten Moduls und des PAM4-Transceivers ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Wie zu sehen ist, ist der Stromverbrauch des PAM4 bei 10-G-Raten fast zehnmal niedriger als der des kohärenten Moduls, aber dieser Unterschied wird bei 100-G-Raten mit 800-nm-COMS weniger ausgeprägt.
Im Einzelkanal-Whitepaper 800G für 200G/800T von 1.6G PLUGGABLE MSA wird das Modul, das auf 200G-Direktmodulationserkennung pro Kanal basiert, jedoch als kostengünstiger und stromsparendster mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis angesehen , wie in der folgenden Tabelle gezeigt.
| 800G-Lösung | 2×400G CWDM4 | CWDM4 | Kohärent |
|---|---|---|---|
| Anzahl der Laser | 8 | 4 | 2 |
| Modulator | DML/EML | EML | SiOh/InP Abstimmbare schmale Linienbreite,＞13dBm |
| Treiber/Modulator | 8 | 4 | 4 |
| PD/TIA | 8 (Single-Ended-PD) | 4 (Single-Ended-PD) | 4 (symmetrische PD) |
| Komponentenbandbreite | > 25 GHz | > 50 GHz | > 50 GHz |
| FEC-Einschränkung | 2E-4 | 2E-3 | TBD(高于IMDD) |
| Aufwärtskompatibilität | Unterstützte | Unterstützte | Ungestützt |
| Faserpaar | 2 | 1 | 1 |
| Energieverbrauch | 16-18W | 12-14W | 20-24W |
| Kosten | $$ | $ | $ $ $ |