Einführung in die optischen 800G-Transceiver-Technologien

Die Anwendungsszenarien des optischen 800G-Transceivers sind hauptsächlich in SR (100 m), DF/FR/LR (500 m/2 km/10 km) und ER/ZR (40 km/80 km) unterteilt. Der Verbindungsabstand vom Top-of-Rack-Switch (TOR) zum Leaf-Switch ist kurz. Große Internetunternehmen übernehmen im Allgemeinen die 100G-Geschwindigkeitsverbindungstechnologie und rüsten ab 200 schrittweise auf 400G/2021G auf, und einige Unternehmen nutzen im Jahr 800 die 2023G-Technologie.

KI-Computing-Cluster und konventioneller Cluster

Die Verbindungsentfernung zwischen Leaf- und Spine-Switches beträgt 2 km oder sogar 10 km. Bei der Rechenzentrumsverbindung handelt es sich im Allgemeinen um eine Lastausgleichs- oder Disaster-Recovery-Backup-Verbindung zwischen mehreren benachbarten Rechenzentren. Die Entfernung dieser Verbindung kann mehrere Dutzend Kilometer betragen. Es nutzt hauptsächlich dichtes Wellenlängenmultiplexing und kohärente Kommunikation, um Glasfaserressourcen so weit wie möglich wiederzuverwenden.

Typische Entwicklung eines optischen Moduls

Die Entwicklung der 800G-Technologielösungen umfasst drei Generationen. Die erste Generation ist mit einer optischen 8x100G-Schnittstelle und einer elektrischen 8x100G-Schnittstelle ausgestattet und wird 2021 im Handel erhältlich sein. Die zweite Generation verfügt über eine optische 4x200G-Schnittstelle und eine elektrische 8x100G-Schnittstelle. Der kommerzielle Zeitpunkt wird voraussichtlich 2024 sein; Die dritte Generation verfügt über eine optische 4x200G-Schnittstelle und eine elektrische 4x200G-Schnittstelle. Es wird erwartet, dass es im Jahr 2026 im Handel erhältlich sein wird. Einkanalige 200G-optoelektronische Chipgeräte und Entzerrungstechnologie sind derzeit noch unausgereift.

In Bezug auf elektrische Schnittstellen erreicht die Architektur des optischen Transceivers ihren optimalen Zustand und bietet die Vorteile eines geringen Stromverbrauchs und niedriger Kosten, wenn die Einkanalrate mit der der optischen Schnittstelle übereinstimmt. Die einkanalige elektrische 100G-Schnittstelle wird die ideale elektrische Schnittstelle für den optischen 8x100G-Transceiver sein, und die einkanalige elektrische 200G-Schnittstelle wird die ideale elektrische Schnittstelle für den optischen 4x200G-Transceiver sein. In Bezug auf die Verpackung kann der optische 800G-Transceiver in verschiedenen Formen vorliegen, z QSFP-DD800 und OSFP.

Es gibt drei Haupttypen optischer Schnittstellenarchitekturen von optischen 800G-Transceivern, nämlich 8x100G PAM4, 4x200G PAM4 und kohärente optische 800G-Module. 8x100G PAM4 optischer Transceiver. Der PAM4-Transceiver arbeitet mit 53 Gbit/s und verwendet 8 Paare Digital-Analog-Wandler (DAC) und Analog-Digital-Wandler (ADC), 8 Laser, 8 Paare optischer Transceiver und 1 Paar 8-Kanal-Grobwellenlängen Divisionsmultiplexer (CWDM). 4x200G PAM4. Der PAM4-Transceiver arbeitet mit 106 Gbd und verwendet 4 Paare DACs und ADCs, 4 Paare optischer Transceiver (einschließlich 4 Laser) und 1 Paar 4-Kanal-CWDM. 800G kohärentes optisches Modul. Es verwendet 4 Paare DACs und ADCs, 1 Laser und 1 Paar optische Transceiver und Laser mit fester Wellenlänge können in kohärenten optischen Modulen von Rechenzentren verwendet werden, um Kosten und Stromverbrauch zu senken.

3 Arten optischer Schnittstellenarchitekturen des optischen 800G-Transceivers

Die 8x100G-Direktmodulations- und Direktinspektionslösung kann die bestehende technische Architektur mit relativ ausgereiften Technologien und Standards und einer relativ vollständigen Lieferkette nutzen. Im SR-Szenario steht die VCSEL 100G-Technologie vor Herausforderungen. Sie werden zu Schlüsselfaktoren bei der weiteren Weiterentwicklung dieser Technologie zur Verbesserung der Leistung von Multimode-Lösungen und zur Reduzierung der Kosten von Multimode-Fasern. Singlemode-Technologien wie Siliziumphotonik (SiPh) und direkt modulierte Laser (DML) haben sich rasant entwickelt. Die SiPh-Technologie entwickelt sich rasant weiter und soll künftig in Anwendungsszenarien mit Übertragungsentfernungen von 100 m und weniger mit Multimode-Lösungen konkurrieren. Im DR/FR-Szenario gibt es drei Lösungen: EML, DML und SiPh. Im LR-Szenario gibt es 800G LR8-Lösungen basierend auf CWDM, LWDM und nLWDM.

In der 4x200G-Direktmodulations- und Direkterkennungslösung verwendet der Einzelkanal-200G weiterhin den PAM4-Modulationscodetyp und kann die relativ ausgereiften Bedingungen der PAM4-Industrie nutzen. In 4x200G DR und FR-Anwendungsszenarien gibt es derzeit zwei technische Lösungen: 4-Wege-Single-Mode-Parallel (PSM4) und CWDM4, die noch vor vielen Herausforderungen stehen. Für LR-Anwendungsszenarien gibt es 800G LR4-Lösungen basierend auf CWDM, LWDM und nLWDM. Diese Lösung erfordert jedoch optoelektronische Chipgeräte mit hoher Bandbreite, eine stärkere Entzerrungstechnologie und Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), um korrigierte Bitfehlerraten (BER) sicherzustellen. was hohe technische Herausforderungen mit sich bringt.

Zu den technischen Lösungen im 800G SR-Szenario gehören DML/EML-basierte und SiPh-basierte Lösungen. Die 800G SR8 DML/EML-Lösung verwendet 8x100G DSP, einen optischen DML/EML-Chip mit derselben Wellenlänge, verwendet 8 optische Fasern sowohl am Sende- als auch am Empfangsende (PSM8) und verwendet 24-Kern- oder 16-Kern-MPO-Anschlüsse. Die 800G SR8 SiPh-Lösung verwendet einen 8xSiPh MZ-Modulator/kontinuierlichen Faserlaser (Siliziumlicht wird als Sender verwendet, während Modulator und Lichtquelle getrennt sind), wodurch eine parallele Mehrkanal-Architektur mit gemeinsamer Lichtquelle realisiert werden kann. Wenn die Einfügungsdämpfung richtig kontrolliert wird, kann die Verwendung von 1–2 Lichtquellen zur Erzielung von 8 Kanälen parallel dem System einen guten Kostenvorteil verschaffen.

800G SR-Lösung: 8×100G SR8 DML/EML

800G SR-Technologielösung: 8×100G PSM8 SiPh

Im 800G-DR/FR-Szenario bietet die 4x200G-Lösung einen geringeren Kostenvorteil. Die 800G DR4 (EML/SiPh)-Lösung verwendet 4x200G DSP. Der optische Chip verwendet 4xEML/SiPh mit derselben Wellenlänge. Aufgrund der begrenzten Bandbreitenentwicklung verwendet die Lösung kein DML. Empfangs- und Sendeseite nutzen jeweils 4 Lichtwellenleiter (PSM4), die alle die gleiche Wellenlänge haben, und nutzen 12-adrige MPO-Stecker. Die 800G 2km (FR)-Lösung nutzt die einkanalige 200G PAM4-Technologie. Wenn die Rate von 100G auf 200G erhöht wird, verdoppelt sich die Baudrate und die Empfindlichkeit verschlechtert sich um etwa 3 dB. Daher ist ein leistungsfähigerer FEC erforderlich, um eine hohe Empfängerempfindlichkeit (-5 dBm) aufrechtzuerhalten.

800G DR/FR-Lösung: 4×200G PSM4 EML/SiPh

800G DR/FR-Technologielösung: 4×200G CWDM4 EML

Zu den Entwicklungstrends von 800G gehören Single-Mode-Sinking, Single-Wellenlänge-200G und kohärentes Sinken. Singlemode-Senke. Begrenzt durch die Bandbreite von Multimode-Fasern beträgt die Übertragungsentfernung von 100G PAM4 VCSEL+ Multimode-Fasern 50 m. Der Rückgang optischer Singlemode-Schnittstellenlösungen ist ein Entwicklungstrend, der dazu beitragen wird, dass der optische Transceiver der 800G-SiPh-Lösung massive 100-m-SR-Szenarien abdeckt. Die Single Wave 200G kommt. Obwohl sich die 112-Gbd-EML-Technologie rasant weiterentwickelt, sind die Bandbreitenressourcen von 55 GHz etwas unzureichend. Die Anwendungsaussichten von 200G PAM4 SiPh-Modulatoren und siliziumbasiertem Dünnfilm-Lithiumniobat sind sehr breit. Kohärenter Untergang. Mit zunehmender Übertragungsrate wird die kohärente Technologielösung ihre Anwendung auf kürzere Entfernungen wie 40, 20 und 10 km erweitern, basierend auf der Übertragungsentfernung von 80 km. Die kohärente Lösung erfordert nur einen Laser, einen Modulator und einen Empfänger und ist damit kostengünstig im Vergleich zu PAM4.