LPO-Modul: Ermöglicht niedrige Kosten und Latenz für 400G und 800G

Der Datendurchsatz von Switch-Chips treibt die Steigerung der SerDes-Geschwindigkeit voran, was auch zu einem höheren Stromverbrauch von SerDes führt. SerDes ist die Kernkomponente von Netzwerkgeräten und verantwortlich für die Verbindung optischer Module und Netzwerk-Switch-Chips. Es wandelt die vom Switch-Chip ausgegebenen parallelen Daten zur Übertragung in serielle Daten um. Auf der Empfangsseite wandelt es die seriellen Daten wieder in parallele Daten um. In der 102.4-Tbit/s-Ära muss die SerDes-Geschwindigkeit 224 G erreichen, und der SerDes-Stromverbrauch des Chips wird voraussichtlich 300 W erreichen. Aufgrund der Einschränkungen der PCB-Materialtechnologie wird bei steigender SerDes-Geschwindigkeit die Signalübertragungsentfernung entsprechend verkürzt, um eine qualitativ hochwertige Signalübertragung zu gewährleisten. Wenn die SerDes-Geschwindigkeit 224 G erreicht, kann nur eine Übertragungsentfernung von maximal 5 bis 6 Zoll unterstützt werden, was eine weitere Verkürzung des Verpackungsabstands zwischen dem Switch-Chip und dem optischen Modul erfordert.

Im aktuellen Trend zur Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung bei optischen Modulen sucht die Industrie nach neuen Methoden, um den Gesamtstromverbrauch der vier Kernkomponenten Treiber, Modulator, Laser und elektrische Schnittstelle zu reduzieren. Was die Treibertechnologie betrifft, bedeutet das LPO-Schema mit linearer Ansteuerung, dass in der Datenübertragungsstrecke vollständig auf lineare analoge Komponenten zurückgegriffen werden kann, ohne dass zusätzliche komplexe DSP- (Digital Signal Processor) oder CDR- (Clock Data Recovery) Chips erforderlich sind. Dadurch kann die durch diese beiden Arten von Chips verursachte zusätzliche Stromverbrauchsbelastung effektiv vermieden werden.

LPO, ein steckbares optisches Modul, das auf der linearen Treiberchip-Technologie basiert, ist eine optimierte Innovation des traditionellen Hot-Plug-Ethernet-Moduls mit DSP-Design. Das beliebte 200G, 400G, und sogar 800G-Produkte nutzen meist die PAM4-Technologie in Kombination mit DSP-Chips, um eine präzise Wiederherstellung und Übertragung von Hochgeschwindigkeits- und High-Density-Signalen zu erreichen. Obwohl DSP über eine leistungsstarke Signalwiederherstellungsfunktion verfügt, die die Bitfehlerrate effektiv reduzieren, Streuung kompensieren, Rauschen herausfiltern, nichtlineare Interferenzen und andere Probleme unterdrücken kann, ist es durch seine hohen Kosten, große Latenz, hohen Stromverbrauch usw. herausgefordert offensichtliches Problem der Wärmeableitung. Im Gegensatz dazu verbessert die LPO-Technologie die Linearität des Signals erheblich, indem sie leistungsstärkere TIA- (Transimpedanzverstärker) und Treiberchips wählt, wodurch der DSP im Hochgeschwindigkeitsmodul entfällt und der Gesamtstromverbrauch des Moduls reduziert wird, obwohl diese Änderung möglicherweise erforderlich ist Dies wirkt sich in gewissem Maße auf die Bitfehlerrate des Systems und die Leistung bei maximaler Übertragungsentfernung aus.

In praktischen Anwendungen führt das Signal vom Hauptchip des Schalters zum optischen Modul zwangsläufig zu Verlusten, wobei der Verlust des Hochfrequenzsignals größer ist als der Verlust des Niederfrequenzsignals. Diese Übertragung erfolgt über den Kupferdraht auf der Leiterplatte, beeinflusst durch den „Skin-Effekt“, was zu einem erhöhten natürlichen Verlust führt. Um diesen Verlust zu kompensieren, werden üblicherweise DFE (Decision Feedback Equalizer), CDR und andere „nichtlineare“ Kompensationsmethoden verwendet, um die Signalqualität zu verbessern. Und der DSP-Chip verwendet einen fortschrittlichen digitalen Algorithmus, der diese Aufgabe hervorragend erledigen kann, aber dies bedeutet auch eine höhere nichtlineare Betriebslast, was den Stromverbrauch und die Latenz entsprechend erhöht. Die Kernidee der LPO-Technologie besteht darin, die komplexe Signalreparaturarbeit, die ursprünglich von DSP durchgeführt wurde, auf die Ebene des Switch-Systems zu übertragen und das optische Modul selbst nur einen einfachen CTLE (kontinuierlichen linearen Equalizer) konfigurieren zu lassen, der speziell für die durch verursachte Signaldämpfung vorgesehen ist die Eigenschaften des Übertragungskanals, um die Signalverstärkung im DC- und AC-Bereich sicherzustellen.

Die zentrale Herausforderung von LPO-Technologie ist die Entwicklung und Anwendung elektronischer Chips, die besser für Kurzstreckenverbindungsszenarien geeignet sind. Die großen globalen Anbieter elektronischer Chips wie Macom, Semtech und Molex haben auf diesem Gebiet wichtige Beiträge geleistet. Da die LPO-Technologie auf die fortschrittliche Signalwiederherstellungsleistung von DSP verzichtet, konzentriert sich ihr Anwendungsbereich hauptsächlich auf Kurzstreckenverbindungen innerhalb des Rechenzentrums, z. B. wenn die Entfernung zwischen dem Server und dem Top-of-Rack-Switch 50 Meter nicht überschreitet. Mit der steigenden Nachfrage nach 800G Bei optischen Hochgeschwindigkeitsmodulen wird erwartet, dass die LPO-Technologie aufgrund ihrer hervorragenden Energiespareigenschaften und Kostenvorteile einen größeren Marktanteil gewinnen wird. Gleichzeitig wird die kontinuierliche Verbesserung der Linearität von TIA- und Treiberchips die Integrität des LPO-Signals weiter stärken. Wenn am Switch-Chip-Ende ein stärkerer DSP angepasst werden kann, kann er theoretisch den Signalverlust im Link-Übertragungsprozess besser reduzieren und so das Anwendungspotenzial der LPO-Technologie bei Hochgeschwindigkeits-Fernübertragungen schrittweise erweitern und gleichzeitig die geringe Leistung beibehalten Verbrauchsvorteil.