Módulo LPO: Habilitación de bajo costo y latencia para 400G y 800G

El rendimiento de datos de los chips de conmutación impulsa el aumento de la velocidad de SerDes, lo que también conduce a un mayor consumo de energía de SerDes. SerDes es el componente central de los dispositivos de red, responsable de conectar módulos ópticos y chips de conmutación de red. Convierte los datos paralelos emitidos por el chip del interruptor en datos en serie para su transmisión. En el extremo receptor, convierte los datos en serie nuevamente en datos en paralelo. En la era de los 102.4 Tbps, la velocidad de SerDes debe alcanzar los 224 G y se espera que el consumo de energía del chip SerDes alcance los 300 W. Debido a las limitaciones de la tecnología de materiales de PCB, cuando aumenta la velocidad de SerDes, la distancia de transmisión de la señal se acortará en consecuencia para garantizar una transmisión de señal de alta calidad. Cuando la velocidad de SerDes alcanza los 224G, solo puede admitir un máximo de 5 a 6 pulgadas de distancia de transmisión, lo que requiere que la distancia de empaquetado entre el chip del interruptor y el módulo óptico se acorte aún más.

En la tendencia actual de buscar ahorro de energía y reducción del consumo de módulos ópticos, la industria está buscando nuevos métodos para reducir el consumo de energía general de los cuatro componentes principales: controlador, modulador, láser e interfaz eléctrica. Cuando se trata de tecnología de controlador, el esquema LPO con conducción lineal significa que puede depender completamente de componentes analógicos lineales en el enlace de transmisión de datos, sin la necesidad de chips DSP (procesador de señal digital) o CDR (recuperación de datos de reloj) complejos adicionales. lo que puede evitar eficazmente la carga de consumo de energía adicional causada por estos dos tipos de chips.

LPO, o módulo óptico conectable basado en tecnología de chip de controlador lineal, es una innovación optimizada del módulo Ethernet tradicional conectable en caliente con diseño DSP. El popular 200G, 400G, e incluso los productos 800G utilizan principalmente tecnología PAM4 combinada con chips DSP para lograr una recuperación y transmisión precisas de señales de alta velocidad y alta densidad. Aunque DSP tiene una poderosa función de recuperación de señal, que puede reducir efectivamente la tasa de error de bits, compensar la dispersión, filtrar el ruido, suprimir la interferencia no lineal y otros problemas, se enfrenta al desafío de su alto costo, gran latencia, alto consumo de energía y Problema obvio de disipación de calor. Por el contrario, la tecnología LPO mejora en gran medida la linealidad de la señal al elegir chips TIA (amplificador de transimpedancia) y controlador de mejor rendimiento, descartando así el DSP en el módulo de alta velocidad, reduciendo el consumo total de energía del módulo, aunque este cambio puede afectar en cierta medida la tasa de error de bits del sistema y el rendimiento de la distancia máxima de transmisión.

En aplicaciones prácticas, la señal del chip principal del interruptor al módulo óptico inevitablemente producirá pérdidas, donde la pérdida de señal de alta frecuencia es más significativa que la de baja frecuencia. Esta transmisión ocurre en el cable de cobre de la placa PCB, afectado por el “efecto piel”, lo que resulta en una mayor pérdida natural. Para compensar esta pérdida, generalmente se utilizan DFE (ecualizador de retroalimentación de decisión), CDR y otros métodos de compensación "no lineal" para mejorar la calidad de la señal. Y el chip DSP utiliza un algoritmo digital avanzado, que puede completar esta tarea de manera excelente, pero esto también significa una mayor carga de operación no lineal, lo que aumenta en consecuencia el consumo de energía y la latencia. La idea central de la tecnología LPO es transferir el complejo trabajo de reparación de señal originalmente realizado por DSP al nivel del sistema de conmutación y dejar que el módulo óptico solo configure un CTLE (ecualizador lineal de tiempo continuo) simple, que es especialmente para la atenuación de la señal causada por las características del canal de transmisión para garantizar la ganancia de señal en el rango de CC y CA.

El desafío clave de tecnología LPO es el desarrollo y aplicación de chips electrónicos, que son más adecuados para escenarios de conexión de corta distancia. Los principales proveedores mundiales de chips electrónicos, como Macom, Semtech y Molex, han hecho importantes contribuciones en este campo. Dado que la tecnología LPO abandona el rendimiento avanzado de recuperación de señal proporcionado por DSP, su alcance de aplicación se concentra principalmente en conexiones de corta distancia dentro del centro de datos, como la distancia entre el servidor y el conmutador de la parte superior del rack que no supera los 50 metros. Sin embargo, con la creciente demanda de 800G módulos ópticos de alta velocidad, se espera que la tecnología LPO gane una mayor participación de mercado debido a sus excelentes características de ahorro de energía y ventajas de costos. Al mismo tiempo, la mejora continua de la linealidad de los chips TIA y Driver fortalecerá aún más la integridad de la señal LPO. Si se puede combinar un DSP más fuerte en el extremo del chip del interruptor, en teoría puede reducir mejor la pérdida de señal en el proceso de transmisión del enlace, expandiendo así gradualmente el potencial de aplicación de la tecnología LPO en la transmisión de alta velocidad a larga distancia mientras se mantiene la baja potencia. ventaja de consumo.