Introduction aux technologies d'émetteur-récepteur optique 800G

Les scénarios d'application de l'émetteur-récepteur optique 800G sont principalement divisés en SR (100 m), DF/FR/LR (500 m/2 km/10 km) et ER/ZR (40 km/80 km). La distance de connexion entre le commutateur haut de rack (TOR) et le commutateur Leaf est courte. Les grandes sociétés Internet adoptent généralement la technologie de connexion à vitesse 100G et passent progressivement à 200G/400G à partir de 2021 et certaines entreprises utilisent la technologie 800G en 2023.

Cluster informatique IA et cluster conventionnel

La distance de connexion entre les switchs Leaf et Spine atteindra 2km voire 10km. L'interconnexion des centres de données est généralement une connexion de sauvegarde d'équilibrage de charge ou de reprise après sinistre entre plusieurs centres de données adjacents. La distance de cette connexion peut atteindre des dizaines de kilomètres. Il utilise principalement le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense et la communication cohérente pour réutiliser autant que possible les ressources en fibre optique.

Evolution typique d'un module optique

L'évolution des solutions technologiques 800G comprend trois générations. La première génération est dotée d'une interface optique 8x100G et d'une interface électrique 8x100G, disponibles dans le commerce en 2021 ; La deuxième génération est dotée d'une interface optique 4x200G et d'une interface électrique 8x100G. La période commerciale devrait être 2024 ; La troisième génération est dotée d'une interface optique 4x200G et d'une interface électrique 4x200G. Il devrait être disponible dans le commerce en 2026. Les dispositifs à puce optoélectronique 200G monocanal et la technologie d'égalisation sont actuellement immatures.

En termes d'interfaces électriques, lorsque le débit d'un canal unique est le même que celui de l'interface optique, l'architecture de l'émetteur-récepteur optique atteindra son état optimal et présentera les avantages d'une faible consommation d'énergie et d'un faible coût. L'interface électrique monocanal 100G sera l'interface électrique idéale pour l'émetteur-récepteur optique 8x100G, et l'interface électrique monocanal 200G sera l'interface électrique idéale pour l'émetteur-récepteur optique 4x200G. En termes d'emballage, l'émetteur-récepteur optique 800G peut se présenter sous différentes formes telles que QSFP-DD800 et OSFP.

Il existe trois principaux types d'architectures d'interface optique d'émetteur-récepteur optique 800G, à savoir les modules optiques cohérents 8x100G PAM4, 4x200G PAM4 et 800G. Émetteur-récepteur optique 8x100G PAM4. L'émetteur-récepteur PAM4 fonctionne à 53 Gbd et utilise 8 paires de convertisseurs numérique-analogique (DAC) et de convertisseurs analogique-numérique (ADC), 8 lasers, 8 paires d'émetteurs-récepteurs optiques et 1 paire de longueurs d'onde grossières à 8 canaux. multiplexeurs de division (CWDM). 4x200G PAM4. L'émetteur-récepteur PAM4 fonctionne à 106 Gbd et utilise 4 paires de DAC et ADC, 4 paires d'émetteurs-récepteurs optiques (dont 4 lasers) et 1 paire de CWDM à 4 canaux. Module optique cohérent 800G. Il utilise 4 paires de DAC et ADC, 1 laser et 1 paire d'émetteurs-récepteurs optiques et des lasers à longueur d'onde fixe peuvent être utilisés dans les modules optiques cohérents du centre de données pour réduire les coûts et la consommation d'énergie.

3 types d'architectures d'interface optique d'émetteur-récepteur optique 800G

La solution de modulation directe et d'inspection directe 8x100G peut exploiter l'architecture technique existante avec des technologies et des normes relativement matures et une chaîne d'approvisionnement relativement complète. Dans le scénario SR, la technologie VCSEL 100G est confrontée à des défis. Cela deviendra un facteur clé dans l’évolution continue de cette technologie pour améliorer les performances des solutions multimodes et réduire le coût des fibres multimodes. Les technologies monomodes représentées par la photonique sur silicium (SiPh) et les lasers directement modulés (DML) se sont développées rapidement. La technologie SiPh se développe plus rapidement et devrait à l’avenir concurrencer les solutions multimodes dans des scénarios d’application avec des distances de transmission de 100 m et moins. Dans le scénario DR/FR, il existe trois solutions : EML, DML et SiPh. Dans le scénario LR, il existe des solutions 800G LR8 basées sur CWDM, LWDM et nLWDM.

Dans la solution de modulation directe et de détection directe 4x200G, le canal unique 200G continue d'utiliser le type de code de modulation PAM4 et peut tirer parti des conditions relativement matures de l'industrie PAM4. Dans 4x200G RD et FR, il existe actuellement deux solutions techniques : 4 voies monomode parallèle (PSM4) et CWDM4, qui font encore face à de nombreux défis. Pour les scénarios d'application LR, il existe des solutions 800G LR4 basées sur CWDM, LWDM et nLWDM, mais cette solution nécessite des dispositifs à puce optoélectroniques à large bande passante, une technologie d'égalisation plus puissante et une correction d'erreur directe (FEC) pour garantir des taux d'erreur binaires corrigés (BER), ce qui pose des défis techniques élevés.

Les solutions techniques du scénario 800G SR incluent des solutions basées sur DML/EML et SiPh. La solution 800G SR8 DML/EML utilise une puce optique DSP 8x100G, DML/EML avec la même longueur d'onde, utilise 8 fibres optiques aux extrémités d'envoi et de réception (PSM8) et utilise des connecteurs MPO à 24 ou 16 cœurs. La solution 800G SR8 SiPh utilise un modulateur 8xSiPh MZ/laser à fibre continue (la lumière au silicium est utilisée comme émetteur, tandis que le modulateur et la source de lumière sont séparés), ce qui peut réaliser une architecture de source de lumière partagée multicanal parallèle. Si la perte d'insertion est correctement contrôlée, l'utilisation de 1 à 2 sources lumineuses pour obtenir 8 canaux en parallèle peut donner au système un bon avantage en termes de coût.

Solution 800G SR : 8 × 100G SR8 DML/EML

Solution technologique 800G SR : 8×100G PSM8 SiPh

Dans le scénario 800G DR/FR, la solution 4x200G présente un avantage en termes de coût. La solution 800G DR4 (EML/SiPh) utilise 4x200G DSP. La puce optique utilise 4xEML/SiPh, avec la même longueur d'onde. En raison d'un développement limité de la bande passante, la solution n'utilise pas de DML. Les extrémités de réception et d'envoi utilisent chacune 4 fibres optiques (PSM4), toutes de la même longueur d'onde, et utilisent des connecteurs MPO à 12 cœurs. La solution 800G 2km (FR) utilise la technologie 200G PAM4 monocanal. Lorsque le débit passe de 100G à 200G, le débit en bauds double et la sensibilité se détériore d'environ 3dB. Par conséquent, un FEC plus puissant est nécessaire pour maintenir une sensibilité élevée du récepteur (-5 dBm).

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

Solution technologique 800G DR/FR : 4×200G CWDM4 EML

Les tendances de développement du 800G incluent le naufrage monomode, le 200G à longueur d'onde unique et le naufrage cohérent. naufrage monomode Limitée par la bande passante de la fibre multimode, la distance de transmission de la fibre multimode 100G PAM4 VCSEL+ est de 50 m. Le naufrage des solutions d'interface optique monomode est une tendance de développement, qui aidera l'émetteur-récepteur optique de la solution 800G SiPh à couvrir des scénarios SR massifs de 100 m. La vague unique 200G arrive. Bien que la technologie EML 112 Gbd se développe rapidement, les ressources en bande passante de 55 GHz sont légèrement insuffisantes. Les perspectives d’application des modulateurs SiPh 200G PAM4 et du niobate de lithium à couche mince à base de silicium sont très larges. Naufrage cohérent. À mesure que le taux de transmission augmente, la solution technologique cohérente étendra davantage son application à des distances plus courtes telles que 40, 20 et 10 km sur la base d'une distance de transmission de 80 km. La solution cohérente ne nécessite qu’un laser, un modulateur et un récepteur, ce qui la rend compétitive par rapport au PAM4.