データセンターの 400G 時代には、4 つの主要な変調方式があります。DC 内部接続に適用される PAMXNUMX と、DCI またはエッジ相互接続用のコヒーレント方式です。
PAM4 は、レーザーをオンにしてビットレートを表す強度変調です。 off. レベル 2 振幅変調の NRZ とは異なり、PAM4 はレベル 4 パルス振幅変調であり、4 は 00 つの異なる振幅状態を表します。 これらはそれぞれ 01、11、10、2 の 4 つの状態に対応し、各シンボルは 100 ビットの情報を表します。 その結果、PAM53 は XNUMXG ボーで XNUMXGbps のデータを伝送できます。
ただし、4Gbps を達成する PAM400 変調を備えたモジュールには、4 つの独立した波長と、個別のレーザー、変調器、および受信機が必要です。 直接変調器を使用しているため、伝送距離は主に短くなっています。 ただし、このシナリオでは、ファイバー リソースが豊富で、複数の波長が問題にならない場合でも、各ファイバーが 400 つのチャネルを伝送します。 これが、XNUMXG で DC 内部接続に PAMXNUMX が使用される理由です。
DCI 長距離相互接続シナリオでは、PAM4 は少し圧倒されているようですが、どうすれば解決できますか? 400ZR プロトコルに基づくコヒーレント変調は、ボーレートが約 60Gbaud で、二重偏波 16QAM (DP-16QAM) 変調 (光信号は位相と振幅の両方でエンコードされます) で動作し、400Gbps 以上を伝送する単一波長をサポートします。
もちろん、これは光モジュール レーザーに対してより高い性能要件を課し、超狭線幅レーザー、I/Q 変調器、およびコヒーレント レシーバーを必要とします。 PAM4 で使用される直接変調と比較して、はるかに遠くまで送信できます。
では、800G または 1.2T/1.6T の時代までに、データセンターのアプリケーション シナリオでこれらのテクノロジの中で最も競争力のあるものはどれでしょうか?
技術が進化するにつれて、PAM4 の 100G トランシーバーはより長い距離に到達することもできます (Inphi の ColorZ 100G トランシーバー)。 800G 時代になると、PAM4 とコヒーレントの間の技術的ギャップはさらに小さくなるでしょう。 そして、技術が競争力があるかどうかを判断することは、単純にコストと消費電力を考慮することです。 このXNUMXつの側面を見てみましょう。
ボー レートを一定に保ちながらデータ レートを 4 倍にする最も簡単な方法は、ハードウェアをコピーすることです。 たとえば、PAM100 は 200 つまたは 400 つの XNUMXG/XNUMXG 波長を使用でき、コヒーレント変調は XNUMX つの XNUMXG 波長を使用できます。
もう 110 つの方法は、ボー レートを 4 倍にして約 XNUMXGbaud にすることです。 PAMXNUMX は依然として複数の波長を必要とし、コヒーレント モジュールの場合、変調は同じです。 ただし、ボーレートを XNUMX 倍にするとコストが高くなります。 コヒーレンス技術の場合、IQ 変調器と受信機が InP またはシリコン光子のどちらを使用して実装されているかによって異なります。
PAM4 の場合、インジウムリン (InP) を内蔵したレーザーである間接変調 EML を使用できます。 または、シリコン光子変調器と InP レーザー アレイを使用した統合アレイ。 ただし、PAM4 とコヒーレント技術の両方で、InP モジュールはより高価ですが、シリコン光はより安価です。
さらに、7nm から 5nm または 3nm へのチップ技術の進化に伴い、DSP は処理速度を向上させるだけでなく、電力削減においてますます優れた性能を発揮します。 コヒーレント モジュールと PAM4 トランシーバーの DSP 消費電力と CMOS の関係を次の図に示します。
ご覧のように、PAM4 の消費電力は 10G レートでコヒーレント モジュールの 100 分の 800 近くになりますが、5nm COMS を使用した XNUMXG レートではこの差はそれほど顕著ではありません。
ただし、800G PLUGGABLE MSA のシングルチャネル 200G for 800G/1.6T ホワイト ペーパーでは、200G チャネルごとの直接変調検出に基づくモジュールが、コストが低く、消費電力が最も低く、価格/性能比が最も優れていると考えられています。 、下の表に示すように。
| 800G ソリューション | 2×400G CWDM4 | CWDM4 | コヒーレント |
|---|---|---|---|
| レーザーの数 | 8 | 4 | 2 |
| 変調器 | DML/EML | EML | SiOh/InP 調整可能な狭線幅、＞13dBm |
| ドライバー/モジュレーター | 8 | 4 | 4 |
| PD/TIA | 8 (シングルエンド PD) | 4 (シングルエンド PD) | 4(バランスPD) |
| コンポーネント帯域幅 | ＞25GHz | ＞50GHz | ＞50GHz |
| FEC 制限 | 2E-4 | 2E-3 | TBD(IMDD以上) |
| 前方互換性 | サポート | サポート | 非対応 |
| ファイバーペア | 2 | 1 | 1 |
| 消費電力 | 16-18W | 12-14W | 20-24W |
| 費用 | $$ | $ | $ $ $ |