400G/100G PAM4 및 실리콘 포토닉스 기술

400G 광 모듈의 두 가지 일반적인 패키지 유형은 OSFP 및 QSFP-DD입니다.

400G QSFP-DD의 장점은 단순성과 호환성입니다. 장점 400G OSFP 열 성능이 좋고 800G까지 확장할 수 있다는 점이다.
400G의 경우 호스트에 인터페이스되는 OSFP 및 QSFP-DD 모두에 대한 전기 신호는 8x50G PAM4입니다.

400G QSFP-DD 다중 모드 광 모듈은 400G QSFP-DD SR8 및 400G QSFP-DD SR4.2로 나뉩니다.

400G QSFP-DD SR8

S는 short distance의 첫 글자로 100m의 전송 거리를 나타냅니다. "8"은 각각 8G PAM50가 있는 4개의 광 신호 채널을 나타냅니다. 따라서 8개의 송신과 8개의 수신에는 일반적으로 MPO 연결을 사용하는 16개의 광섬유가 필요합니다. MPO-16 및 MPO-12가 일반적으로 사용됩니다.

400G QSFP-DD SR4.2

SR4.2의 SR은 또한 짧은 거리, 100미터 전송 거리를 의미하며, "4"는 2개의 파이버 채널, "2"는 각 채널에 양방향 다중화의 2개 파장이 있음을 의미합니다. 각 채널은 50x4G PAM8이며 XNUMX개의 광섬유가 필요합니다.

MPO-12 커넥터를 사용하는 이 접근 방식의 원동력은 교체 없이 이전 세대의 MPO-12 케이블을 계속 사용하는 것입니다.

타입	거리	섬유 유형	커넥터	섬유의 수	파장	광학 변조 신호
400G SR8	100m	멀티 모드	MPO-16 APC MPO-12×2 APC	16	850nm	50G PAM4
400G SR4.2	100m	멀티 모드	MPO-12 APC	8	850nm 910nm	50G PAM4

400G 다중 모드 광 모듈

400G QSFP-DD 단일 모드 광 모듈 인터페이스

단일 모드 400G 인터페이스는 전기 포트용 8x50G PAM4와 광 포트용 8x50G PAM4의 두 그룹으로 나뉩니다.

다른 그룹은 전기 포트용 8x50G PAM4와 광 포트용 4x100G PAM4입니다.

마더보드 및 광학 모듈에 대한 전기 인터페이스도 동일하며 두 접근 방식 모두 DSP도 사용합니다. 차이점은 광 신호의 출력 속도와 사용되는 레이저 수에 있습니다.

8x50G PAM4 단일 모드 광 모듈

8x50G 광학 모듈 유형 FR8, LR8 및 2xFR4

FR8, LR8, "8"은 50개의 파장, 파장당 4G PAM2, FR은 10km 거리를 의미하고 LR은 8km를 의미하며 단일 광섬유로 다중화된 8개의 파장을 의미합니다. FR8 및 LRXNUMX은 이중 LC 광학 인터페이스입니다.

F는 2km를 나타내는 Far를 의미하며 일반적인 500미터(DR, 데이터 센터)보다 약간 더 멀다. 이것은 802.3의 새로운 거리 분할로, SR과 LR 사이에 두 개의 세분화된 거리인 DR과 FR을 삽입합니다.

L은 SR보다 긴 Long을 의미하며 10km라고 말했습니다. 초기 802.3은 SR 단거리 100m, LR 장거리 10km로 구분되어 주로 메트로 네트워크 거리의 길이를 표시하는 데 사용됩니다.

이후 점점 더 많은 이더넷 광 모듈이 데이터 센터에서 사용되었으며, 먼저 100m PSM500 및 4km CWDM2와 같은 4G 광 모듈의 거리를 설정했습니다.

802.3G와 200G의 400 표준이 공식화되기 전까지 SR과 LR 사이에 500미터 DR과 2km FR이 삽입되어 데이터 센터 필드의 거리 라벨링을 커버했습니다.

2xFR4는 LR8 및 FR8과 마찬가지로 2개의 레이저를 사용하지만 200개의 ​​파장만 사용하며 두 그룹에서 총 XNUMX개 채널에 사용됩니다. CS 인터페이스는 XNUMXxXNUMXG 폼 팩터를 구성하는 데 사용됩니다.

2개의 CS 커넥터, 4xFRXNUMX 솔루션을 사용하십시오.

장점은 4개 파장보다 8개 파장에서 더 나은 링크 버짓과 적은 분산입니다.

단점은 광학 패키지가 더 복잡하고 생산 비용이 높다는 것입니다. 사실, XNUMX개 파장의 산업 체인이 더 성숙해지고 재료 비용이 감소하고 있습니다.

 

4x100G PAM4 단일 모드 광학 모듈

현재 산업 체인은 4x100G 솔루션에 중점을 두고 있으며 이러한 솔루션 중 가장 중요한 것은 기어박스가 있는 DSP입니다.

400G DR4, 4xFR1, 4xLR1

DSP는 8x50G 전기 신호를 4x100G로 변환해야 하며 EML 또는 실리콘 광 변조기에 공급되어 출력됩니다. 각 채널은 1310nm이며 8개의 광섬유(4개의 송신기와 4개의 수신기)가 필요합니다.

사용되는 것은 400x1G 모듈 변환과 병렬로 100G 광 모듈을 지원하는 독립 광섬유입니다.

이러한 인터페이스는 제조업체마다 다르게 호출되지만 본질적으로 동일합니다.

DR4와 4xDR1은 동일합니다. 파장은 모두 1310nm이며, XNUMX개의 광섬유를 전송하고 XNUMX개의 파장을 수신합니다.

그러나 FR4와 4xFR1은 같은 제품이 아니며 FR4는 하나의 광섬유의 4개 파장이고 1xFRXNUMX은 XNUMX개의 광섬유 파장입니다.

400G DR4, 4xFR1, 4xLR1, MPO-12 XNUMX개, SN XNUMX개, MDC XNUMX개에 대한 세 가지 공통 광학 인터페이스가 있습니다.

SN과 MDC는 제조사가 다르지만 개념은 같습니다.

둘 다 독립적으로 Tx 및 RX 플러그형입니다. MPO와 비교하여 SN 및 MDC는 광섬유를 보다 유연하고 쉽게 배치할 수 있습니다.

FR4 및 LR4

FR4와 LR4는 4개의 파장을 가진 DR4와 동일한 DSP 기능을 가지고 있습니다. 이들의 차이점은 광경로에 있습니다. CWDMXNUMX의 파장은 Mux와 Demux를 사용하여 파동을 결합하고 나눕니다. 섬유 수가 감소하고 LC 광학 인터페이스가 사용됩니다.

LR4는 6개의 전송 거리를 가지며 IEEE 표준은 100km이고 10G Lamda MSA는 XNUMXkm로 정의됩니다.

400G 단일 모드 인터페이스

100G PAM4

100G PAM4 광 모듈에는 두 개의 스플라이스 패키지가 있으며 하나는 QSFP28이고 다른 하나는 SFP56-DD입니다.

QSFP28 패키지의 전기 인터페이스는 25G NRZ입니다.

SFP56-DD 패키지의 전기 인터페이스는 50G PAM4입니다.

단일 모드 100G

이제 4x100G QSFP-DD는 100G 단일 파장 PAM4와 상호 운용 가능하며 QSFP28과 상호 운용 가능하며 기어박스 1:4의 전기 인터페이스를 수행해야 하며 DSP는 on/off KR4 FEC 옵션.

SFP56-DD를 사용하면 DSP의 기어박스가 1:2여야 하고 KP4 FEC가 필요하지 않습니다(시스템 측에서 수행).

단파 100G 광 모듈 요약

대부분의 제조업체는 OSFP MSA 프로토콜로 래치 색상을 설정합니다.

100G 광학 모듈 레이저 칩 및 실리콘 광자 Technology

100G 광 모듈 시장에서 100G QSFP28 광 모듈은 시장 점유율이 높으며 다른 QSFP28 광 모듈은 다른 레이저를 사용합니다.

100G-SR4 QSFP28 광 모듈은 주로 100m 이내의 다중 모드 병렬 솔루션에 사용됩니다. 대부분 내부에 VCSEL 레이저를 채택하여 작은 크기, 높은 결합률, 낮은 전력 소비, 쉬운 통합 및 저렴한 가격의 장점을 가지고 있습니다.

100G-CWDM4 QSFP28 패키지 광 모듈은 주로 10km 거친 WDM 솔루션에 사용됩니다. 내장형 DML 레이저를 주로 사용하며 소형, 저전력 소모, 저비용 등의 장점이 있습니다.

100G ER4 및 100G ZR4 QSFP28 패키지 광 모듈은 주로 40km 이상의 중장거리용 단일 모드 솔루션에 사용됩니다. 대부분의 내부 EML 레이저를 사용하는데, Eye Diagram margin이 크고 분산이 적고 소광비가 크고 거리가 긴 장점이 있습니다.

100G QSFP28 단파 광 모듈의 경우 칩 기술의 새로운 돌파구가 있습니다. 데이터 센터 시나리오를 위한 FiberMall의 실리콘 포토닉스 통합 100G 광 모듈은 오랫동안 대량 생산되어 왔습니다. 그리고 BOM(부품 및 재료) 비용이 낮고 전송 거리가 500m, 2km, 10km 및 기타 단일 모드 솔루션을 포함합니다.

현재 광학 통합 상업 제품의 기술 경로는 주로 III-V 그룹과 Si 두 진영으로 나뉘며 그중 DFB, DML, EML 및 기타 레이저는 InP 진영입니다. 이 기술은 상대적으로 성숙했지만 비용이 많이 들고 CMOS 프로세스(집적 회로 프로세스)와 호환되지 않으며 기판 재료는 2.6년마다 두 배가 됩니다.

Si 실리콘 광전자 장치는 COMS 프로세스를 사용하여 수동 광전자 장치와 집적 회로의 단일 칩 통합을 실현하고 대규모로 통합할 수 있습니다. 고밀도의 장점으로 기판 재료를 1년마다 두 배로 늘릴 수 있습니다.

현재 100G 광 모듈은 실리콘 포토닉스 기술의 문을 열었지만 개발에는 여전히 몇 가지 문제가 있습니다.

먼저 실리콘 기반 집적 레이저 광원을 해결해야 한다. 실리콘은 간접 밴드갭 반도체로, InP와 같은 직접 밴드갭 반도체에 비해 실리콘 포토닉스 모듈은 별도의 광원을 도입해야 하며, 광원이 무어의 법칙을 따르지 않을 경우 더 많은 결합 집적화는 더 높은 비용으로 계속될 것이다. off실리콘 재료 및 공정 통합의 비용 이점을 설정합니다.

두 번째로, 실리콘 포토닉스 트랜시버 포장이 어렵고 수율이 낮다. 실리콘 광 인터페이스 패키징은 초기 단계에 있으며 주요 병목 현상은 광 인터페이스 패키징의 광전자 칩 및 파이버 어레이 형성에 있습니다. 정렬 및 패키징 정밀도 요구 사항이 높고 패키징 효율성이 낮습니다. 현재 패키징 단계에서는 기술적으로 고품질, 저비용 패키징을 달성하기 어렵습니다. 제품 수율은 실리콘 포토닉스 모듈의 대량 생산을 제한합니다.

또한 SiP 칩의 대량 생산에 사용할 수 있는 리소스가 거의 없습니다. 실리콘 포토닉스 칩은 CMOS 프로세스와 호환되지만 성숙한 CMOS 리소스는 대중에게 공개되지 않거나 실리콘 포토닉스 흐름 경험이 없습니다.

현재 VCSEL, EML 및 DML이 주로 있지만 100G 네트워크는 여전히 주류인 100G QSFP28 광 모듈 레이저 칩입니다. 하지만 장기적으로 보면 실리콘 포토닉스 솔루션은 400G 광모듈 시대가 되거나 대세를 이루게 될 것이다.

간단히 말해서 실리콘 포토닉스 모듈은 실리콘 칩 통합 광전 변환 및 전송 모듈에 실리콘 포토닉 기술을 사용하는 것입니다. 실리콘 기반 플랫폼에서 마이크로전자공학과 광전자공학을 결합하여 새로운 실리콘 광학 장치를 형성하는 것입니다.