400G에서 800G, 1.6T 광 트랜시버까지의 기술 경로

800G 플러그형 광학 모듈

데이터센터 네트워크에서 스위치 칩의 성능과 대역폭은 매우 중요한 요소이며, 스위치 칩의 성능과 대역폭은 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하거나 병렬 데이터로 변환하는 일종의 회로인 내부 SerDes 회로에 따라 달라집니다. 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 고속, 저전력, 저지연 데이터 통신을 가능하게 합니다. 오늘날 시장에 나와 있는 주류 SerDes의 속도는 100Gbps(초당 100억 비트)입니다. 이는 각 채널이 100Gbps의 데이터를 전송할 수 있음을 의미합니다. 이 SerDes 기술을 100G SerDes라고 합니다. 한 보고서에 따르면 100G SerDes를 사용하는 스위치 칩의 대역폭은 2022년부터 2023년까지 전체 이더넷 시장의 대역폭을 초과하여 13.8ZB(연간 13.8기가바이트)에 도달할 것으로 예상됩니다.

800G 파이버와 800G 이더넷은 데이터 센터 네트워크에서 고속 데이터 전송에 대한 요구가 계속 증가함에 따라 두 가지 새로운 기술입니다. 800G Fiber는 광섬유를 통해 800Gbps의 데이터를 전송할 수 있는 광 장비입니다. 800G 파이버는 듀얼 400G 또는 100개의 800G와 같은 다양한 SerDes 구성을 사용하여 구현할 수 있습니다. 800G Fiber는 네트워크 성능과 효율성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있지만, 전력 소모와 비용이 높다는 단점이 있습니다. 현재 XNUMXG Fiber는 초기 단계에 있으며 off일부 주요 공급업체가 제작했으며 주로 하이퍼스케일 데이터 센터를 상호 연결하는 데 사용됩니다.

800G 이더넷은 이더넷을 통해 800Gbps의 데이터를 전송하는 방법을 정의하는 네트워크 표준입니다. 800G 이더넷 사양은 2020년 800월 이더넷 기술 연합(Ethernet Technology Alliance)에 의해 확정되었습니다. 800G 이더넷 사양에는 다양한 애플리케이션 시나리오와 거리 요구 사항을 수용하기 위한 다양한 PHY(물리 계층 인터페이스) 및 MAC(미디어 액세스 제어 계층) 매개변수가 포함되어 있습니다. 800G 이더넷은 더 높은 네트워크 용량과 유연성을 제공할 수 있다는 장점이 있지만, 더 복잡한 기술과 표준화 작업이 필요하다는 단점이 있다. 현재 2023G 이더넷은 아직 개발 단계에 있으며 상용 제품은 800년부터 등장할 것으로 예상됩니다. 800G 이더넷은 800G 이더넷보다 먼저 준비될 것입니다. 클라우드 컴퓨팅의 급속한 성장으로 인해 800G 광학, 특히 고성능 및 저비용 광학에 의존하는 AI/ML 애플리케이션에 대한 수요가 발생했습니다. 800G 광학은 더 높은 대역폭과 스펙트럼 효율성을 제공하고, 더 복잡한 변조 형식과 알고리즘을 지원하며, 다양한 데이터 센터 네트워크 아키텍처 및 시나리오에 적응할 수 있습니다. 400G 광학은 또한 향상된 네트워크 유연성과 호환성을 위해 800G 광학을 사용한 하이브리드 배포를 가능하게 합니다. 400G 광학 장치는 네트워크 유연성과 호환성 향상을 위해 XNUMXG 광학 장치와 하이브리드로 배포할 수도 있습니다.

800G 광학을 선택하는 이유는 무엇입니까?

1. 비용 절감: 800G 광학은 광섬유 사용 감소, 광학 모듈 수 감소, 시스템 통합 및 신뢰성 향상 등 광학 및 시스템 수준에서 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 800G 광학 장치는 기존 100G 및 400G 기술과 장비를 활용하여 R&D 및 생산 비용을 줄일 수도 있습니다.

2. 전력 소비 감소: 800G 광학 장치는 보다 효율적인 변조 형식 사용, 회로 설계 최적화, 전력 밀도 감소 등 광학 및 시스템 수준에서 에너지 절감을 달성할 수 있습니다. 연구에 따르면 800G 광 모듈의 전력 소비는 30G 광 모듈의 전력 소비보다 약 XNUMX% 낮습니다. 400G 광 모듈.

3. 더 높은 밀도: 800G 광학은 네트워크의 전송 밀도를 높여 데이터 센터 및 클라우드 컴퓨팅과 같은 시나리오에서 높은 대역폭 수요를 충족할 수 있습니다. 예를 들어, 800G 광 모듈은 파장당 800Gbps의 전송 속도를 실현할 수 있는데, 이는 100Gbps 400개 또는 XNUMXGbps XNUMX개에 해당합니다. 이를 통해 스위치 칩의 활용률을 향상하고 스위치 칩 로드맵을 따라갈 수 있습니다.

800G 브레이크아웃 애플리케이션

1. 800G 브레이크아웃 기술은 여러 사용 사례의 효율적인 조합을 가능하게 하고, 집계 및 셔플을 지원하며, 스위치의 포트 수와 대역폭을 늘리는 동시에 네트워크의 내결함성과 유연성을 향상시킵니다.

2. 800G에서 듀얼 400G-DR4/FR4/LR4/ER4 브레이크아웃 기술을 사용하면 두 개의 400G 광 모듈 간 상호 연결이 가능해 다양한 전송 거리와 시나리오를 처리하고 듀얼 LC, 듀얼 Mini-LC 또는 듀얼 MPO를 활용하여 비용과 복잡성을 줄일 수 있습니다. 일반적인 섬유 커넥터.

3G DR8 브레이크아웃 기술은 새로운 유형의 초소형 커넥터인 옥탈 SN/MDC를 사용하여 800G 광 모듈을 옥탈 100G DR 광 모듈로 분해하여 데이터 센터의 높은 트래픽 수요를 충족하는 고밀도 광섬유 케이블링을 달성할 수 있습니다.

200G 람다 광학

200G Lambda는 단일 광섬유에서 파장당 200Gbps의 데이터 속도를 달성할 수 있는 새로운 광 전송 기술로, 기존 다중 파장 100G 기술에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.

1. 비트당 낮은 전력 소비: 200G Lambda 기술은 다파장 20G 기술의 경우 30개의 레이저와 100개의 광 수신기가 필요하지만 레이저 200개와 광 수신기 XNUMX개만 필요하므로 전력 소비를 XNUMX%~XNUMX% 절감합니다. 또한 XNUMXG Lambda 기술은 회로 복잡성과 신호 처리 오버헤드를 줄여 전력 소비를 줄입니다.

2. 비트당 비용 절감: 200G Lambda 기술은 레이저 및 광섬유 종단의 수와 비용은 물론 광학 모듈과 광섬유 링크의 수와 비용도 줄여주기 때문에 비트당 비용을 50% 줄일 수 있습니다. 또한 200G 람다 기술은 기존 100G 기술과 장비를 활용할 수 있어 R&D 및 생산 비용을 절감할 수 있다.

3. 미래 200G SerDes를 위한 최선의 선택: SerDes는 직렬 데이터를 병렬 데이터로 또는 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하고 스위치 칩과 광 모듈 간의 고속 데이터 통신을 수행하는 회로입니다. 200G Lambda 기술은 200Gbps 데이터 전송을 위해 단 하나의 200G SerDes 채널만 필요하지만, 다중 파장 100G 기술은 동일한 데이터 전송을 실현하기 위해 100개의 XNUMXG SerDes 채널이 필요합니다.

200G 람다 현황

1. EML, SiPh 등 다양한 광기술에 대한 기술적 타당성이 확립되었습니다.

2. 200G Lambda 사양에 대한 새로운 FEC 및 광학 사양을 마무리해야 합니다.

200G Lambda 기어박스를 지속적으로 구현하려면 다중 공급업체 200G Lambda 사양이 필요합니다. 200G Lambda 채택은 2024년에 대량으로 시작됩니다.

1.6T 플러그형 광트랜시버 모듈

플러그형 광 모듈 기술 로드맵

1.6T-OSFP(8x200G 채널)는 단일 OSFP 인터페이스에서 200개의 1.6G 광 신호 채널을 제공하여 총 4Tb/s의 대역폭을 달성하는 고속 광 모듈입니다. 이 모듈은 광섬유 광학 분야 등 광범위한 응용 분야에 사용되도록 설계되었습니다. 이 광 모듈은 채널당 50G의 전기 신호를 사용하여 100G의 광 신호를 구동하는 PAM200 변조 기술을 사용합니다. 200G/채널의 전기적 성능을 보장하기 위해 OSFP MSA 2020G 실무 그룹은 1.6년 800월 OSFP 인터페이스의 크기와 전기 사양을 미세 조정하여 200T-OSFP 광 모듈이 1.6G OSFP 광 모듈과 완벽하게 호환되도록 만들었습니다. 이러한 호환성은 데이터 센터 네트워크에 더 많은 유연성과 확장성을 제공합니다. 200G SerDes 스위치 칩과 연결하면 200T OSFP 광 모듈은 추가 변환기나 어댑터 없이 2025G SerDes 기술을 사용하여 스위치 칩에 직접 연결할 수 있습니다. 이를 통해 네트워크 비용과 전력 소비가 줄어들고 네트워크 효율성이 향상됩니다. XNUMXG SerDes 스위치 칩은 XNUMX년까지 데이터 센터 네트워크의 주류 선택이 될 것으로 예상됩니다.

OSFP

XNUMX진 소형 폼 팩터 플러그형, XD=초고밀도

데이터센터 네트워크에서 고속 데이터 전송에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 1.6T 광모듈에 대한 관심이 높아지고 있다. 51.2T 스위치 칩과 결합된 1.6T 광 모듈은 51.2U 라인 카드 또는 고정 섀시에서 1T 스위치 밀도를 달성하여 시스템 수준 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 이 스위치 칩은 100G SerDes 기술을 활용합니다. 이는 각 채널이 100Gbps의 데이터를 전송할 수 있음을 의미합니다. 이 SerDes 기술은 시장에서 주류 선택이 되었으며 100년에서 2023년 사이에 더 많은 스위치 칩이 2027G SerDes 기술을 활용할 것으로 예상됩니다.

OSFP-XD(Ultra High Density)는 다음과 같은 기능을 갖춘 새로운 유형의 광 모듈입니다.

1. 16개의 전기 채널을 지원하며 각 채널은 100G 또는 200G에 도달할 수 있으므로 총 데이터 속도는 1.6T 또는 3.2T입니다.

2. 효율적인 전력 관리 기능을 갖추고 있어 단일 모드 광섬유, 다중 모드 광섬유 및 활성 광섬유 케이블을 포함한 다양한 광 솔루션을 지원하는 데 33W의 전력만 필요합니다.

3. OSFP(800채널 소형 폼 팩터 플러그 가능)와 동일한 폼 팩터를 사용하지만 더 높은 밀도 커넥터와 케이블 어셈블리를 갖춘 고밀도 패키지 디자인이 특징입니다. 이를 통해 스택형 XNUMXG-OSFP와 호환되므로 시장 수용 및 배포가 크게 단순화됩니다.

4. 단일 마더보드에 스택된 OSFP(XNUMX채널 소형 폼 팩터 플러그 가능)와 공존할 수 있다는 점에서 유연한 호환성을 갖추고 있어 더 많은 구성 옵션과 확장 기능을 제공합니다.

XNUMXD덴탈의 차이 of 1.6T OSFP 광학 모듈

QSFP-XD의 장점

1. 현재 시장에서 가장 밀도가 높은 플러그형 광학 솔루션이며, 각각 16G 또는 100G에 도달할 수 있는 200개의 전기 채널을 지원하여 총 데이터 속도가 1.6T 또는 3.2T입니다. OSFP(Octal Small Form Factor Pluggable)와 동일한 폼 팩터를 가지고 있지만 더 높은 밀도의 커넥터와 케이블 어셈블리를 사용합니다. 이를 통해 스택형 800G OSFP와 호환되므로 시장 수용 및 배포가 크게 단순화됩니다. 이는 미래의 칩 밀도 증가 요구 사항을 충족하고 시스템 처리량과 효율성을 향상시킵니다.

2. 다양한 전송 거리와 시나리오에 맞게 조정할 수 있는 100G Lamdba, 200G Lambda 및 Coherent를 포함한 광범위한 광학 기술을 지원합니다. 2W 미만의 낮은 전력 소비로 0~70°C의 온도 범위에서 최대 23km의 전송 거리를 지원할 수 있습니다. 데이터 센터, 클라우드 컴퓨팅, 인공 지능 및 기타 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 빠르고 효율적이며 안정적인 데이터 전송을 가능하게 합니다.

3. 구성 가능성, 서비스 가능성, 기술적 유연성 등을 포함하여 플러그형 광 모듈의 모든 이점을 유지합니다. 또한 잘 알려진 공급망 비즈니스 모델을 유지하므로 고객은 여러 공급업체로부터 가장 적합한 제품과 서비스를 선택할 수 있습니다.

비트당 전력 소비를 줄이는 방법

공정기술개선(TSMC)

3NM 프로세스는 7NM 프로세스에 비해 IsoSpeed에서 전력 감소를 거의 절반으로 달성합니다.

플러그형 광학 전력 진화

개별 모듈의 전력 소모는 400G~1.6T에서 증가하고 있지만 비트당 평균 전력 소모는 크게 감소하고 있다.

전력 소비를 더욱 줄이는 방법

1. 3nm 및 2nm DSP 기술 활용: 이러한 고급 디지털 로직 기술은 트랜지스터의 크기와 저항을 획기적으로 줄여 회로의 스위칭 손실과 정적 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

2. 저전력 SerDes 인터페이스 설계: SerDes는 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 인터페이스이며 일반적으로 고속 통신에 사용됩니다. 코딩, 변조, 필터링을 최적화하는 동시에 신호 무결성과 신뢰성을 보장함으로써 SerDes의 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

3. 저전력 광 변조기 사용: 광 변조기는 광 신호를 제어하기 위해 포토닉스를 사용하는 장치이며 일반적으로 광섬유 통신에 사용됩니다. 광도파로, 전극, 소재 등을 개선하여 전력소모를 줄임으로써 광변조기의 구동전압과 삽입손실을 줄일 수 있습니다.

단일 파장 200G 전송의 실현, 더 나은 성능의 레이저 개발, 결합 및 변조 과정의 손실 감소 등 미래에는 혁신의 여지가 여전히 많습니다. 향후 5년의 목표는 에너지 소비를 비트당 6~2pJ로 줄이는 것입니다. 이를 위해서는 XNUMXnm 공정에서 디지털 신호 프로세서를 사용해야 하며, 레이저와 변조기의 효율성을 향상시키고, 레이저와 레이저 사이의 결합 손실을 줄여야 합니다. 도파관.

모든 광학 장치는 전력 소비 감소로 이점을 얻습니다. 광 출력의 향상은 폼 팩터와 크게 무관합니다.

플러그형 광학 모듈은 기존 대용량 플랫폼으로의 원활한 업그레이드 경로를 제공하여 저전력 광학의 발전을 신속하고 대량으로 시장에 출시할 수 있도록 해줍니다.

전력 소비 요약

1. 스위치의 비트당 전력 소비는 두 프로세스 세대마다 대략 2배씩 크게 감소하고 있습니다.

2. 광학 모듈의 비트당 전력 소비도 크게 감소하고 있으며, 이는 두 프로세스 세대마다 대략 2배씩 감소합니다.

3. 광모듈당 전력은 400G->800G->1.6T로 용량이 늘어나는 추세다.

4. 전력 목표 1.6T 모듈: 클라이언트 광학 장치의 경우 20-25W, DCI 광학 장치의 경우 25-30W.

5. 20~30W에 필요한 강력한 열 폼 팩터: OSFP는 적절한 패키징을 제공합니다.

6. 추가 전력 감소 필요: 3/2nm DSP, 저전력 Serdes 및 변조기.

CPO 및 Pluggable 분석

CPO(공동 패키지 광학)는 광학 트랜시버 또는 광학 엔진을 스위칭 칩과 긴밀하게 통합하는 기술로, 데이터 전송 속도와 밀도를 높이고 전력 소비와 대기 시간을 줄일 수 있습니다. 현재, CPO 기술은 Facebook 및 Microsoft와 같은 기업의 연구실에서 일부 결과를 입증했으며 OIF(Optical Interconnect Forum)와 같은 업계 조직에서도 지원하고 홍보합니다. 그러나 CPO는 레이저의 출력과 효율성을 높이는 방법, 광섬유 및 커넥터 손실과 고장을 줄이는 방법, CPO 모듈의 제조 가능성, 수리 가능성 및 유지 관리 가능성을 보장하는 방법과 같은 상당한 수의 과제에 여전히 직면해 있습니다. 비용과 전력 소비를 제어하는 ​​방법 등.

VSR은 XSR SERDES를 대체합니다. 칩 공급업체는 스위치 칩에 저전력 VSR SERDES 모드를 추가하여 51.2T 스위치 칩이 LR SERDES에 비해 180W의 벽면 플러그 에너지 절약을 실현할 수 있도록 했습니다.

VSR은 180T 스위치의 경우 약 51.2W를 절약했습니다.

VSR은 경쟁의 장을 평준화합니다. 180W 전력 절감은 좋은 소식이지만 동일한 저전력 VSR SERDES 인터페이스를 플러그형 광학 모듈과 함께 사용할 수 있습니다.

결과: CPO와 플러그형 광학 모듈은 동일한 전기 링크 전력을 갖습니다.

CPO + ELS는 힘을 증가시킵니다. CPO의 외부 광원(ELS)은 추가 광학 결합 손실을 발생시켜 기존 플러그형 광학 모듈에 비해 레이저 출력을 증가시켜 CPO+ELS를 플러그형 광학 모듈보다 더 높은 출력으로 만듭니다.

플러그형 모듈에는 광 커넥터가 XNUMX개 있고 CPO 모듈에는 광 커넥터가 XNUMX개 있습니다. 이로 인해 추가 커넥터 스플리터 손실 및 분극으로 인해 상당한 추가 광 손실이 발생합니다.

결합 손실과 플러그형 비교

1. 추가 커넥터 손실: 1.2-1.6dB

ELS에는 확장된 빔 커넥터가 필요할 가능성이 높습니다.

2. 분배기 및 편광 손실: 0.6-1.2 dB

많은 수의 섬유에 대해 이를 최소화하는 것은 매우 어렵습니다.

6. 총 추가 커플링 손실: 1.8-3dB

레이저 출력이 50%에서 100%까지 증가합니다.

추가 전력 절감 필요

1. DSP를 제거하여 전력을 절감하는 다이렉트 드라이브

이를 다중 공급업체 표준으로 만드는 데 어려움을 겪고 있습니다.

2. ELS로 레이저 출력을 줄이기가 매우 어렵습니다.

추가적인 결합 손실은 레이저 출력을 증가시킵니다.

3. 대체 변조 기술

Silicon Photonics Modulator는 삽입 손실이 높습니다.

CPO 요약

1. 51.2T 또는 102.4T 스위치에는 CPO가 필요하지 않습니다.

이 문제는 Pluggable Optics로 해결되었습니다.

2. 800G 및 1600G 플러그형 광학 장치에는 위험이 없습니다.

설계, 서비스 가능성 또는 제조 가능성 문제가 없습니다.

3. 오늘날의 CPO는 플러그형을 통해 전력을 절약하지 않습니다.

CPO의 가장 유망한 미래 방향은 직접 구동입니다.