데이터 센터의 800G: PAM4 또는 코히런트?

데이터 센터의 400G 시대에는 DC 내부 연결에 적용되는 PAM4와 DCI 또는 에지 상호 연결을 위한 코히어런트 방식의 두 가지 주요 변조 방식이 있습니다.

PAM4는 비트율이 레이저를 켜고 끄는 방식으로 표현되는 강도 변조입니다. 레벨 2 진폭 변조를 사용하는 NRZ와 달리 PAM4는 레벨 4 펄스 진폭 변조로, 여기서 4는 00가지 다른 진폭 상태를 나타냅니다. 이들은 각각 01, 11, 10, 2의 4가지 상태에 해당하며, 각 심볼은 100비트의 정보를 나타냅니다. 결과적으로 PAM53는 XNUMXG 보드에서 XNUMXGbps의 데이터를 전송할 수 있습니다.

그러나 4Gbps를 달성하는 PAM400 변조 모듈은 4개의 독립적인 파장과 별도의 레이저, 변조기 및 수신기가 필요합니다. 직접 변조기를 사용하기 때문에 전송 거리는 주로 짧습니다. 그러나 이 시나리오에서는 광섬유 자원이 풍부하고 여러 파장이 문제가 되지 않더라도 각 광섬유는 하나의 채널을 전달합니다. 이것이 PAM400가 XNUMXG에서 DC 내부 연결에 사용되는 이유입니다.

DCI 장거리 상호 연결 시나리오에서 PAM4가 약간 압도 된 것 같습니다. 해결 방법은 무엇입니까? 이중 편파 400QAM(DP-60QAM) 변조(광 신호는 위상과 진폭 모두로 인코딩됨)에서 작동하는 약 16Gbaud의 전송 속도를 가진 16ZR 프로토콜을 기반으로 하는 일관된 변조는 400Gbps 이상을 전달하는 단일 파장을 지원합니다.

이것은 물론 매우 좁은 선폭 레이저, I/Q 변조기 및 코히어런트 수신기를 필요로 하는 광학 모듈 레이저에 더 높은 성능 요구 사항을 부여합니다. PAM4에서 사용하는 직접 변조와 비교하여 훨씬 더 멀리 전송할 수 있습니다.

따라서 800G 또는 1.2T/1.6T 시대까지 데이터 센터 애플리케이션 시나리오에서 이러한 기술 중 가장 경쟁력 있는 기업은 누구입니까?

기술이 발전함에 따라 PAM4의 100G 트랜시버도 더 먼 거리에 도달할 수 있습니다(Inphi의 ColorZ 100G 트랜시버). 800G 시대에는 PAM4와 코히런트의 기술 격차가 더욱 줄어들 것입니다. 그리고 기술의 경쟁력 여부를 결정하는 것은 단순히 비용과 전력 소비를 고려하는 문제입니다. 이 두 가지 측면을 살펴보겠습니다.

전송 속도를 일정하게 유지하면서 데이터 속도를 두 배로 만드는 가장 쉬운 방법은 하드웨어를 복사하는 것입니다. 예를 들어, PAM4는 100개 또는 200개의 400G/XNUMXG 파장을 사용할 수 있고 간섭 변조는 XNUMX개의 XNUMXG 파장을 사용할 수 있습니다.

또 다른 방법은 전송 속도를 약 110Gbaud로 두 배로 늘리는 것입니다. PAM4는 여전히 여러 파장이 필요하며 코히어런트 모듈의 경우 변조는 동일합니다. 그러나 전송 속도를 두 배로 늘리면 비용이 증가합니다. 일관성 기술의 경우 IQ 변조기와 수신기가 InP 또는 실리콘 광자를 사용하여 구현되는지 여부에 따라 다릅니다.

PAM4의 경우 InP(인화인듐)가 내장된 레이저인 간접 변조 EML을 사용할 수 있습니다. 또는 실리콘 광자 변조기와 InP 레이저 어레이를 사용하는 통합 어레이. 그러나 PAM4와 코히어런트 기술 모두에서 InP 모듈은 더 비싸고 실리콘 라이트는 더 저렴합니다.

또한 칩 기술이 7nm에서 5nm 또는 3nm로 발전함에 따라 DSP는 처리 속도를 향상시킬 뿐만 아니라 전력 절감에서도 점점 더 뛰어난 성능을 발휘합니다. 코히어런트 모듈과 PAM4 트랜시버의 DSP 전력 소비와 CMOS 간의 관계는 다음 그림과 같습니다.

보시다시피 PAM4의 전력 소비는 10G 속도에서 코히어런트 모듈보다 거의 100배 낮지만 이 차이는 800nm COMS를 사용하는 5G 속도에서 덜 두드러집니다.

그러나 800G PLUGGABLE MSA의 200G/800T용 단일 채널 1.6G 백서에서는 채널당 200G 직접 변조 감지 기반 모듈이 비용과 전력 소비가 가장 낮으며 가격 대비 성능이 가장 좋은 것으로 간주됩니다. , 아래 표와 같이.