코히어런트 광 링크의 소비는 향후 몇 년 동안 폭발적인 성장을 이끌 것입니다. 이러한 새로운 애플리케이션은 또한 코히어런트 광 트랜시버 시스템에 대한 새로운 요구 사항을 제시합니다. 이는 라인 카드 및 MSA 트랜시버와의 원래 통합에서 독립적이고 표준화된 플러그형 광 트랜시버로 코히어런트 트랜시버 장치의 진화를 촉진합니다. 이 기사에서는 플러그형 코히어런트 광 트랜시버의 개발 동향에 대해 논의하고 400G 코히어런트 표준을 비교 및 분석합니다.
Pluggable Coherent 광 트랜시버 개발
MAN 또는 데이터 센터에서 사용되는 클라이언트 광 트랜시버와 비교하여 광 전송 네트워크에 사용되는 일관된 광 트랜시버 장치는 일반적으로 라인 측 단일 보드에 내장되거나 통합되며 포트 밀도가 낮고 볼륨이 큰 단점이 있습니다. 소비, 비표준 설계 등 오랫동안 네트워크 사업자는 전송 광 트랜시버가 클라이언트 광 트랜시버와 동일하거나 유사한 폼 팩터를 갖기를 바랍니다. 최근 몇 년 동안 CMOS 기술과 통합된 포토닉 기술이 적용된 고급 DSP 칩이 발전하여 더 작은 크기와 더 낮은 전력 소비를 가능하게 하는 플러그형 코히어런트 패키지 광 트랜시버가 가능하게 되었습니다.
수년간의 개발 끝에 표준화되고 플러그 가능한 광 트랜시버는 광 통신의 회선 측에서 서비스 전송을 위한 필수 선택이 되었습니다. MAN 및 백본 네트워크에 사용되는 코히어런트 광 트랜시버의 개발 동향은 다음과 같은 특징이 있습니다.
-고속: 100G/200G에서 400G로, 그런 다음 800Gbps 속도로 진화합니다.
- 소형화: 100G MSA 폼 팩터에서 CFP/CFP2DCO/ACO로 전환, 현재 패키징 표준은 400G OSFP DCO, QSFP-DD DCO 등입니다(그림 1 참조).
-저전력 소비: 전체 시스템 전력 소비 요구 사항을 고려할 때, 예를 들어 QSFP-DD 폼 팩터에서 코히어런트 광 트랜시버의 전력 소비는 15W 이하입니다.
-상호접속의 표준화: 전통적으로 장비 제조업체는 자체 전용 인터페이스 보드를 사용하고 독점적인 고차 변조 방법과 FEC 알고리즘을 사용합니다. 다른 제조업체의 인터페이스는 서로 통신할 수 없습니다. 따라서 코히어런트 광 트랜시버의 상호 연결은 업계가 지향하는 방향입니다.
그림 1 2가지 표준화된 패키지(QSFP-DD, OSFP, CFPXNUMX-DCO)의 플러그형 코히어런트 광 트랜시버
200G CFP2-DCO 및 400G QSFP-DD ZR은 Fibermall에서 가장 널리 사용되는 코히어런트 광 트랜시버입니다.
-200G CFP2-DCO의 특징은 다음과 같습니다.
핫플러그 가능한 CFP2 폼 팩터에서 사용 가능
C-대역 전대역 조정 가능한 초소형 선폭 레이저
단일 모드 광섬유를 통한 최대 80km/500km 전송 거리
DP-QPSK 변조 사용
듀얼 LC 광 포트
상업용 등급 작동 온도 범위는 0 ~ 70℃입니다.
전원 전압 3.3V
RoHS 준수(무연)
-400G QSFP-DD ZR:
에지 DCI에 이상적
OIF(Open Internetworking Forum) 준수
400G 데이터 속도 지원
최대 120km 지점 간 도달 범위 제공
인터넷 서비스의 발전, 클라우드 인프라의 구축, AI 컴퓨팅, 통신 및 데이터 센터 운영자의 필요성으로 인해 다양한 제조업체의 광 트랜시버 상호 운용성에 대한 명확한 요구 사항이 제시되었습니다.
FEC 표준과 관련하여 GFEC, SCFEC, RS10, CFEC, oFEC, SD-FEC 등과 같은 다양한 유형이 있으며 다른 속도와 표준에 해당하며 일반적으로 6세대로 나눌 수 있습니다. 6.7세대는 블록 코드에서 이득 요구 사항은 8dB이고 오버헤드는 6.7%입니다. 11세대는 25dB의 이득 요구 사항과 XNUMX%의 오버헤드가 있는 계단식 인터리빙 반복입니다. XNUMX세대는 TPC(터보 제품 코드) 및 LDPC(저밀도 패리티 검사 코드 검증) 알고리즘을 사용하여 XNUMXdB의 이득 요구 사항과 XNUMX% 이상의 오버헤드가 있는 연성 결정 SD-FEC입니다. 성좌 확률 형성에 기반한 FEC 생성은 아직 표준을 발표하지 않았습니다.
DSP 알고리즘 측면에서 400ZR을 예로 들면 프레임 포맷, 비차등 코딩, 조정 마크, 심볼 매핑 규칙, 트레이닝 시퀀스, 파일럿 심볼 및 기타 상호 통신에 필요한 정보가 표준화됩니다. MIS 표준에 관해서는 이미 CFP MIS, C-CMIS, CMIS 등 다양한 표준 유형이 존재한다. ZTE의 코히어런트 광 트랜시버 제품은 항상 업계 최고의 수준이었습니다. 자체 개발한 100G/200G/400G/600G MSA 트랜시버를 연속적으로 출시했으며 업계를 선도하여 100G CFP, 200G/400G DCFP2 시리즈 플러그형 광 트랜시버, DCFP2/QSFP-DD 및 자체 사용하는 고집적 플러그형 트랜시버 출시 -개발된 광전자칩도 점진적으로 개발되고 있다.
400G 코히런트 표준의 비교 분석
현재 상용 코히어런트 기술은 단파장 800G로 발전했지만 현재 800G는 업계 관련 표준이 없는 반면 400G 코히어런트 기술은 400ZR, OpenROADM 및 OpenZR+의 세 가지 표준이 있습니다.
400ZR은 데이터 센터 상호 연결(DCI) 2016G 코히어런트 광 트랜시버를 위한 QSFP-DD 및 OSFP와 같은 폼 팩터를 지원할 수 있는 전력 예산으로 상호 운용 가능한 코히어런트 광 트랜시버 인터페이스를 표준화하기 위해 400년 OIF(Optical Internetworking Forum)에서 시작한 프로젝트입니다. OIF에서 제안한 이 폼 팩터는 15W 트랜시버 전력 목표를 충족해야 하기 때문에 전송 성능이 희생될 수 있는 특정 애플리케이션에 중점을 둡니다.
OIF-400ZR은 에지 DCI 애플리케이션을 대상으로 합니다. 클라이언트 측에서는 400GbE 속도만 정의하고 전송 거리는 80~120km이며 CFEC 순방향 오류 수정을 사용합니다. OIF는 일관된 상호 운용성 표준이 가능함을 입증했으며 제안된 400ZR 솔루션은 업계에서 잘 지원됩니다. 동시에 시스템 운영자는 이러한 고밀도 폼 팩터의 열 성능을 더욱 개선할 여지가 있음을 입증했으며, 이를 통해 이러한 폼 팩터의 광 트랜시버가 추가 기능을 지원하여 더 높은 성능을 제공할 수 있습니다.
OIF의 성공을 바탕으로 AT&T가 이끄는 통신 사업자는 장거리 전송을 지원할 수 있는 표준 OpenROADM MSA를 정의했습니다. OpenROADM은 다른 프로토콜을 지원하고 해당 오버헤드 비트 비율을 높여야 하는 OTN 네트워크용으로 설계되었습니다. OpenROADM MSA는 주로 통신 사업자의 ROADM 네트워크 애플리케이션을 위한 것입니다. 100km 전송 거리로 터미널 인터페이스에서 200G, 400G, 500GbE 속도 및 OTN을 정의합니다. 개방형 FEC(oFEC) 순방향 오류 수정 알고리즘을 채택합니다.
400ZR 및 OpenROADM은 데이터 센터 상호 연결 및 통신 광 전송 네트워크를 위한 플러그형 코히어런트 광 트랜시버의 유형 및 성능 특성을 각각 정의하지만 각각 특정 제한 및 단점이 있습니다. 예를 들어, 400ZR은 400GbE 클라이언트 측 인터페이스만 지원하는 반면 OpenROADM은 통신 사업자의 네트워크 시나리오에만 적용됩니다. 따라서 업계의 일부 주류 제조업체는 OIF-400ZR 및 Open ROADM 표준의 각각의 장점을 결합하고 또 다른 MSA 표준인 OpenZR+를 출시했습니다. 이 세 가지 표준의 일반적인 진화 관계는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2 코히어런트 광 트랜시버를 위한 상호 운용성 표준의 개발 및 발전
OpenZR+MSA는 다중 공급업체 상호 운용성을 지원하기 위해 QSFP-DD 및 OSFP와 같은 플러그형 형식에서 향상된 기능과 향상된 성능을 달성하기 위해 더 넓은 적용 범위를 가지며 메트로, 백본, DCI 및 통신 사업자를 목표로 합니다. OpenZR+는 400ZR의 단순한 이더넷 순수 호스트 인터페이스를 유지할 뿐만 아니라 100G, 200G, 300G 또는 400G 라인 인터페이스의 다중 속도 이더넷 및 다중화 기능에 대한 지원을 추가하고 CableLabs에서 표준화한 OpenROADM MSA 및 oFEC를 채택하여 결과적으로 더 높은 분산 내성 및 더 높은 코딩 이득. 2020년 400월, OpenZR+는 메트릭스 북의 첫 번째 공개 버전을 출시했습니다. OIF-1ZR, Open ROADM, OpenZR+의 XNUMX가지 표준으로 정의된 코히어런트 광 트랜시버의 주요 성능 지표는 표 XNUMX과 같다.
표 1 400ZR, OpenROADM, OpenZR+ 코히어런트 광 트랜시버 상호 운용성의 표준 매개변수 비교
네트워크 사업자는 라인 측 광 트랜시버에서 클라이언트 측과 동일한 폼 팩터를 사용하는 것이 유리하며, 이는 더 간단한 네트워크 아키텍처를 통해 비용을 절감합니다. OLS(Open Line System)의 최근 산업 동향과 결합하여 이러한 전송 광 트랜시버는 외부 전송 시스템 없이 라우터에 직접 삽입할 수 있습니다. 이는 비용, 전력 소비 및 설치 공간을 줄이는 동시에 제어 플랫폼을 단순화합니다. 예를 들어, 그림 3의 네트워크 애플리케이션 시나리오에서 사용자는 OpenZR+의 요구 사항을 충족하는 간섭성 광 트랜시버를 OLS를 지원하는 라우터의 포트에 직접 삽입하거나 라인 측 포트에 삽입하도록 선택할 수 있습니다. 신호 프로토콜 변환을 실현하는 데 사용되는 전송 장치. , 다음 장치의 클라이언트 측 포트를 통해 라우터에 연결합니다. 코히런트 DSP 및 코히어런트 광 트랜시버 공급업체는 Acacia, NEL, Inphi, NeoPhotonics 등과 같은 코히어런트 광 트랜시버의 상호 운용성 테스트를 적극적으로 수행하고 있습니다. 현재 전송 거리가 짧은 코히어런트 광 트랜시버는 여러 제조업체와 상호 운용할 수 있습니다.
그림 3 OpenZR+를 지원하는 애플리케이션
400G 코히어런스 적용 후 기술진화 분석
표준화 진화의 관점에서 볼 때 차세대 400G 코히어런트 플러그 가능 제품은 단파 800G 속도를 채택할 가능성이 높습니다. 최근 OIF는 차세대 코히어런트 기술 표준인 800ZR 개발을 논의하고 있습니다. 현재 초기 고려 사항은 DCI 시나리오의 경우 80~120km(증폭된) DWDM 링크를 지원하고 캠퍼스 시나리오의 경우 증폭 없는 2~10km 링크를 지원하는 것입니다. 클라이언트 측 인터페이스는 2×400GE 또는 1×800GE를 지원하고, 라인 측은 단일 파장 800G 코히어런트 라인 인터페이스를 지원한다.
프레임 구조 표시기는 클라이언트 측에서 라인 측으로 매핑되고 라인 측의 신호 표시기는 상호 운용성을 달성하기 위해 정의됩니다. 부품 수준에서 OIF는 더 높은 변조 속도를 지원하는 차세대 코히어런트 변조기 기술 사양 OIF-HB-CDM2.0도 논의하고 있습니다. 국내에서 CCSA 광 장치 작업 그룹은 최근 6Gbps IC-TROSA 및 800×800Gbps 위상 변조 광 트랜시버를 포함하여 1Gbps 광 장치 산업 표준의 800개 프로젝트를 승인했습니다.
따라서 업계에서는 박막 니오브산 리튬(TFLN)과 같은 일부 새로운 재료 및 장치 기술도 시도하고 있습니다. 니오브산리튬은 항상 광변조기의 고급 재료로 여겨져 왔습니다. 기존의 벌크 재료 리튬 니오베이트 변조기는 장치 크기에 따라 제한된 크기와 대역폭으로 인해 64GBd 이상의 전송 속도 애플리케이션을 지원할 수 없습니다. 최근 몇 년 동안 TFLN 칩 처리 기술의 발전으로 니오브산리튬 변조기 역시 소형화 및 고대역폭을 구현할 수 있어 100GBd 이상의 광변조기 구현을 위한 잠재적인 기술로 간주되고 있다. 또한 장치 수준에서 높은 대역폭을 달성하기 위해서는 전기 구동 칩 및 패키징 기술도 해결해야 할 난제 중 하나입니다.
