800G QSFP-DD800 OSFP 송수신기

800G 플러그형 MSA의 스폰서는 주로 China Telecom Technology Laboratory, H3C, Huawei, Sumitomo, Tencent 및 Yamazaki를 포함한 중국 및 일본 회사입니다. 목표는 아래 그림과 같이 전송 거리가 800m, 8m 및 100km인 4X200G 및 100X500G 사양을 포함하여 단거리 2G 전송을 사용하는 데이터 센터 애플리케이션을 위한 플러그형 저비용 광 모듈을 정의하는 것입니다. 

현재 업계에서는 800년에 2021G 전송 요구가 나타나고 2023년까지 시장이 성숙하기 시작할 것이라는 일부 견해가 있습니다. 이에 따라 미국 통신 거대 기업인 Broadcom과 Cisco가 이끄는 QSFP-DD800 MSA 광 모듈 작업 그룹이 있습니다. QSFP-DD 형식의 800G 광 모듈 및 관련 커넥터의 표준화.

1. 새로운 애플리케이션(클라우드 컴퓨팅, AI 애플리케이션)은 더 높은 상호 연결 대역폭에 대한 요구를 가져왔고 업계는 800G와 같은 더 빠른 광 모듈을 필요로 합니다.

2. 서로 다른 위치에 있는 스위치의 데이터 센터 아키텍처 및 대역폭 요구 사항

3. SR 상호 연결 시나리오 요구 사항, 8x100G 솔루션 기술 분석

4. 핵심 기술인 4x200G 기술의 타당성, 시나리오를 상호 연결하기 위한 FR의 분석 필요;

5. DR 시나리오를 위한 잠재적 기술 솔루션

6. 요약 및 전망.

Fiber Mall 연구에 따르면 AR/VR, AI 및 5G와 같은 새로운 애플리케이션은 점점 더 많은 양의 트래픽을 생성하고 기하급수적으로 성장할 것입니다. 이것은 그림과 같이 더 많은 대역폭과 더 많은 연결이 필요하게 됩니다. 글로벌 인터커넥트 대역폭 용량은 향후 48년 동안 복합 성장률 XNUMX%로 빠르게 증가할 것입니다.

수요에 해당하는 시장도 이러한 추세를 반영합니다. 라이트카운팅은 그림 4에서 보는 바와 같이 데이터센터 시장의 400G 광모듈이 향후 2년간 급성장하고 400년경 800x2022G 또는 800G 시장이 등장할 것으로 내다봤다. 라이트카운팅 CEO 블라디미르 박사에 따르면 시장 조사에 따르면 클라우드 데이터 센터 운영자는 증가하는 네트워크 트래픽에 대처하기 위해 800~2023년에 2024G QSFP-DD 및 XNUMXG OSFP 광 모듈을 배치할 예정입니다. 이러한 광학 모듈의 대부분은 플러그형이며 모듈이 함께 패키징되는 것을 볼 수 있습니다.

12.8년 안에 용량을 두 배로 늘리는 무어의 법칙이 스위칭 ASIC 칩에서 아직 만료되지 않았기 때문에 클라우드 데이터 센터의 아키텍처는 용량 확장으로 인해 어려움을 겪을 것입니다. 현재 상용화된 이더넷 스위치의 용량은 25.6Tb/s이지만 1년 안에 5Tb/s로 교체될 예정입니다. 스위치의 용량 발전 경로는 그림 XNUMX에 나와 있으며, 이는 고밀도 광학 상호 연결에 엄청난 압력을 가할 것입니다. 이는 모든 광전자 장치가 CMOS 프로세스처럼 XNUMX년마다 집적 밀도를 두 배로 늘릴 수 없기 때문입니다. 이것은 장치, 디자인 및 제조 방법의 차이에 의해 결정됩니다.

지난 몇 년 동안 NRZ 직접 프로빙을 기반으로 하는 100G 단거리 광 모듈은 클라우드 서비스를 위해 빠르게 성장하는 대부분의 트래픽을 처리하면서 큰 인기를 얻었습니다. IEEE는 400년 2011월 400GE 관련 표준에 대한 연구를 시작한 이후 2020년에 대규모로 4G QSFP-DD 광 모듈을 배치했으며 내년에는 수요가 더욱 강해질 것입니다. 그림 400는 이러한 성장 추세를 보여줍니다. 애플리케이션 초기 단계에서 4G QSFP-DD 모듈은 주로 4x100G 속도 및 최대 500m 거리의 ​​DR4 시나리오와 2x200G 속도 및 최대 2km 거리의 ​​FR400 시나리오, 800GE MAC 기능은 실제로 사용되지 않습니다. 동시에 IEEE는 단기적으로 8GE 광 포트를 표준화하지 않을 수 있으며 적어도 지난 100년 동안은 2GE 표준의 400x800GE 또는 800x800GE 고밀도 상호 연결을 완료하지 못할 것입니다. 그러나 그때까지 XNUMXG에 대한 실제 수요가 나타났기 때문에 업계는 서로 다른 제조업체의 XNUMXG 광 모듈 제품의 상호 연결 및 상호 운용성을 달성하기 위한 사양을 개발해야 합니다.

일반적으로 데이터 센터 아키텍처 및 트래픽 특성은 서비스되는 애플리케이션에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어, 외부 고객에게 XaaS 유형의 서비스를 제공하는 데이터 센터의 주요 트래픽은 North-South 서버-투-클라이언트일 가능성이 높으며, 이 경우 데이터 센터 규모는 지리적으로 더 집중될 수 있습니다. 반대로 내부 요구를 위한 클라우드 또는 스토리지 지향 데이터 센터에서는 트래픽이 동서 서버 간 흐름이 더 많으며 일반적으로 메가 데이터 센터 리소스의 집중이 필요합니다. 애플리케이션 시나리오가 유사하더라도 운영자는 여전히 자신의 선호도에 따라 PSM4 또는 CWDM4 기반 광 상호 연결 솔루션을 선택할 수 있습니다. 이는 데이터 센터 아키텍처와 기술의 다양성으로 이어집니다.

최소한 3개의 공통 데이터 센터 아키텍처가 있습니다. 아래 그림은 일반적인 데이터 센터 아키텍처(3계층)와 스위칭 속도 진화 로드맵을 보여줍니다. 그러나 일반적인 데이터 센터에는 그림에 있는 것보다 더 많은 장치가 있으며 아키텍처는 더 크고 복잡해 보입니다. 약 1:800의 수렴 비율이 각 레이어 간에 고려됩니다. 예를 들어 하나의 스파인 스위치가 200개의 리프 스위치에 연결될 수 있습니다. 다른 데이터 센터(DCI 시나리오)와의 상호 연결을 달성하려면 스파인 레이어 위에 ZR 유형의 일관된 광 상호 연결 솔루션이 필요합니다. 4G 인터페이스 속도의 상징은 서버와 TOR 스위치 사이의 속도가 4G에 도달하면 Spine 레이어뿐만 아니라 TOR와 리프 사이에 PSM200 XNUMXxXNUMXG 팬 아웃 구조를 채택해야 한다는 것입니다.

여기에서 TOR, 리프 및 스파인 스위치는 실제로 액세스 계층, 집계 계층 및 코어 계층에 해당합니다. 일반적인 DCN(데이터 센터 네트워크)의 경우 800G의 서버 대역폭을 배포하는 경우 200G의 네트워크 연결 대역폭이 필요합니다. 그러나 일부 거래-offs는 데이터 센터 구축 예산을 기반으로 서비스(대역폭, 전송 거리 및 기타 리소스)를 제공하기 위해 데이터 센터의 용량으로 만들 수 있습니다. 표 1에서와 같이 데이터 센터 네트워크의 여러 계층에 대한 대역폭 및 전송 거리 요구 사항과 권장 광 모듈 패키지 크기 요구 사항이 제공됩니다.

최근 부상하고 있는 AI 애플리케이션의 방대한 컴퓨팅 수요를 고려할 때, 그림 7과 같이 일부 AI 애플리케이션 지향 슈퍼컴퓨터 클러스터 또는 AI 데이터 센터에서는 일반적으로 XNUMX계층 스위칭 아키텍처가 채택됩니다. 이는 AI 컴퓨팅의 특성을 고려하기 때문입니다. , 레이어 간 트래픽 집계가 필요하지 않습니다. 각 서버의 트래픽이 이미 매우 크기 때문에 스위치 인터페이스에 직접 대응하고 전용 대역폭 리소스를 사용합니다. 이러한 AI 또는 슈퍼컴퓨터 데이터 센터 네트워크의 트래픽 특성이 기존 데이터 센터의 트래픽 특성과 다르다는 것을 알 수 있습니다. 잦은 교환이 필요하지 않은 주로 입자가 큰 교통 서비스입니다.

이 레이어 2 데이터 센터 네트워크는 레이어 간 트래픽 집계가 필요하지 않습니다. 400G 서버가 배치된 경우 800G 네트워크 상호 연결 대역폭이 필요합니다. 기존의 2계층 스위치 데이터 센터 네트워크와 비교할 때 이 XNUMX계층 아키텍처는 신속한 배치에 더 편리하고 대기 시간이 짧아 미래의 AI 또는 슈퍼컴퓨터 DCN에 매우 적합합니다. 표 XNUMX는 이 DCN의 특정 기술 지표를 보여줍니다.

그러나 일부 소규모 회사 또는 소규모 클라우드 데이터 센터 네트워크에서는 Leaf와 서버 간의 전송 속도가 400G만큼 많은 대역폭을 필요로 하지 않을 수 있으므로 직면한 실제 애플리케이션 시나리오와 비용 간의 관계를 고려한 특정 설계가 필요합니다.

데이터 센터 구축에서 살펴봐야 할 사항에 대해 이야기해 봅시다. 데이터 센터 솔루션에서 살펴봐야 할 가장 중요한 두 가지 요소는 확장성과 비용입니다. 데이터 센터를 설계할 때 비용 제어 및 성능은 너무 높거나 낮은 표준으로 구축될 수 없습니다. 사용자가 과도하게 구축하면 더 많은 비즈니스를 확장하는 데 이러한 리소스를 사용할 수 있지만 낭비되는 리소스가 있게 됩니다. 그러나 유휴 리소스 용량은 비용이 많이 들고 실제로 사용해야 할 때 해당 용량은 쓸모 없는 기술이 될 수 있습니다. 예를 들어 사용자가 예상 수명 주기가 10년인 데이터 센터를 구축하고 향후 성장을 수용할 수 있는 추가 용량을 내장한 경우 해당 용량은 XNUMX년 후에 쓸모 없게 될 수 있습니다. 그때까지 전력 소비, 성능 및 기타 기능의 발전으로 인해 데이터 센터 운영 및 유지 관리가 상당히 불리해질 수 있습니다.　

데이터 센터가 더 낮은 표준으로 구축되면 더 어려울 수 있고 더 비쌀 수도 있습니다. 규칙을 설계하는 사용자의 능력이 계획된 요구 사항에 미치지 못하는 경우 데이터 센터를 확장 및 업그레이드할 때 상당한 자본 지출이 발생합니다.

위와 같은 데이터 센터 구축이 가능한 문제이기 때문에 데이터 센터의 급속한 확장, 편리한 운영 및 이러한 주요 문제의 비용이 많은 기업의 우선 순위입니다.

앞서 언급한 데이터 센터의 과잉 또는 미달 가능성 때문입니다. 따라서 빠른 데이터 센터 확장, 운영 용이성 및 비용이라는 주요 문제는 많은 기업의 우선 순위입니다. 가장 유연한 솔루션을 위해 기업은 종종 데이터 센터 호스팅 모델을 선택합니다. 데이터 센터 호스팅 운영자는 사용자가 "주문형 지불, 점진적 확장"을 허용합니다. 사용자는 필요에 따라 임대 공간을 확장하거나 축소할 수 있으며 관련 사용료만 지불하면 됩니다. 이렇게 하면 사용자에게서 사용되지 않거나 충분히 활용되지 않는 용량이 제거되고 모든 인프라 관련 문제가 제거되며 IT 투자 가치가 극대화됩니다.

그러나 데이터 자체의 가치를 더 중요시하는 일부 인터넷 거인에게는 문제가 되지 않기 때문에 거액의 투자를 주저하지 않고 자체 데이터 센터를 구축하고 자체 클라우드 서비스를 제공하여 핵심 자산을 보유하고 있습니다. 자신의 손에. 예를 들어, 알리바바, 텐센트, 바이두, 페이스북, 구글, 심지어 그들 중 일부는 네트워크 인프라 관련 전담 연구 부서를 두고 다양한 저비용 및 고속 광 상호 연결 솔루션을 연구하고 심지어 광 모듈을 자체적으로 개발합니다. 목표는 더 나은 데이터 센터 네트워크를 구축하고 더 빠르고 다양한 서비스를 제공하며 더 많은 사용자를 유치하는 것입니다.

마지막으로, 데이터 센터 네트워크가 최근 몇 년 동안 인기를 얻은 이유를 설명할 가치가 있습니다. 모든 것은 비디오에서 시작됩니다. 아래에 나와 있는 Cisco의 최신 VNI 트래픽 예측에 따르면 비디오 트래픽은 최근 몇 년 동안 네트워크에서 점점 더 중요한 부분이 되었으며 80년까지 모든 인터넷 트래픽의 2022% 이상을 차지할 것으로 예상됩니다. 우리는 매일 비디오 트래픽의 수신자이자 생산자입니다. 비디오 서비스의 부상은 베어러 네트워크 아키텍처와 트래픽 분포의 변화입니다. 콘텐츠 배포 네트워크(CDN)의 구축과 데이터 센터 네트워크(DCN)의 싱킹으로 인해 비디오 및 파일과 같은 콘텐츠가 사용자에게 더 가깝게 캐시되어 대기 시간이 단축되고 버퍼링이 빨라졌습니다. 대부분의 트래픽은 더 이상 백본 네트워크에서 장거리를 이동할 필요가 없지만 단거리 및 중거리 대도시 네트워크 또는 데이터 센터 네트워크 범위 내에서 종료됩니다. 2017년 초, 단거리 및 중거리 MAN 트래픽이 장거리 백본 트래픽을 능가했다는 보고가 있었습니다. 데이터 센터, 특히 클라우드 데이터 센터 상호 연결(DCI)은 메트로 네트워크의 가장 일반적인 애플리케이션입니다. 따라서 최근 몇 년 동안 화제가 뜨겁다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

100m 데이터 센터 전송의 경우 실제로 채널당 약 100G의 속도 제한이 있는 VCSEL 전송 기술로 인해 업계는 실제로 어려움을 겪었고 속도를 계속 높이기는 어려워 보입니다. 800G MSA는 그림 8와 같이 100~60m 전송을 지원하는 SR 애플리케이션을 위한 저비용 100x9G QSFP-DD 또는 OSFP 광 모듈을 개발하여 SR에서 최소한 가장 중요한 애플리케이션을 보장하는 것을 목표로 합니다.

또한 800G MSA 워킹 그룹은 800G 고밀도 광 인터커넥트 시장에 신속하게 진입할 수 있도록 고도로 통합된 접근 방식을 통해 비용을 선형적으로 절감할 수 있는 송신기 기술을 정의하려고 시도하고 있습니다. 저가형 800G SR8은 ​​저가형 직렬 100G 서버 연결(스위치 포트 증가 및 랙당 서버 수 감소)을 제공하여 현재 데이터 센터의 진화 추세를 지원할 수 있습니다. 그림 9에서 볼 수 있듯이 800G MSA 작업 그룹은 100G PAM4 기술을 기반으로 단일 모드 파이버 상호 연결을 위한 저비용 물리적 매체 종속 하위 계층(PMD) 사양을 정의합니다. 또한 SR 애플리케이션에서 낮은 대기 시간이 필요하기 때문에 KP4 FEC는 800G MSA 광 모듈에서 오류 수정을 구현하는 데 사용되며 다른 DSP 알고리즘에는 간단한 클록 복구 및 이퀄라이제이션이 포함됩니다. 8x8G에 연결할 수 있도록 PSM100 모듈용 커넥터도 정의해야 합니다.

기존 SR 모듈과 비교하여 800G SR8은 ​​더 이상 VCSEL 기반 다중 모드 솔루션을 사용하지 않고 PAM8 변조 형식과 DSP 칩을 포함하는 병렬 단일 모드 전송 방법인 PSM4을 사용합니다.

위에서 분석한 바와 같이 단일 채널 100G 속도는 400G QSFP-DD SR8의 다중 모드 솔루션을 제한하여 800G QSFP-DD SR8로의 진화를 계속할 수 있습니다. IEEE의 이론적 모델에 기초하여 보레이트가 50G 대역에 도달할 때 다중 모드 파이버 MMF가 지원하는 전송 거리는 표 50과 같이 3m를 초과하지 않을 것이라고 추론할 수 있습니다.

주요 제한 요소는 VCSEL의 변조 대역폭과 MMF의 복합 분산입니다. 장치 및 광섬유 설계를 최적화하여 강력한 DSP 알고리즘의 도움으로 전송 거리를 약 100m까지 확장할 수 있지만 비용이 많이 들고 지연이 크고 전력 소모가 큽니다. 이를 바탕으로 MSA Pluggable 800G 광 모듈 워킹 그룹은 800G-SR8 상호 연결을 위한 단일 모드 전송 기술을 권장합니다.

낮은 비용과 전력 소비로 단일 모드 광섬유 SMF 기반 솔루션을 보장하려면 800G-SR8에 대해 합리적인 PMD 표준 요구 사항을 정의해야 합니다. PMD 레이어 정의는 최소한 세 가지 원칙을 충족해야 합니다.

1) DML, EML 및 SiPh와 같은 여러 솔루션 기반 송신기 기술을 허용합니다.

2) 목표 링크 성능을 달성하기 위해 장치의 모든 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다.

3) 신뢰할 수 있는 링크 성능이 만족되는 한 PMD 계층의 매개변수를 최대한 완화합니다. 이 세 가지 원리를 실험적 연구 결과와 함께 설명하고 분석하면 다음과 같다.

우선 전력 예산 측면에서 단일 모드 기반 800G-SR8은 400G-SR8과 매우 유사할 것으로 예상되며 유일한 차이점은 새로 정의된 PSM8 단일 모드 커넥터에 대한 삽입 손실을 정의해야 한다는 것입니다. . 이는 DSP 칩이 현재 800G-SR8 상호 연결에서 입증된 광전자 장치를 직접 사용하여 400G-SR8의 전력 예산 요구 사항을 충족할 수 있음을 의미합니다. 따라서 PSM8 커넥터를 정의하는 것 외에도 800G-SR8 PMD 사양을 정의하는 데 있어 가장 큰 과제는 PAM4(TDECQ)에 대한 적절한 송신기 OMA(광 변조 진폭), 소광비(ER), 송신기 및 분산 아이 클로저를 찾는 데 있습니다. 및 수신기 감도. 이러한 적합한 메트릭을 찾기 위해 MSA 작업 그룹은 그림 10과 같이 다양한 송신기의 BER 성능을 테스트하고 평가했습니다.

위의 실험 결과는 상용 100G DSP 칩을 기반으로 단일 파장 4G PAM400 신호에서 실시간으로 측정된 BER vs. OMA 곡선입니다. 그 중 EML과 SiPh의 100G 결과는 최근 몇 년 동안 논의가 되었기 때문에 이미 알려져 있을 수 있지만 DML 솔루션 기반의 감도도 상당히 좋은 편이고 BER 플랫폼만 약간 더 높긴 하지만 그만큼 KP4 FEC의 BER 임계값 미만입니다. 실리콘 포토닉스이기 때문에 광송신기 손실이 조금 크고 출력 전력이 다른 솔루션보다 작기 때문에 800G SR8 최소 OMA 지수를 정의할 때 적절한 완화를 고려하도록 노력해야 합니다.

EML 및 SiPh 장치보다 대역폭이 작은 DML 장치가 위의 DML 결과에 사용되었지만 IEEE 정의 400GE 참조 수신기보다 더 강력한 상용 DSP 칩을 사용하면 여전히 더 나은 균등화를 달성하고 유사한 OMA 감도를 얻을 수 있습니다. EML 및 SiPh는 800G SR8 전력 예산을 충족합니다. 800G SR8 애플리케이션에서 DSP의 잠재력을 최대한 활용하려면 TDECQ와 같은 수신기 컴플라이언스 테스트를 재정의하여 현재 정의된 5개 탭보다 더 많은 탭과 같이 상용 DSP 칩의 실제 이퀄라이제이션 기능과 일치시켜야 합니다.

한편, SR 시나리오의 낮은 감도 요구 사항과 800G 광 모듈의 엄격한 전력 소비 제약을 고려하면 향후 800G 광 모듈에서도 복잡성이 낮은 DSP 모드를 사용하는 것이 좋습니다. 소광비(extinction ratio) ER은 전력 소비와 직접적으로 관련된 지표로서 이론적으로 링크의 안정적인 전송이 보장되는 한 ER이 낮을수록 좋습니다. 위의 분석을 기반으로 MSA 작업 그룹은 SMF를 기반으로 하는 저비용, 저전력 솔루션이 800G-SR 애플리케이션을 위한 유망한 솔루션으로 사용될 수 있다고 믿습니다.

PAM200 변조 기술을 기반으로 하는 단일 채널 4G 전송은 IMDD(Intensity Modulation Direct Detection) 시스템의 다음 주요 기술 이정표이자 4채널 800G 광학 상호 연결 및 이를 기반으로 하는 추가 1.6T 고속 상호 연결을 달성하기 위한 기반입니다.

그림 11에서 볼 수 있듯이 워킹 그룹은 전체 코딩 이득을 개선하기 위해 112G 전기 입력 신호 위에 레이어를 래핑하기 위한 새로운 저전력, 저지연 FEC 솔루션을 포함하여 전체 PMD 및 부분 PMA 레이어 사양을 정의합니다. 모뎀의.

업계의 목표 중 하나는 일반적으로 사용되는 ADC 및 DAC를 포함하여 송신기 및 수신기 구성 요소를 위한 차세대 광대역 전기 및 광학 시뮬레이터를 개발하는 것입니다. 플러그형 800G 광 모듈의 전력 요구 사항을 충족하기 위해 차세대 200G PAM4 DSP 칩은 7nm/5nm와 같은 저접합 CMOS 프로세스를 사용하여 제조되며 저복잡성, 저전력 디지털 신호 처리 알고리즘도 필요합니다. 채널을 균등화합니다.

4x200G FR 상호 연결 솔루션은 두 가지 구현 경로를 갖는 것으로 보입니다. 하나는 4쌍의 단일 모드 광섬유가 있는 PSM4 솔루션이고 다른 하나는 CWDM4 기반의 단일 광섬유 쌍을 사용하며 여전히 외부 광 포트에서 상대적으로 큰 차이가 있습니다. 밀도, CWDM4 모듈의 비용 및 복잡성도 크게 증가해야 합니다.

LAN-WDM에서는 온도 제어를 위해 TEC가 필요하지만 단일 채널 200G 애플리케이션에서는 온도 제어를 피할 것으로 예상됩니다. 800G-FR4의 전력 예산은 CWDM4를 기반으로 분석됩니다. 전력 예산과 관련된 주요 요인에는 링크 삽입 손실, MPI(다중 경로 간섭), DGD(다른 그룹 지연), TDP(송신기 및 분산 패널티)가 포함됩니다. IEEE 표준에 발표된 모델에 따르면 MPI와 DGD로 인한 패널티는 표 4와 같이 계산된다. 단일 채널 200G의 보오가 100G보다 높기 때문에 분산 패널티가 더 커야 한다. 워킹 그룹은 3.9dB의 합리적인 TDP 값을 권장했습니다. 요약하면 수신기 노후화, 결합 손실 및 일반적인 송신기의 광 출력 전력을 고려하여 작업 그룹은 200G PAM4 수신기의 감도가 약 -5dBm이 되어야 한다고 결론지었습니다.

100G에 비해 200G의 보오가 두 배가 되어 SNR이 3dB 저하됩니다. -5dBm의 감도를 유지하고 Pre FEC BER 임계값을 초과하는 BER 플랫폼을 피하기 위해 더 강력한 FEC 오류 수정 코드를 사용해야 할 수 있습니다. 따라서 앞서 언급한 바와 같이 광 모듈을 구현할 때 지연 시간이 짧고 복잡도가 낮은 FEC의 추가 레이어가 KP4 FEC 위에 래핑되어야 합니다. 새로운 FEC 오류 임계값은 실제 광학 링크 성능 및 전력 예산 요구 사항에 따라 설정할 수 있습니다.

워킹 그룹은 또한 시뮬레이션과 실험을 통해 단일 채널 200G 링크의 성능을 추가로 분석했습니다. 링크에 사용된 장치의 매개 변수는 표 5에 나와 있습니다. 실험 결과는 새 FEC의 BER 임계값을 2e-3으로 설정하면 그림 12(a ). 그러나 실험에서는 협대역 필터링으로 인한 채널의 강한 코드간 간섭 ISI를 보상하기 위해 MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation) 알고리즘을 사용하였다. 

그림 12(a)의 점선은 실험 장치 매개변수 시뮬레이션을 기반으로 한 결과를 나타냅니다. 실험 결과와 함께 시뮬레이션 연구는 시스템 성능에 대한 제한 요소가 DA/AD, 드라이버 및 전기 광학 변조기와 같은 장치의 대역폭이라는 것을 보여줍니다. 고대역폭 장치가 향후 몇 년 내에 시장에 출시될 것이라고 가정하고 시뮬레이션은 동일한 시스템을 기반으로 하지만 장치 대역폭을 더 큰 크기로 설정한 후 해당 감도 요구 사항을 충족할 수 있음을 알 수 있습니다. 순방향 등화 알고리즘(FFE)만 사용하여 Pre FEC BER=2e-3에서 DSP이며, 그 결과는 그림 4(b)와 같으며 이는 이론적 기대에 부합합니다.

위의 분석을 기반으로 800G-FR4 시나리오 컴플라이언스 테스트에서 해당 TDECQ 메트릭을 충족하는 것이 여전히 권장됩니다. TDECQ 테스트에 사용되는 참조 수신기의 FFE 탭 수만 적절한 값으로 증가해야 하며, 이는 추가 논의 및 연구 가치가 있습니다. 물론 향후 100Gbd 장치의 용량(대역폭)이 우리의 기대에 미치지 못한다면 FR4 시나리오에서 MLSE와 같은 더 복잡한 알고리즘을 사용하는 것을 고려해야 하며 이는 새로운 컴플라이언스 솔루션 개발을 의미합니다.

Nyquist 주파수 범위(예: 56GHz)를 고려한 고속 신호의 신호 무결성을 보장하기 위해서는 4x200G 송신기 및 수신기의 패키지 설계를 재고해야 합니다. 송신기의 두 가지 가능한 구현이 그림 13에 나와 있습니다. 방법 A는 드라이버와 변조기가 함께 배치되는 기존 솔루션입니다. 반대로 솔루션 B에서 거꾸로 설계된 드라이버 칩은 RF 전송 라인에서 신호 무결성을 최적화하기 위해 DSP 칩과 함께 패키징됩니다. 이 두 기술 모두 현재 사용 가능합니다.

예비 시뮬레이션 연구에 따르면 솔루션 B를 사용하면 56GHz보다 더 나은 결과와 보장된 대역폭을 얻을 수 있습니다. 솔루션 A의 S21 주파수 응답 곡선의 리플은 드라이버 입력의 신호 반사로 인해 발생할 수 있으며, 이는 다음을 일치시켜 최적화할 수 있습니다. 솔루션 A의 최종 성능을 더욱 향상시키기 위한 드라이버 설계.

수신기 측에서 수신기의 대역폭을 보장하기 위해 고대역폭 TIA(트랜스임피던스 증폭기)와 함께 고대역폭 광검출기(PD)를 달성하려면 기생 커패시턴스를 줄여야 합니다. 현재의 반도체 기술을 이용하여 이러한 소자를 구현하는 데 기술적인 문제는 없다. 이미 관련 제품 개발에 많은 공을 들인 기업들도 있어 XNUMX~XNUMX년 안에 양산에 이를 것으로 보인다. 또한 PD와 TIA 간의 연결도 중요하며 기생 효과가 성능에 영향을 미칠 수 있으므로 최적화 및 분석이 필요합니다.

전반적으로 PreFEC BER 임계값이 2e-3인 더 강력한 FEC 솔루션은 200G PAM4 수신기의 감도 요구 사항을 보장하기 위해 이전에 언급되었습니다. 그림 14는 계단식 솔루션과 교체 솔루션 간의 비교 결과를 보여줍니다. 첫 번째 솔루션에서 KP4 FEC는 중간 광 포트에서 새롭고 더 비싼 FEC로 대체되며 총 오버헤드 및 순 코딩 이득 측면에서 이점이 있습니다. 두 번째 솔루션에서는 계단식 FEC 접근 방식이 채택되어 KP4가 외부 코딩 계층으로 계속 유지되고 새로운 내부 코드와 함께 사용됩니다. 이 계단식 코드는 대기 시간이 짧고 전력 소비가 적다는 이점이 있으므로 800G-FR4 애플리케이션 시나리오에 더 적합합니다.

2E-3 BER 임계값 FEC를 달성하는 보다 직접적인 방법은 그림 16에 표시된 세대 번호를 KP4와 직렬로 연결하여 전력 소비 및 종단간 지연을 최소화하는 것입니다. 단일 BER 수정 기능이 있는 해밍 코드와 이중 BER 수정 기능이 있는 BCH 코드 모두 이 캐스케이드 방식의 코드 생성에 적합한 선택입니다. 두 내부 코드 모두 약 6%의 오버헤드가 있으며 64개의 테스트 패턴이 있는 간단한 SIHO(soft-in-hard-out) 재귀 디코딩 알고리즘과 결합하여 해밍 및 BCH 코드 모두 2e-3 임계값 오류 수정 성능보다 더 나은 성능을 달성할 수 있습니다. 400GBASE-R에 정의된 심볼 분포는 기본적으로 캐스케이드 코딩을 위한 패리티 인터리버 역할을 하며 10k 비트 지연은 광섬유에 도입된 노이즈와의 역상관에 충분합니다.

표 6에 표시된 것처럼 800G DR을 달성하기 위한 네 가지 경로가 있습니다.

첫째, 8G MSA에 정의된 SR800 솔루션은 전송 범위를 500m까지 직접 확장할 수 있습니다. 병렬 광섬유 솔루션에는 더 많은 광섬유가 필요하기 때문에 최대 500m 길이의 광섬유 비용이 이 애플리케이션에서 문제가 될 수 있습니다.

둘째, 기존 FR4 솔루션을 기반으로 트랜시버 장치를 단순히 두 배로 늘리면 2x400G CWDM 솔루션을 제공할 수 있는데, 이는 광섬유 자원 소비와 체계 성숙도의 균형을 잘 맞추는 것으로 보이지만 비용과 전력 소비로 인해 실제 적용이 제한될 수 있습니다. .

마지막으로, 차세대 단일 채널 200G 솔루션(PSM4 또는 CWDM4)은 DR 애플리케이션을 다룰 수 있습니다. 이 접근 방식은 4쌍의 광 트랜시버 모듈만 필요하며 전력 소비와 비용이 가장 낮은 것으로 보입니다. 그러나 업계의 성숙도와 추가 증명의 실질적인 타당성으로 인해 솔루션이 언제 상용화될지는 명확하지 않습니다.

요약하면, 800G DR에 대한 네 가지 가능한 옵션이 논의되었으며 워킹 그룹은 각 기술 경로의 개발을 계속 모니터링하고 향후 적절한 시기에 옵션을 권장할 것입니다.

800G 플러그형 MSA는 800G-SR8 및 FR4 시나리오 모두에 대한 광학 모듈을 정의하는 데 앞장설 것입니다. SR8 시나리오에서 더 많은 기술을 고려하고 SMF 기반 단일 모드 솔루션을 도입하기 위해 작업 그룹은 PMD 계층의 일부 주요 매개변수에 대한 적절한 조정을 고려하여 결국 OMA 및 ER 요구 사항을 완화하여 전력 소비 및 TDECQ 테스트를 위한 참조 수신기를 재정의해야 합니다.

작업 그룹은 또한 200G FR800 애플리케이션을 위한 단일 채널 4G 광 전송의 기술적 타당성을 시연했습니다. 실험 및 시뮬레이션 결과는 목표 전력 예산을 달성하기 위해 광학 모듈에 저지연 및 저전력 FEC 코딩 하위 계층을 추가하는 것이 필요함을 보여주었습니다. 이 새로운 FEC의 기술 세부 사항은 다중 공급업체 상호 운용성을 용이하게 하기 위해 800G-FR4 표준 사양에 제시될 것입니다. 동시에 장치 대역폭 향상과 모듈 패키지 설계 최적화는 추가 연구가 필요한 두 가지 문제입니다.

800G 플러그형 MSA는 4년 2020분기에 사양의 첫 번째 버전을 발표했으며, 이미 프로토타입에 있는 소수의 장치와 800년에 첫 번째 2021G 광학 모델을 사용할 수 있을 것으로 예상됩니다. 400GbE 세대가 시장에 출시될 준비가 되면서, 800G 플러그형 광 모듈은 새로운 에코시스템을 활용하여 차세대 25.6T 및 51.2T 스위치에 더 높은 상호 연결 밀도를 제공하여 비용 효율적인 단일 채널 100G 및 200G 광 상호 연결을 가능하게 합니다.

800G에서 1.6T까지의 범위를 살펴보면 업계에서는 플러그형 광 모듈의 제한 가능성을 인식하기 시작했습니다. 기존 PCB를 사용하는 C2M용 SerDes 상호 연결은 단일 채널 200G 속도로 확장될 가능성이 낮으므로 아날로그 전자 장치/칩 및 광학 장치를 스위칭 칩에 더 가깝게 배치해야 합니다. 업계에서 궁극적으로 CPO(co-packaged optics), OBO(on board optics) 또는 업그레이드된 버전의 플러그형을 선택하든 MSA의 단일 채널 200G 정의는 800G 및 1.6T 상호 연결이 필요한 기본 장치, 중요성, 그리고 자명한 것의 중요성.