Na era 400G dos data centers, existem dois métodos principais de modulação, PAM4 aplicado a conexões internas DC e métodos coerentes para DCI ou interconexões de borda.
PAM4 é uma modulação de intensidade na qual a taxa de bits é representada ligando o laser e off. Ao contrário do NRZ com modulação de amplitude de nível 2, PAM4 é modulação de amplitude de pulso de nível 4, onde 4 representa quatro estados de amplitude diferentes. Eles correspondem a quatro estados, 00, 01, 11 e 10 respectivamente, e cada símbolo representa 2 bits de informação. Como resultado, o PAM4 pode transportar 100 Gbps de dados a 53 G baud.
No entanto, um módulo com modulação PAM4 que atinge 400 Gbps requer quatro comprimentos de onda independentes e lasers, moduladores e receptores separados. Devido ao uso de moduladores diretos, a distância de transmissão é principalmente curta. No entanto, neste cenário, os recursos de fibra são abundantes e cada fibra transporta um canal, mesmo que vários comprimentos de onda não sejam um problema. É por isso que o PAM4 é usado para conexões internas DC em 400G.
No cenário de interconexão de longa distância DCI, o PAM4 parece estar um pouco sobrecarregado, como resolver? A modulação coerente baseada no protocolo 400ZR com uma taxa de transmissão de cerca de 60 Gbaud operando em modulação 16QAM (DP-16QAM) de polarização dupla (os sinais ópticos são codificados em fase e amplitude) suporta comprimentos de onda únicos com 400 Gbps ou superior.
É claro que isso impõe requisitos de desempenho mais altos no laser do módulo óptico, exigindo lasers de largura de linha ultra-estreitos, moduladores de I/Q e receptores coerentes. Comparado com a modulação direta usada pelo PAM4, ele pode transmitir muito mais.
Então, na era 800G ou mesmo 1.2T/1.6T, quem são as mais competitivas dessas tecnologias em cenários de aplicativos de data center?
À medida que a tecnologia evolui, o transceptor 4G do PAM100 também pode alcançar distâncias maiores (transceptor ColorZ 100G da Inphi). Na era 800G, a diferença de tecnologia entre o PAM4 e o coerente se tornará ainda menor. E decidir se uma tecnologia é competitiva é simplesmente uma questão de considerar o custo e o consumo de energia. Vamos dar uma olhada nesses dois aspectos.
A maneira mais fácil de dobrar a taxa de dados mantendo a taxa de transmissão constante é copiar o hardware. O PAM4, por exemplo, pode usar quatro ou oito comprimentos de onda de 100G/200G, e a modulação coerente pode usar dois comprimentos de onda de 400G.
Outra maneira é aumentar a taxa de transmissão, por exemplo, dobrando-a para cerca de 110 Gbaud. O PAM4 ainda requer múltiplos comprimentos de onda e, no caso de módulos coerentes, a modulação é a mesma. Mas dobrar a taxa de transmissão trará um aumento de custo. Para técnicas de coerência, depende se o modulador e o receptor IQ são implementados usando InP ou fótons de silício.
Para o PAM4, pode ser usado um EML de modulação indireta, que é um laser com fosforeto de índio (InP) embutido. Ou uma matriz integrada usando moduladores de fótons de silício e uma matriz de laser InP. No entanto, tanto para PAM4 quanto para tecnologias coerentes, os módulos InP são mais caros, enquanto a luz de silício é mais barata.
Além disso, com a evolução da tecnologia de chip de 7nm para 5nm ou até 3nm, o DSP não apenas melhora a taxa de processamento, mas também tem um desempenho cada vez mais excelente na redução de energia. A relação entre o consumo de energia DSP e CMOS do módulo coerente e do transceptor PAM4 é mostrada na figura a seguir.
Como pode ser visto, o consumo de energia do PAM4 é quase 10 vezes menor que o do módulo coerente em taxas de 100G, mas essa diferença se torna menos pronunciada em taxas de 800G usando COMS de 5nm.
No entanto, no white paper de canal único 800G para 200G/800T do 1.6G PLUGGABLE MSA, o módulo baseado na detecção de modulação direta de 200G por canal é considerado de menor custo e menor consumo de energia, com a melhor relação preço/desempenho , como mostra a tabela abaixo.
| Solução 800G | 2 × 400G CWDM4 | CWDM4 | Coerente |
|---|---|---|---|
| Número de Laser | 8 | 4 | 2 |
| modulador | DML/EML | EML | SiOh/InP Largura de linha estreita ajustável,＞13dBm |
| Driver/Modulador | 8 | 4 | 4 |
| DP/TIAs | 8 (PD de terminação única) | 4 (PD de terminação única) | 4 (PD balanceado) |
| Largura de banda do componente | >25 GHz | >50 GHz | >50 GHz |
| Restrição FEC | 2E-4 | 2E-3 | TBD (高于IMDD) |
| Compatibilidade futura | Suportado | Suportado | Não suportado |
| Par de fibra | 2 | 1 | 1 |
| Consumo de energia | 16-18W | 12-14W | 20-24W |
| Custo | $$ | $ | $$$ |