Introdução às tecnologias de transceptor óptico 800G

Os cenários de aplicação do transceptor óptico 800G são divididos principalmente em SR (100m), DF/FR/LR (500m/2km/10km) e ER/ZR (40km/80km). A distância de conexão do switch top-of-rack (TOR) ao switch Leaf é curta. As grandes empresas de Internet geralmente adotam a tecnologia de conexão de velocidade 100G e atualizam gradualmente para 200G/400G a partir de 2021 e algumas empresas usam a tecnologia 800G em 2023.

Cluster de computação de IA e cluster convencional

A distância de conexão entre os switches Leaf e Spine chegará a 2km ou até 10km. A interconexão de data centers geralmente é uma conexão de backup de balanceamento de carga ou recuperação de desastres entre vários data centers adjacentes. A distância desta conexão pode chegar a dezenas de quilômetros. Ele usa principalmente multiplexação por divisão de comprimento de onda densa e comunicação coerente para reutilizar recursos de fibra óptica tanto quanto possível.

Evolução típica do módulo óptico

A evolução das soluções tecnológicas 800G inclui três gerações. A primeira geração possui interface óptica 8x100G e interface elétrica 8x100G, disponível comercialmente em 2021; A segunda geração possui interface óptica 4x200G e interface elétrica 8x100G. O horário comercial está previsto para 2024; A terceira geração possui interface óptica 4x200G e interface elétrica 4x200G. Espera-se que esteja disponível comercialmente em 2026. Dispositivos de chip optoeletrônico 200G de canal único e tecnologia de equalização são atualmente imaturos.

Em termos de interfaces elétricas, quando a taxa de canal único é igual à da interface óptica, a arquitetura do transceptor óptico atingirá seu estado ideal e terá as vantagens de baixo consumo de energia e baixo custo. A interface elétrica 100G de canal único será a interface elétrica ideal para o transceptor óptico 8x100G, e a interface elétrica 200G de canal único será a interface elétrica ideal para o transceptor óptico 4x200G. Em termos de embalagem, o transceptor óptico 800G pode vir em diferentes formatos, como QSFP-DD800 e OSFP.

Existem três tipos principais de arquiteturas de interface óptica de transceptor óptico 800G, nomeadamente módulos ópticos coerentes 8x100G PAM4, 4x200G PAM4 e 800G. Transceptor óptico 8x100G PAM4. O transceptor PAM4 opera a 53 Gbd e usa 8 pares de conversores digital para analógico (DAC) e conversores analógico para digital (ADC), 8 lasers, 8 pares de transceptores ópticos e 1 par de comprimento de onda grosso de 8 canais multiplexadores de divisão (CWDM). 4x200G PAM4. O transceptor PAM4 opera a 106 Gbd e usa 4 pares de DACs e ADCs, 4 pares de transceptores ópticos (incluindo 4 lasers) e 1 par de CWDM de 4 canais. Módulo óptico coerente 800G. Ele usa 4 pares de DACs e ADCs, 1 laser e 1 par de transceptores ópticos e lasers de comprimento de onda fixo podem ser usados ​​em módulos ópticos coerentes de data center para reduzir custos e consumo de energia.

3 tipos de arquiteturas de interface óptica de transceptor óptico 800G

A solução de modulação direta e inspeção direta 8x100G pode fazer uso da arquitetura técnica existente com tecnologias e padrões relativamente maduros e uma cadeia de fornecimento relativamente completa. No cenário SR, a tecnologia VCSEL 100G enfrenta desafios. Serão fatores-chave na evolução contínua desta tecnologia para melhorar o desempenho das soluções multimodo e reduzir o custo das fibras multimodo. As tecnologias de modo único representadas pela fotônica de silício (SiPh) e lasers diretamente modulados (DML) desenvolveram-se rapidamente. A tecnologia SiPh está se desenvolvendo mais rapidamente e espera-se que no futuro concorra com soluções multimodo em cenários de aplicação com distâncias de transmissão de 100 m ou menos. No cenário DR/FR, existem três soluções: EML, DML e SiPh. No cenário LR, existem soluções 800G LR8 baseadas em CWDM, LWDM e nLWDM.

Na solução de modulação direta e detecção direta 4x200G, o canal único 200G continua a usar o tipo de código de modulação PAM4 e pode aproveitar as condições relativamente maduras da indústria PAM4. Em 4x200G DR e cenários de aplicação FR, existem atualmente duas soluções técnicas: paralelo monomodo de 4 vias (PSM4) e CWDM4, que ainda enfrentam muitos desafios. Para cenários de aplicação LR, existem soluções LR800 4G baseadas em CWDM, LWDM e nLWDM, mas esta solução requer dispositivos de chip optoeletrônico de alta largura de banda, tecnologia de equalização mais forte e correção direta de erros (FEC) para garantir taxas de erro de bits corrigidas (BER). que apresenta grandes desafios técnicos.

As soluções técnicas no cenário 800G SR incluem soluções baseadas em DML/EML e SiPh. A solução 800G SR8 DML/EML usa 8x100G DSP, chip óptico DML/EML com o mesmo comprimento de onda, usa 8 fibras ópticas nas extremidades de envio e recebimento (PSM8) e usa conectores MPO de 24 ou 16 núcleos. A solução 800G SR8 SiPh usa modulador 8xSiPh MZ/laser de fibra contínuo (a luz de silício é usada como transmissor, enquanto o modulador e a fonte de luz são separados), que pode realizar uma arquitetura de fonte de luz compartilhada multicanal paralela. Se a perda de inserção for controlada adequadamente, o uso de 1-2 fontes de luz para obter 8 canais em paralelo pode dar ao sistema uma boa vantagem de custo.

Solução 800G SR: 8×100G SR8 DML/EML

Solução de tecnologia 800G SR: 8×100G PSM8 SiPh

No cenário 800G DR/FR, a solução 4x200G tem uma vantagem de menor custo. A solução 800G DR4 (EML/SiPh) usa DSP 4x200G. O chip óptico usa 4xEML/SiPh, com o mesmo comprimento de onda. Devido ao desenvolvimento limitado de largura de banda, a solução não utiliza DML. A extremidade de recepção e envio usa, cada uma, 4 fibras ópticas (PSM4), todas do mesmo comprimento de onda, e usam conectores MPO de 12 núcleos. A solução 800G 2km (FR) utiliza tecnologia 200G PAM4 de canal único. Quando a taxa aumenta de 100G para 200G, a taxa de transmissão dobrará e a sensibilidade se deteriorará em cerca de 3dB. Portanto, é necessário um FEC mais potente para manter uma alta sensibilidade do receptor (-5dBm).

Solução 800G DR/FR: 4×200G PSM4 EML/SiPh

Solução de tecnologia 800G DR/FR: 4×200G CWDM4 EML

As tendências de desenvolvimento do 800G incluem afundamento de modo único, comprimento de onda único 200G e afundamento coerente. afundamento de modo único Limitado pela largura de banda da fibra multimodo, a distância de transmissão da fibra multimodo 100G PAM4 VCSEL+ é de 50 m. O afundamento de soluções de interface óptica de modo único é uma tendência de desenvolvimento, que ajudará o transceptor óptico da solução 800G SiPh a cobrir cenários SR massivos de 100 m. A onda única 200G está chegando. Embora a tecnologia EML de 112 Gbd esteja se desenvolvendo rapidamente, os recursos de largura de banda de 55 GHz são ligeiramente insuficientes. As perspectivas de aplicação dos moduladores SiPh 200G PAM4 e do niobato de lítio de filme fino à base de silício são muito amplas. Afundamento coerente. À medida que a taxa de transmissão aumenta, a solução tecnológica coerente expandirá ainda mais a sua aplicação para distâncias mais curtas, como 40, 20 e 10 km, com base na distância de transmissão de 80 km. A solução coerente requer apenas um laser, modulador e receptor, tornando-a competitiva em termos de custo com o PAM4.