Módulo LPO: possibilitando baixo custo e latência para 400G e 800G

A taxa de transferência de dados dos chips switch impulsiona o aumento da velocidade do SerDes, o que também leva a um maior consumo de energia do SerDes. SerDes é o componente central dos dispositivos de rede, responsável por conectar módulos ópticos e chips de switch de rede. Ele converte a saída de dados paralela pelo chip switch em dados seriais para transmissão. Na extremidade receptora, ele converte os dados seriais novamente em dados paralelos. Na era de 102.4 Tbps, a velocidade do SerDes precisa atingir 224 G, e o consumo de energia do chip SerDes deve atingir 300 W. Devido às limitações da tecnologia de material PCB, quando a velocidade do SerDes aumenta, a distância de transmissão do sinal será encurtada de acordo para garantir uma transmissão de sinal de alta qualidade. Quando a velocidade do SerDes atinge 224G, ele só pode suportar um máximo de 5-6 polegadas de distância de transmissão, o que exige que a distância de empacotamento entre o chip do switch e o módulo óptico seja ainda mais reduzida.

Na tendência atual de buscar economia de energia e redução do consumo de módulos ópticos, a indústria está procurando novos métodos para reduzir o consumo geral de energia dos quatro componentes principais: driver, modulador, laser e interface elétrica. Quando se trata de tecnologia de driver, o esquema LPO com acionamento linear significa que ele pode contar inteiramente com componentes analógicos lineares no link de transmissão de dados, sem a necessidade de chips complexos adicionais de DSP (processador de sinal digital) ou CDR (recuperação de dados de clock). o que pode efetivamente evitar a carga extra de consumo de energia causada por esses dois tipos de chips.

LPO, ou módulo óptico conectável baseado na tecnologia de chip de driver linear, é uma inovação otimizada do módulo Ethernet hot-plug tradicional com design DSP. O popular 200G, 400G, e até mesmo os produtos 800G usam principalmente a tecnologia PAM4 combinada com chips DSP para obter recuperação e transmissão precisas de sinais de alta velocidade e alta densidade. Embora o DSP tenha uma poderosa função de recuperação de sinal, que pode efetivamente reduzir a taxa de erro de bit, compensar a dispersão, filtrar ruído, suprimir interferência não linear e outros problemas, ele é desafiado por seu alto custo, grande latência, alto consumo de energia e problema óbvio de dissipação de calor. Em contraste, a tecnologia LPO melhora muito a linearidade do sinal ao escolher chips TIA (amplificador de transimpedância) e Driver de melhor desempenho, descartando assim o DSP no módulo de alta velocidade, reduzindo o consumo geral de energia do módulo, embora esta mudança possa afetar a taxa de erro de bits do sistema e o desempenho máximo da distância de transmissão até certo ponto.

Em aplicações práticas, o sinal do chip principal do switch para o módulo óptico produzirá inevitavelmente perda, onde a perda do sinal de alta frequência é mais significativa do que a de baixa frequência. Essa transmissão ocorre no fio de cobre da placa PCB, afetado pelo “efeito pele”, resultando em aumento da perda natural. Para compensar esta perda, DFE (equalizador de feedback de decisão), CDR e outros métodos de compensação “não lineares” são geralmente usados ​​para melhorar a qualidade do sinal. E o chip DSP usa um algoritmo digital avançado, que pode completar esta tarefa de forma excelente, mas isso também significa uma maior carga de operação não linear, aumentando consequentemente o consumo de energia e a latência. A ideia central da tecnologia LPO é transferir o complexo trabalho de reparo de sinal originalmente realizado pelo DSP para o nível do sistema de comutação e deixar o próprio módulo óptico configurar apenas um simples CTLE (equalizador linear de tempo contínuo), que é especialmente para a atenuação do sinal causada por as características do canal de transmissão para garantir o ganho do sinal na faixa DC e AC.

O principal desafio de Tecnologia LPO é o desenvolvimento e aplicação de chips eletrônicos, mais adequados para cenários de conexão de curta distância. Os principais fornecedores globais de chips eletrônicos, como Macom, Semtech e Molex, fizeram contribuições importantes neste campo. Como a tecnologia LPO abandona o desempenho avançado de recuperação de sinal fornecido pelo DSP, seu escopo de aplicação concentra-se principalmente em conexões de curta distância dentro do data center, como a distância entre o servidor e o switch no topo do rack não superior a 50 metros. Entretanto, com a crescente demanda por 800G módulos ópticos de alta velocidade, espera-se que a tecnologia LPO ganhe uma participação de mercado maior devido às suas excelentes características de economia de energia e vantagens de custo. Ao mesmo tempo, a melhoria contínua da linearidade dos chips TIA e Driver fortalecerá ainda mais a integridade do sinal LPO. Se um DSP mais forte puder ser combinado na extremidade do chip do switch, teoricamente ele poderá reduzir melhor a perda de sinal no processo de transmissão do link, expandindo gradualmente o potencial de aplicação da tecnologia LPO na transmissão de alta velocidade e longa distância, mantendo o baixo consumo de energia. vantagem de consumo.