Transceptores OSFP 800G QSFP-DD800

Os patrocinadores do MSA conectável 800G são principalmente empresas chinesas e japonesas, incluindo principalmente China Telecom Technology Laboratory, H3C, Huawei, Sumitomo, Tencent e Yamazaki. O objetivo é definir módulos ópticos conectáveis ​​de baixo custo para aplicações de data center com transmissão 800G de curto alcance, incluindo especificações 8X100G e 4X200G, com distâncias de transmissão incluindo 100m, 500m e 2km, conforme mostrado na figura abaixo. 

Atualmente, existem algumas opiniões na indústria de que as necessidades de transmissão 800G surgirão em 2021 e o mercado começará a amadurecer em 2023. Da mesma forma, há um grupo de trabalho de módulo óptico QSFP-DD800 MSA liderado pela gigante de comunicações americana Broadcom e Cisco para promover a padronização de módulos ópticos 800G e conectores relacionados no formato QSFP-DD.

1. Novos aplicativos (computação em nuvem, aplicativos de IA) trouxeram a demanda por maior largura de banda de interconexão e a indústria precisa de módulos ópticos mais rápidos, como 800G;

2. Arquitetura do data center e requisitos de largura de banda de switches em diferentes locais;

3. Requisitos do cenário de interconexão SR, análise técnica da solução 8x100G;

4. Necessidade de análise de FR para cenário de interconexão, viabilidade da tecnologia 4x200G, tecnologia-chave;

5. Potenciais soluções técnicas para Cenários de DR;

6. Resumo e perspectivas.

De acordo com a pesquisa do Fiber Mall, novos aplicativos como AR/VR, AI e 5G gerarão quantidades crescentes de tráfego e crescerão exponencialmente. Isso levará à necessidade de mais largura de banda e mais conexões, conforme mostrado na figura. A capacidade de largura de banda de interconexão global continuará a crescer rapidamente nos próximos quatro anos, com uma taxa composta de crescimento de 48%.

O mercado correspondente à procura também reflete esta tendência. Conforme mostrado na Figura 4, a contagem de luz prevê que os módulos ópticos de 400G no mercado de data center crescerão rapidamente nos próximos cinco anos, e um mercado de 2x400G ou 800G aparecerá por volta de 2022. De acordo com Vladimir, Ph.D., CEO da Lightcounting pesquisa de mercado, as operadoras de data center em nuvem implantarão módulos ópticos 800G QSFP-DD e 800G OSFP em 2023 a 2024 para lidar com o crescente tráfego de rede. A maioria desses módulos ópticos será conectável e é possível ver módulos co-empacotados.

Como a Lei de Moore de duplicação da capacidade em dois anos ainda não expirou nos chips ASIC de comutação, a arquitetura dos data centers em nuvem será desafiada pela expansão da capacidade. Os atuais switches Ethernet implantados comercialmente têm uma capacidade de 12.8 Tb/s, embora sejam substituídos por 25.6 Tb/s em 1 ano. O caminho de evolução da capacidade para comutadores é mostrado na Figura 5, o que colocará uma pressão tremenda nas interconexões ópticas de alta densidade. Isso ocorre porque nem todos os dispositivos optoeletrônicos podem dobrar sua densidade de integração a cada dois anos, como os processos CMOS. Isso é determinado pelas diferenças nos dispositivos, design e métodos de fabricação.

Nos últimos anos, os módulos ópticos de curto alcance de 100G baseados em sondagem direta NRZ causaram grande impacto, transportando a maior parte do tráfego de rápido crescimento para serviços em nuvem. Desde que o IEEE iniciou a pesquisa sobre padrões relacionados a 400GE em março de 2011, ele deu início à implantação de módulos ópticos 400G QSFP-DD em escala em 2020 e a demanda será ainda mais forte no próximo ano. A Figura 4 ilustra essa tendência de crescimento. Vale ressaltar que no estágio inicial de aplicação, os módulos 400G QSFP-DD são usados ​​principalmente para transmissão em cenários DR4 com taxas de 4x100G e distâncias de até 500m, bem como cenários FR4 com taxas de 2x200G e distâncias de até 2km, o 400GE A função MAC não é realmente usada. Ao mesmo tempo, também é notado que o IEEE pode não padronizar as portas ópticas 800GE no curto prazo, pelo menos nos últimos dois anos, não concluirá a interconexão de alta densidade 8x100GE ou 2x400GE do padrão 800GE. Mas até então a demanda real por 800G surgiu, então a indústria precisa desenvolver especificações para alcançar a interconexão e interoperabilidade de produtos de módulos ópticos 800G de diferentes fabricantes.

Em geral, a arquitetura do data center e as características do tráfego podem diferir dependendo do aplicativo que está sendo atendido. Por exemplo, é mais provável que o tráfego principal em um data center que fornece serviços do tipo XaaS para clientes externos seja norte-sul de servidor para cliente, caso em que o tamanho do data center pode ser mais concentrado geograficamente. Por outro lado, em um data center orientado para nuvem ou armazenamento para necessidades internas, é mais provável que o tráfego flua de servidor para servidor leste-oeste, o que normalmente requer uma concentração de recursos de mega data center. Mesmo que os cenários de aplicação sejam semelhantes, os operadores ainda podem escolher soluções de interconexão óptica baseadas em PSM4 ou CWDM4 com base em suas próprias preferências. Isso leva a uma diversidade de arquiteturas e tecnologias de data center.

Existem pelo menos duas arquiteturas comuns de data center. A figura abaixo mostra uma arquitetura típica de data center (3 camadas) e seu roteiro de evolução da taxa de comutação. No entanto, um data center típico terá mais dispositivos do que o da figura e a arquitetura parecerá maior e mais complexa. A taxa de convergência de cerca de 3:1 é considerada entre cada camada. Por exemplo, um switch Spine pode ser conectado a três switches Leaf e assim por diante. No topo da camada Spine, uma solução de interconexão óptica coerente do tipo ZR é necessária para alcançar a interconexão com outros centros de dados (cenário DCI). O símbolo da taxa de interface 800G é que, quando a taxa entre o servidor e o comutador TOR atinge 200G, a estrutura de distribuição PSM4 4x200G entre TOR e Leaf, bem como a camada Spine, deve ser adotada.

Os switches TOR, Leaf e Spine aqui realmente correspondem à camada de acesso, camada de agregação e camada central. Para uma rede de data center (DCN) típica, são necessários 800 G de largura de banda de conexão de rede se 200 G de largura de banda do servidor forem implantados. No entanto, alguns comerciantesoffs podem ser feitos na capacidade do data center de fornecer serviços (largura de banda, distância de transmissão e outros recursos) com base no orçamento de construção do data center. Como na Tabela 1, os requisitos de largura de banda e distância de transmissão para diferentes camadas na rede do data center são fornecidos, e os requisitos de tamanho de pacote de módulo óptico recomendados são fornecidos.

Considerando as enormes demandas de computação dos aplicativos de IA emergentes recentemente, uma arquitetura de comutação de duas camadas é geralmente adotada em alguns clusters de supercomputadores orientados a aplicativos de IA ou centros de dados de IA, conforme mostrado na Figura 7. Isso ocorre porque, considerando as características da computação de IA , não há necessidade de agregação de tráfego entre as camadas. Como o tráfego de cada servidor já é muito grande, ele corresponde diretamente a uma interface de switch e conta com recursos exclusivos de largura de banda. Pode-se observar que as características de tráfego dessa rede de data centers de IA ou supercomputadores são diferentes das dos data centers convencionais. São principalmente os serviços de tráfego de partículas grandes que não precisam de uma troca frequente.

Essa rede de centro de dados de camada 2 não requer agregação de tráfego entre as camadas. Se servidores de 400G forem implantados, será necessária largura de banda de interconexão de rede de 800G. Em comparação com a rede de data center comutada tradicional de três camadas, essa arquitetura de duas camadas é mais conveniente para implantação rápida e tem menor latência, o que é muito adequado para IA futura ou supercomputador DCN. A Tabela 2 apresenta os indicadores técnicos específicos desta DCN.

No entanto, em algumas pequenas empresas ou pequenas redes de data centers em nuvem, a taxa de transferência entre o Leaf e os servidores pode não exigir tanta largura de banda quanto 400G, o que requer um projeto específico que considere a relação entre os cenários reais de aplicação enfrentados e o custo.

Vamos falar sobre o que você deve procurar na construção do data center. Os dois fatores mais importantes que devem ser observados em uma solução de data center são escalabilidade e custo. Ao projetar um data center, o controle de custos e o desempenho não podem ser construídos em um padrão muito alto ou muito baixo. Se os usuários exagerarem, haverá desperdício de recursos, embora esses recursos possam ser usados ​​para expandir mais negócios. Mas a capacidade ociosa de recursos é cara e essa capacidade pode se tornar uma tecnologia obsoleta quando for realmente necessário usá-la. Por exemplo, se um usuário construir um data center com um ciclo de vida esperado de 10 anos e tiver capacidade adicional incorporada para acomodar o crescimento futuro, essa capacidade poderá se tornar obsoleta em cinco anos. A essa altura, os avanços no consumo de energia, desempenho e outros recursos podem colocar as operações e a manutenção do data center em desvantagem significativa.　

Os data centers também podem ser desafiadores se forem construídos com um padrão mais baixo e podem até ser mais caros. Se a capacidade do usuário de projetar regras ficar aquém dos requisitos planejados, haverá um gasto de capital significativo ao expandir e atualizar o data center.

É por causa da possível construção do data center acima ou abaixo do problema, então a rápida expansão do data center, operação conveniente e custo dessas questões importantes são as prioridades de muitas empresas.

É devido à possível superconstrução ou subconstrução de centros de dados acima mencionados. Portanto, as principais questões de expansão rápida do data center, facilidade de operação e custo são prioridades para muitas empresas. Para a solução mais flexível, as empresas geralmente escolhem o modelo de hospedagem de data center. Os operadores de hospedagem de data center permitem que os usuários "paguem sob demanda, aumentem gradualmente". Os usuários podem expandir ou reduzir o espaço alugado conforme necessário e pagar apenas a taxa de uso associada. Isso remove a capacidade não utilizada ou subutilizada do usuário, remove todos os problemas relacionados à infraestrutura e maximiza o valor de seu investimento em TI.

No entanto, isso não é um problema para alguns gigantes da Internet, que estão mais preocupados com o valor dos dados em si, por isso não hesitarão em investir muito dinheiro para construir seus próprios data centers e fornecer seus próprios serviços em nuvem, mantendo os principais ativos. em suas próprias mãos. Por exemplo, Alibaba, Tencent, Baidu, Facebook, Google e até mesmo alguns deles têm departamentos de pesquisa relacionados à infraestrutura de rede dedicados, pesquisando várias soluções de interconexão óptica de baixo custo e alta velocidade, até mesmo o módulo óptico para desenvolver seus próprios. O objetivo é construir uma rede melhor de data centers, fornecer serviços mais rápidos e diversificados e atrair mais usuários.

Por fim, vale a pena explicar por que as redes de data centers se tornaram tão populares nos últimos anos. Tudo começa com o vídeo. A mais recente previsão de tráfego VNI da Cisco, mostrada abaixo, mostra que o tráfego de vídeo se tornou uma parte cada vez mais importante da rede nos últimos anos e deve representar mais de 80% de todo o tráfego da Internet até 2022. Isso não será nenhuma surpresa para você, pois somos os destinatários e produtores do tráfego de vídeo todos os dias. A ascensão do serviço de vídeo é a mudança da arquitetura de rede de suporte e distribuição de tráfego. Com a construção de redes de distribuição de conteúdo (CDN) e o afundamento de redes de data center (DCN), o conteúdo, como vídeos e arquivos, está sendo armazenado em cache mais próximo do usuário, proporcionando menor latência e armazenamento em buffer mais rápido. A maior parte do tráfego não precisaria mais viajar por longas distâncias na rede de backbone, mas terminaria dentro do alcance de redes de áreas metropolitanas de curta e média distância ou redes de data centers. Já em 2017, havia um relatório de que o tráfego MAN de curta e média distância havia ultrapassado o tráfego de backbone de longa distância. O data center, especialmente a Cloud Data Center Interconnection (DCI), é a aplicação mais típica das redes metropolitanas. Portanto, não é de surpreender que o tema esteja em alta nos últimos anos.

Para transmissão de data center de 100m, a indústria tem sido afetada pela tecnologia de transmissão VCSEL com um limite de taxa de cerca de 100G por canal, e parece difícil continuar a aumentar a velocidade. O 800G MSA visa desenvolver módulos ópticos 8x100G QSFP-DD ou OSFP de baixo custo para aplicações SR, garantindo pelo menos as aplicações mais importantes em SR, suportando transmissões de 60 a 100m, conforme mostrado na Figura 9.

Além disso, o 800G MSA Working Group está tentando definir uma tecnologia de transmissor que permita uma redução linear no custo por meio de uma abordagem altamente integrada para permitir um rápido avanço no mercado de interconexão óptica de alta densidade 800G. O 800G SR8 de baixo custo pode suportar as tendências evolutivas atuais do data center, fornecendo conectividade de servidor serial 100G de baixo custo: aumentando as portas do switch e diminuindo o número de servidores por rack. Conforme mostrado na Figura 9, o grupo de trabalho 800G MSA definirá uma especificação de subcamada física dependente do meio (PMD) de baixo custo para interconexões de fibra monomodo com base na tecnologia 100G PAM4. Além disso, devido à necessidade de baixa latência em aplicações SR, o KP4 FEC será usado para implementar correção de erros em módulos ópticos 800G MSA, e outros algoritmos DSP incluem recuperação e equalização simples de clock. Um conector também precisará ser definido para o módulo PSM8 para permitir a conexão com 8x100G.

Comparado aos módulos SR convencionais, o 800G SR8 não usará mais uma solução multimodo baseada em VCSEL, mas um método de transmissão paralelo de modo único, PSM8, com um formato de modulação PAM4 e incluindo um chip DSP.

Conforme analisado acima, a taxa de 100G monocanal pode limitar a solução multimodo em 400G QSFP-DD SR8 para continuar a evolução para 800G QSFP-DD SR8. Com base no modelo teórico do IEEE, pode-se inferir que quando a taxa de transmissão atingir a banda de 50G, a distância de transmissão suportada pela fibra multimodo MMF não ultrapassará 50m, conforme Tabela 3.

Os principais fatores limitantes são a largura de banda de modulação do VCSEL e a dispersão intermodal do MMF. Embora a distância de transmissão possa ser estendida para cerca de 100m com a ajuda do poderoso algoritmo DSP, otimizando o dispositivo e o design da fibra óptica, o custo é alto, com grande atraso e consumo de energia. Com base nisso, o grupo de trabalho do Módulo óptico Pluggable 800G da MSA recomenda a tecnologia de transmissão de modo único para a interconexão 800G-SR8.

Para garantir uma solução baseada em SMF de fibra monomodo com menor custo e consumo de energia, requisitos razoáveis ​​de padrão PMD devem ser definidos para o 800G-SR8. A definição da camada PMD precisa satisfazer pelo menos três princípios:

1) Permite múltiplas tecnologias de transmissores baseados em soluções, como DML, EML e SiPh.

2) Todo o potencial do dispositivo pode ser totalmente utilizado para atingir o desempenho do link de destino.

3) Os parâmetros da camada PMD são relaxados tanto quanto possível, desde que o desempenho confiável do link seja satisfeito. Esses três princípios são explicados e analisados ​​a seguir com os resultados do estudo experimental.

Em primeiro lugar, em termos de orçamento de energia, espera-se que o 800G-SR8 baseado em modo único seja muito semelhante ao 400G-SR8, sendo a única diferença a necessidade de definir a perda de inserção para o recém-definido conector de modo único PSM8 . Isso significa que o chip DSP pode atender aos requisitos de orçamento de energia do 800G-SR8 usando diretamente os dispositivos optoeletrônicos comprovados da atual interconexão 400G-SR8. Portanto, além de definir o conector PSM8, o maior desafio na definição da especificação 800G-SR8 PMD está em encontrar a amplitude de modulação óptica do transmissor (OMA), taxa de extinção (ER), transmissor e fechamento do olho de dispersão apropriado para PAM4 (TDECQ) e sensibilidade do receptor. Para encontrar essas métricas adequadas, o grupo de trabalho da MSA testou e avaliou o desempenho do BER de vários transmissores diferentes, conforme mostrado na Figura 10.

Os resultados experimentais acima são curvas BER vs. OMA medidas em tempo real em um sinal PAM100 de 4G de comprimento de onda único baseado em um chip DSP 400G comercial. Entre eles, os resultados 100G de EML e SiPh já podem ser conhecidos porque foram discutidos nos últimos anos, mas a sensibilidade baseada na solução DML também é bastante boa, apenas a plataforma BER é um pouco maior, mas desde que seja abaixo do limite BER de KP4 FEC. Como a fotônica do silício, a perda do transmissor óptico é um pouco maior, sua potência de saída é menor do que outras soluções, por isso é necessário tentar considerar o relaxamento apropriado ao definir o índice OMA mínimo 800G SR8.

Observe que, embora os dispositivos DML com largura de banda menor do que os dispositivos EML e SiPh sejam usados ​​nos resultados DML acima, o uso de chips DSP comerciais que são mais poderosos do que o receptor de referência 400GE definido pelo IEEE ainda pode alcançar melhor equalização e alcançar sensibilidade OMA semelhante à EML e SiPh para atender ao orçamento de energia 800G SR8. Para liberar todo o potencial do DSP em aplicativos 800G SR8, os testes de conformidade do receptor, como o TDECQ, precisam ser redefinidos para corresponder à capacidade real de equalização dos chips DSP comerciais, como mais toques do que os 5 toques atualmente definidos.

Por outro lado, considerando os requisitos de menor sensibilidade em cenários SR e as rígidas restrições de consumo de energia em módulos ópticos de 800G, o uso de modos DSP de baixa complexidade também será recomendado em futuros módulos ópticos de 800G. A taxa de extinção ER, como métrica diretamente relacionada ao consumo de energia, é teoricamente quanto menor o ER melhor desde que a transmissão confiável do link seja garantida. Com base na análise acima, o grupo de trabalho da MSA acredita que uma solução de baixo custo e baixo consumo de energia baseada em SMF pode ser usada como uma solução promissora para aplicações 800G-SR.

A transmissão 200G de canal único baseada na tecnologia de modulação PAM4 é o próximo grande marco técnico para sistemas de Detecção Direta de Modulação de Intensidade (IMDD) e a base para alcançar interconexões ópticas 4G de 800 canais e ainda mais interconexões de alta velocidade 1.6T baseadas nela.

Conforme mostrado na Figura 11, o grupo de trabalho definirá um conjunto completo de especificações de camada PMD e PMA parcial, incluindo uma nova solução FEC de baixa potência e baixa latência para envolver uma camada sobre o sinal de entrada elétrico 112G para melhorar o ganho de codificação líquida do modem.

Um dos objetivos da indústria é desenvolver uma nova geração de simuladores elétricos e ópticos de banda larga para componentes transmissores e receptores, incluindo os comumente usados ​​ADC e DAC. Para atender aos requisitos de energia dos módulos ópticos 800G conectáveis, a próxima geração de chips DSP PAM200 4G será fabricada usando um processo CMOS de junção inferior, como 7nm/5nm, e também exigirá algoritmos de processamento de sinal digital de baixa complexidade e baixa potência para equalizar o canal.

A solução de interconexão 4x200G FR parece ter dois caminhos de realização, um é uma solução PSM4 com 4 pares de fibras monomodo e o outro usa um único par de fibras baseado em CWDM4, que ainda possui uma diferença relativamente grande na porta óptica externa densidade, e o custo e a complexidade dos módulos CWDM4 também devem ser significativamente aumentados.

Em LAN-WDM, o TEC é necessário para controle de temperatura, enquanto na aplicação 200G de canal único, espera-se que o controle de temperatura seja evitado. O orçamento de energia para 800G-FR4 será analisado com base no CWDM4. Os principais fatores relacionados ao orçamento de energia incluem perda de inserção de link, interferência de caminho múltiplo (MPI), atraso de grupo diferente (DGD) e penalidade de transmissor e dispersão (TDP). De acordo com o modelo publicado no padrão IEEE, a penalidade causada por MPI e DGD é calculada conforme a Tabela 4. Como o baud do canal único 200G é maior que 100G, a penalidade de dispersão deve ser maior. O grupo de trabalho recomendou um valor TDP razoável de 3.9 dB. Em resumo, levando em consideração o envelhecimento do receptor, as perdas de acoplamento e a potência de saída óptica de um transmissor típico, o grupo de trabalho concluiu que a sensibilidade do receptor 200G PAM4 precisa ser em torno de -5dBm.

Comparado com 100G, o baud de 200G dobra, resultando em degradação SNR de 3dB. Pode ser necessário usar códigos de correção de erro FEC mais fortes para manter uma sensibilidade de -5dBm e evitar a plataforma BER acima do limite Pre FEC BER. Portanto, como mencionado anteriormente, uma camada extra de FEC de baixa latência e baixa complexidade deve ser colocada sobre KP4 FEC quando o módulo óptico é implementado. O novo limite de erro FEC pode ser definido de acordo com o desempenho real do link óptico e os requisitos de orçamento de energia.

O grupo de trabalho também analisou ainda mais o desempenho do link 200G de canal único por meio de simulação e experimentos. Os parâmetros dos dispositivos utilizados no link são mostrados na Tabela 5. Os resultados experimentais mostram que quando o limite BER do novo FEC é definido como 2e-3, a sensibilidade do receptor pode atingir o alvo, conforme mostrado na Figura 12(a ). No entanto, o algoritmo de estimativa de sequência de máxima verossimilhança (MLSE) é usado nos experimentos para compensar a forte interferência intercódigo ISI no canal devido à filtragem de banda estreita. 

A linha tracejada na Figura 12(a) representa os resultados baseados na simulação dos parâmetros do dispositivo experimental. Juntamente com os resultados experimentais, o estudo de simulação mostra que o fator limitante para o desempenho do sistema é a largura de banda dos dispositivos como DA/AD, driver e modulador eletro-óptico. Assumindo que os dispositivos de alta largura de banda serão introduzidos no mercado nos próximos anos, a simulação é baseada no mesmo sistema, mas depois de definir a largura de banda do dispositivo para um tamanho maior, verifica-se que o requisito de sensibilidade correspondente pode ser atendido no DSP em Pre FEC BER=2e-3 usando apenas o algoritmo de equalização direta (FFE), e os resultados são mostrados na Fig. 4(b), que está de acordo com a expectativa teórica.

Com base na análise acima, ainda é recomendável atender às métricas TDECQ correspondentes no teste de conformidade do cenário 800G-FR4. Somente o número de derivações FFE dos receptores de referência usados ​​no teste TDECQ precisa ser aumentado para um valor apropriado, o que também merece mais discussão e estudo. Obviamente, se a capacidade (largura de banda) dos futuros dispositivos de 100 Gbd ficar aquém de nossas expectativas, ainda teremos que considerar o uso de algoritmos mais complexos, como MLSE, no cenário FR4, o que significa desenvolver novas soluções de conformidade.

Para garantir a integridade do sinal de alta velocidade considerando a faixa de frequência de Nyquist (ou seja, 56 GHz), o design do pacote do transmissor 4x200G e do receptor precisa ser reconsiderado. Duas possíveis implementações do transmissor são dadas na Figura 13. O método A é a solução tradicional onde o Driver e o modulador são colocados juntos. Em contraste, o chip Driver projetado de cabeça para baixo na solução B é co-empacotado com o chip DSP para otimizar a integridade do sinal na linha de transmissão de RF. Ambas as tecnologias estão atualmente disponíveis.

Estudos preliminares de simulação mostram que melhores resultados e larguras de banda garantidas maiores que 56 GHz podem ser obtidas usando a solução B. A ondulação na curva de resposta de frequência S21 da solução A pode ser causada pela reflexão do sinal na entrada do Driver, que pode ser otimizada combinando o Projeto de driver para melhorar ainda mais o desempenho final da solução A.

No lado do receptor, a capacitância parasita precisa ser reduzida para obter um fotodetector (PD) de alta largura de banda, juntamente com um amplificador de trans-impedância (TIA) de grande largura de banda para garantir a largura de banda do receptor. Não há nenhum problema técnico para implementar tal dispositivo usando a tecnologia de semicondutores atual. Existem até empresas do setor que já investiram muito esforço no desenvolvimento dos produtos correspondentes, que devem atingir a produção em massa dentro de um a dois anos. Além disso, a conexão entre PD e TIA também é importante e precisa ser otimizada e analisada porque efeitos parasitas podem afetar o desempenho.

No geral, uma solução FEC mais forte com um limite PreFEC BER de 2e-3 foi mencionada anteriormente para garantir os requisitos de sensibilidade do receptor 200G PAM4. A Figura 14 mostra os resultados da comparação entre as soluções em cascata e de substituição. Na primeira solução, o KP4 FEC é substituído pelo novo e mais caro FEC na porta óptica intermediária, que apresenta vantagens em termos de sobrecarga total e ganho de codificação líquida. Na segunda solução, uma abordagem FEC em cascata é adotada, onde KP4 continua a ser retido como a camada de codificação externa e é usado em conjunto com o novo código interno. Esse código em cascata tem o benefício de baixa latência e consumo de energia e, portanto, é mais adequado para o cenário de aplicação 800G-FR4.

Uma maneira mais direta de atingir o limite FEC 2E-3 BER é conectar os números de geração mostrados na Figura 16 em série com KP4, minimizando o consumo de energia e o atraso de ponta a ponta. Ambos os códigos Hamming com capacidade de correção BER simples e códigos BCH com capacidade de correção BER dupla são escolhas adequadas para os códigos de geração neste esquema em cascata. Ambos os códigos internos têm uma sobrecarga de cerca de 6% e combinados com um simples algoritmo de decodificação recursiva soft-in-hard-out (SIHO) com 64 padrões de teste, os códigos Hamming e BCH podem alcançar um desempenho de correção de erro de limite superior a 2e-3. A distribuição de símbolos definida em 400GBASE-R serve essencialmente como um intercalador de paridade para codificação em cascata, e o atraso de 10k bits é suficiente para descorrelação com o ruído introduzido na fibra.

Conforme mostrado na Tabela 6, existem quatro caminhos para atingir 800G DR.

Primeiro, a solução SR8 definida no 800G MSA pode estender diretamente o alcance da transmissão em 500m. Como a solução de fibra paralela requer mais fibras, o custo de fibras de até 500m de comprimento pode ser um problema nesta aplicação.

Em segundo lugar, com base na solução FR4 existente, uma solução 2x400G CWDM pode ser fornecida simplesmente dobrando os dispositivos transceptores, o que parece atingir um bom equilíbrio entre o consumo de recursos de fibra e a maturidade do esquema, mas seu custo e consumo de energia podem limitar sua aplicação prática .

Por fim, a próxima geração de soluções 200G de canal único (PSM4 ou CWDM4) pode abranger aplicativos de DR. Essa abordagem requer apenas 4 pares de módulos transceptores ópticos e parece ter o menor consumo de energia e custo. No entanto, devido à maturidade da indústria e à viabilidade prática de novas provas, não está claro quando a solução estará disponível comercialmente.

Em resumo, quatro opções possíveis para 800G DR foram discutidas e o Grupo de Trabalho continuará monitorando o desenvolvimento de cada rota técnica e recomendará opções em um momento apropriado no futuro.

O MSA conectável 800G assumirá a liderança na definição de módulos ópticos para os cenários 800G-SR8 e FR4. No cenário SR8, a fim de levar mais tecnologias em consideração e introduzir soluções de modo único baseadas em SMF, o grupo de trabalho considerou ajustes apropriados para alguns parâmetros-chave da camada PMD, eventualmente permitindo que os requisitos OMA e ER sejam relaxados para reduzir consumo de energia e os receptores de referência para teste TDECQ precisarão ser redefinidos.

O grupo de trabalho também demonstrou a viabilidade técnica da transmissão óptica 200G de canal único para aplicações 800G FR4. Os resultados experimentais e de simulação mostraram que é necessário adicionar uma subcamada de codificação FEC de baixa latência e baixa potência no módulo óptico para atingir o orçamento de energia alvo. Detalhes técnicos deste novo FEC serão apresentados na especificação padrão 800G-FR4 para facilitar a interoperabilidade de vários fornecedores. Ao mesmo tempo, o aprimoramento da largura de banda do dispositivo e a otimização do design do pacote de módulos são duas questões que precisam de mais estudos.

A MSA 800G conectável lançou a primeira versão da especificação no quarto trimestre de 4, com um pequeno número de dispositivos já em protótipo e os primeiros modelos ópticos 2020G com previsão de lançamento em 800. Com a geração 2021GbE pronta para ser lançada no mercado, Os módulos ópticos conectáveis ​​400G aproveitarão o novo ecossistema para fornecer maior densidade de interconexão para a próxima geração de switches 800T e 25.6T para permitir interconexões ópticas 51.2G e 100G de canal único econômicas.

Olhando além de 800G a 1.6T, a indústria está começando a ver as possíveis limitações dos módulos ópticos conectáveis. Usando PCBs clássicos, é improvável que o SerDes para interconexões C2M seja dimensionado para taxas de 200G de canal único, exigindo que eletrônicos/chips analógicos e dispositivos ópticos sejam colocados mais próximos do chip de comutação. Se a indústria acabará escolhendo ótica co-empacotada (CPO), ótica integrada (OBO) ou uma versão atualizada de conectável, a definição MSA de canal único 200G será 800G e 1.6T interconectará a unidade base necessária, o importância e significado de auto-evidente.