В эпоху центров обработки данных 400G существует два основных метода модуляции: PAM4, применяемый для внутренних соединений постоянного тока, и когерентные методы для DCI или граничных соединений.
PAM4 — это модуляция интенсивности, в которой битрейт представлен включением лазера и off. В отличие от NRZ с амплитудной модуляцией уровня 2, PAM4 представляет собой амплитудную модуляцию импульсов уровня 4, где 4 представляет четыре различных состояния амплитуды. Они соответствуют четырем состояниям, 00, 01, 11 и 10 соответственно, и каждый символ представляет 2 бита информации. В результате PAM4 может передавать данные со скоростью 100 Гбит/с со скоростью 53 Гбит/с.
Однако модуль с модуляцией PAM4, обеспечивающий скорость 400 Гбит/с, требует четырех независимых длин волн и отдельных лазеров, модуляторов и приемников. Из-за использования прямых модуляторов дальность передачи в основном короткая. Однако в этом сценарии ресурсов оптоволокна предостаточно, и каждое волокно несет один канал, даже если несколько длин волн не являются проблемой. Вот почему PAM4 используется для внутренних соединений постоянного тока на скорости 400G.
В сценарии междугородного соединения DCI PAM4 кажется немного перегруженным, как решить эту проблему? Когерентная модуляция на основе протокола 400ZR со скоростью передачи данных около 60 Гбод, работающая в двухполяризованной модуляции 16QAM (DP-16QAM) (оптические сигналы кодируются как по фазе, так и по амплитуде), поддерживает одиночные длины волн, передающие 400 Гбит/с или выше.
Это, конечно, предъявляет более высокие требования к характеристикам лазера с оптическим модулем, требуя лазеров со сверхтонкой шириной линии, модуляторов I/Q и когерентных приемников. По сравнению с прямой модуляцией, используемой PAM4, он может передавать намного дальше.
Итак, к эре 800G или даже 1.2T/1.6T, кто из этих технологий наиболее конкурентоспособен в сценариях приложений для центров обработки данных?
По мере развития технологии приемопередатчик PAM4 100G также может достигать больших расстояний (приемопередатчик Inphi ColorZ 100G). В эпоху 800G технологический разрыв между PAM4 и когерентным станет еще меньше. И решение о том, является ли технология конкурентоспособной, просто зависит от стоимости и энергопотребления. Давайте рассмотрим эти два аспекта.
Самый простой способ удвоить скорость передачи данных при сохранении постоянной скорости передачи данных — это скопировать аппаратное обеспечение. Например, PAM4 может использовать четыре или восемь длин волн 100G/200G, а когерентная модуляция может использовать две длины волны 400G.
Другой способ — увеличить скорость передачи данных, скажем, удвоив ее примерно до 110 Гбод. PAM4 по-прежнему требует нескольких длин волн, и в случае когерентных модулей модуляция такая же. Но удвоение скорости передачи приведет к увеличению стоимости. Для методов когерентности это зависит от того, реализованы ли IQ-модулятор и приемник с использованием InP или кремниевых фотонов.
Для PAM4 можно использовать EML с непрямой модуляцией, представляющий собой лазер со встроенным фосфидом индия (InP). Или интегрированный массив с кремниевыми фотонными модуляторами и лазерным массивом InP. Однако как для PAM4, так и для когерентных технологий модули InP дороже, а кремниевый свет дешевле.
Кроме того, с развитием технологии чипов с 7-нм до 5-нм или даже 3-нм, DSP не только повышает скорость обработки, но и все более и более эффективно снижает энергопотребление. Соотношение между энергопотреблением DSP и CMOS когерентного модуля и приемопередатчика PAM4 показано на следующем рисунке.
Как видно, энергопотребление PAM4 почти в 10 раз ниже, чем у когерентного модуля на скоростях 100G, но эта разница становится менее заметной на скоростях 800G с использованием 5-нм COMS.
Тем не менее, в официальном документе 800G PLUGGABLE MSA для одноканального 200G для 800G/1.6T модуль, основанный на прямом обнаружении модуляции 200G на канал, считается более дешевым и с самым низким энергопотреблением, с лучшим соотношением цена/качество. , как показано в таблице ниже.
| Решение 800G | 2×400G CWDM4 | CWDM4 | Последовательный |
|---|---|---|---|
| Количество лазеров | 8 | 4 | 2 |
| модулятор | ДМЛ/ЭМЛ | EML | СиОх/ИнП Перестраиваемая узкая ширина линии,> 13 дБм |
| Драйвер/модулятор | 8 | 4 | 4 |
| ПД/ТИА | 8 (несимметричный ПД) | 4 (несимметричный ПД) | 4 (сбалансированный ПД) |
| Полоса пропускания компонента | > 25 ГГц | > 50 ГГц | > 50 ГГц |
| Ограничение FEC | 2E-4 | 2E-3 | TBD (高于IMDD) |
| Прямая совместимость | Поддержанный | Поддержанный | Не поддерживается |
| Волоконная пара | 2 | 1 | 1 |
| потребляемая мощность | 16-18W | 12-14W | 20-24W |
| Цена | $$ | $ | $ $ $ |