Введение в технологии оптических приемопередатчиков 800G

Сценарии применения оптического трансивера 800G в основном делятся на SR (100 м), DF/FR/LR (500 м/2 км/10 км) и ER/ZR (40 км/80 км). Расстояние подключения от верхнего коммутатора стойки (TOR) до листового коммутатора небольшое. Крупные интернет-компании обычно внедряют технологию скоростного соединения 100G и постепенно переходят на 200G/400G, начиная с 2021 года, а некоторые компании используют технологию 800G в 2023 году.

Вычислительный кластер искусственного интеллекта и обычный кластер

Расстояние соединения между коммутаторами Leaf и Spine достигнет 2 км или даже 10 км. Соединение центров обработки данных обычно представляет собой резервное соединение для балансировки нагрузки или аварийного восстановления между несколькими соседними центрами обработки данных. Расстояние этой связи может достигать десятков километров. В основном он использует плотное мультиплексирование с разделением по длине волны и когерентную связь для максимально повторного использования волоконно-оптических ресурсов.

Типичная эволюция оптического модуля

Эволюция технологических решений 800G включает в себя три поколения. Первое поколение имеет оптический интерфейс 8x100G и электрический интерфейс 8x100G, коммерчески доступное в 2021 году; Второе поколение имеет оптический интерфейс 4x200G и электрический интерфейс 8x100G. Ожидается, что рекламное время наступит в 2024 году; Третье поколение имеет оптический интерфейс 4x200G и электрический интерфейс 4x200G. Ожидается, что он поступит в продажу в 2026 году. Одноканальные оптоэлектронные чипы 200G и технология выравнивания в настоящее время незрелы.

Что касается электрических интерфейсов, когда одноканальная скорость такая же, как и у оптического интерфейса, архитектура оптического приемопередатчика достигнет оптимального состояния и будет иметь преимущества низкого энергопотребления и низкой стоимости. Одноканальный электрический интерфейс 100G будет идеальным электрическим интерфейсом для оптического приемопередатчика 8x100G, а одноканальный электрический интерфейс 200G будет идеальным электрическим интерфейсом для оптического приемопередатчика 4x200G. Что касается упаковки, оптический трансивер 800G может иметь различные формы, например: КСФП-DD800 и ОСФП.

Существует три основных типа архитектур оптических интерфейсов оптического приемопередатчика 800G, а именно: 8x100G PAM4, 4x200G PAM4 и когерентные оптические модули 800G. Оптический приемопередатчик 8x100G PAM4. Трансивер PAM4 работает на скорости 53 Гбит/с и использует 8 пар цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), 8 лазеров, 8 пар оптических трансиверов и 1 пару 8-канальных преобразователей с грубой длиной волны. мультиплексоры деления (CWDM). 4x200G ПАМ4. Трансивер PAM4 работает на скорости 106 Гбит/с и использует 4 пары ЦАП и АЦП, 4 пары оптических трансиверов (включая 4 лазера) и 1 пару 4-канальных CWDM. Когерентный оптический модуль 800G. Он использует 4 пары ЦАП и АЦП, 1 лазер и 1 пару оптических приемопередатчиков, а лазеры с фиксированной длиной волны могут использоваться в когерентных оптических модулях центров обработки данных для снижения стоимости и энергопотребления.

3 типа архитектур оптического интерфейса оптического трансивера 800G

Решение для прямой модуляции и прямого контроля 8x100G может использовать существующую техническую архитектуру с относительно зрелыми технологиями и стандартами и относительно полной цепочкой поставок. В сценарии SR технология VCSEL 100G сталкивается с проблемами. Это станет ключевым фактором в дальнейшем развитии этой технологии для улучшения производительности многомодовых решений и снижения стоимости многомодовых волокон. Быстро развиваются одномодовые технологии, представленные кремниевой фотоникой (SiPh) и лазерами с прямой модуляцией (DML). Технология SiPh развивается быстрее и, как ожидается, в будущем будет конкурировать с многомодовыми решениями в сценариях применения с дальностью передачи 100 м и ниже. В сценарии DR/FR есть три решения: EML, DML и SiPh. В сценарии LR существуют решения 800G LR8 на основе CWDM, LWDM и nLWDM.

В решении с прямой модуляцией и прямым обнаружением 4x200G одноканальный 200G продолжает использовать тип кода модуляции PAM4 и может использовать преимущества относительно зрелых условий отрасли PAM4. В 4x200G ДР и сценариях применения FR, в настоящее время существует два технических решения: 4-канальный одномодовый параллельный интерфейс (PSM4) и CWDM4, которые по-прежнему сталкиваются со многими проблемами. Для сценариев применения LR существуют решения 800G LR4 на основе CWDM, LWDM и nLWDM, но это решение требует широкополосных оптоэлектронных чипов, более мощной технологии выравнивания и прямой коррекции ошибок (FEC) для обеспечения исправленной частоты ошибок по битам (BER). что создает серьезные технические проблемы.

Технические решения в сценарии 800G SR включают решения на основе DML/EML и SiPh. Решение 800G SR8 DML/EML использует 8x100G DSP, оптический чип DML/EML с одинаковой длиной волны, использует 8 оптических волокон как на передающей, так и на приемной стороне (PSM8) и использует 24- или 16-ядерные разъемы MPO. В решении 800G SR8 SiPh используется модулятор 8xSiPh MZ/непрерывный волоконный лазер (в качестве передатчика используется кремниевый свет, а модулятор и источник света разделены), что позволяет реализовать параллельную многоканальную архитектуру общего источника света. Если вносимые потери правильно контролируются, использование 1-2 источников света для параллельного создания 8 каналов может дать системе хорошее преимущество в цене.

Решение 800G SR: 8×100G SR8 DML/EML

Технологическое решение 800G SR: 8×100G PSM8 SiPh

В сценарии 800G DR/FR решение 4x200G имеет более низкую стоимость. Решение 800G DR4 (EML/SiPh) использует 4x200G DSP. Оптический чип использует 4xEML/SiPh с одинаковой длиной волны. Из-за ограниченной пропускной способности решение не использует DML. На принимающей и отправляющей стороне используется по 4 оптических волокна (PSM4), все из которых имеют одинаковую длину волны, и используют 12-жильные разъемы MPO. Решение 800G 2 км (FR) использует одноканальную технологию 200G PAM4. Когда скорость увеличивается со 100G до 200G, скорость передачи данных удвоится, а чувствительность ухудшится примерно на 3 дБ. Следовательно, для поддержания высокой чувствительности приемника (-5 дБм) требуется более мощный FEC.

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

Технологическое решение 800G DR/FR: 4×200G CWDM4 EML

Тенденции развития 800G включают одномодовый заход, одну длину волны 200G и когерентный заход. одномодовое затухание Ограничено полосой пропускания многомодового волокна, дальность передачи многомодового волокна 100G PAM4 VCSEL+ составляет 50 м. Отказ от одномодовых оптических интерфейсных решений является тенденцией развития, которая поможет оптическому приемопередатчику решения 800G SiPh покрыть масштабные сценарии SR на расстоянии 100 м. Приближается одна волна 200G. Хотя технология 112 Gbd EML быстро развивается, ресурсов полосы пропускания 55 ГГц несколько недостаточно. Перспективы применения SiPh-модуляторов 200G PAM4 и тонкопленочного ниобата лития на основе кремния очень широки. Последовательное погружение. По мере увеличения скорости передачи когерентное технологическое решение будет расширять свое применение на более короткие расстояния, такие как 40, 20 и 10 км, исходя из расстояния передачи в 80 км. Для согласованного решения требуется только лазер, модулятор и приемник, что делает его конкурентоспособным по цене с PAM4.