10G SFP+, 25G SFP28, 40G QSFP+, 100G QSFP28 Special Offer!
Currency: USD
USD - US Dollar
EUR - Euro
GBP - British Pound
CAD - Canadian Dollar
AUD - Australian Dollar
JPY - Japanese Yen
SEK - Swedish Krona
NOK - Norwegian Krone
INR - Indian Rupee
BRL - Brazilian Real
RUB - Russian Ruble
Need Help?
  1. Английский
  2. Русский
  3. португальский
  4. Испанский
  5. Французский
  6. Итальянский
  7. Немецкий
  8. 한국어
  9. العربية
  10. に ほ ん ご
  11. Tiếng Việt
Выберите валюту
USD - Доллар США
EUR - Евро
GBP - британский фунт
CAD - Канадский доллар
AUD - Австралийский доллар
JPY - японская иена
SEK - шведская крона
NOK - норвежская крона
INR - Индийская рупия
BRL - Бразильский реал
RUB - Российский рубль
Справка
Фильтр
Очистить все

800G КСФП-ДД/ОСФП

800G КСФП-ДД/ОСФП

Сортировать по :Новички вперед

Категории

{{cate.name}}

Фильтр
Фильтр
Фильтр
Результаты 25

просмотреть {{page_size}}

Обзор продукта
Оптический трансивер 800G: SR8, DR, FR, LR, FR4, LR4, FR8
Спонсорами подключаемого MSA 800G являются в основном китайские и японские компании, в том числе China Telecom Technology Laboratory, H3C, Huawei, Sumitomo, Tencent и Yamazaki. Цель состоит в том, чтобы определить сменные недорогие оптические модули для приложений центров обработки данных с передачей на короткие расстояния 800G, включая спецификации 8X100G и 4X200G, с расстояниями передачи, включая 100 м, 500 м и 2 км, как показано на рисунке ниже. 
В настоящее время в отрасли бытует мнение, что потребности в передаче 800G возникнут в 2021 году, а к 2023 году рынок начнет формироваться. Соответственно, существует рабочая группа по оптическим модулям QSFP-DD800 MSA, возглавляемая американским коммуникационным гигантом стандартизация оптических модулей 800G и соответствующих разъемов в формате QSFP-DD.

Рис. 1. Область исследования 800G MSA

Общее содержание этой статьи:
1. Новые приложения (облачные вычисления, приложения ИИ) вызвали потребность в более высокой пропускной способности межсетевого соединения, и отрасли нужны более быстрые оптические модули, такие как 800G;
2. Архитектура центра обработки данных и требования к пропускной способности коммутаторов в разных местах;
3. Требования к сценарию присоединения SR, технический анализ решения 8x100G;
4. Необходимость анализа сценария FR для соединения, осуществимость технологии 4x200G, ключевой технологии;
5. Возможные технические решения для сценариев аварийного восстановления;
6. Резюме и перспективы.

Рисунок 2. Основные движущие компании 800G MSA

1. Предыстория — рынок 800G приближается
Согласно исследованию Fiber Mall, новые приложения, такие как AR/VR, AI и 5G, будут генерировать все больший объем трафика и расти в геометрической прогрессии. Это приведет к потребности в большей пропускной способности и большем количестве подключений, как показано на рисунке. Глобальная пропускная способность межсоединений будет продолжать быстро расти в течение следующих четырех лет, при совокупном темпе роста 48%.

Рисунок 3. Глобальный индекс взаимосвязи
Соответствие рынка спросу также отражает эту тенденцию. Как показано на рис. 4, подсчет света предсказывает, что оптические модули 400G на рынке центров обработки данных будут быстро расти в ближайшие пять лет, а рынок 2x400G или 800G появится примерно в 2022 году. По словам Владимира, к.т.н., генерального директора Lightcounting Market Research, операторы облачных центров обработки данных будут развертывать оптические модули 800G QSFP-DD и 800G OSFP в 2023–2024 годах, чтобы справиться с растущим сетевым трафиком. Большинство этих оптических модулей будут вставными, и можно увидеть модули в совместной упаковке.

Рис. 4. Годовой прогноз продаж на рынке оптических модулей ЦОД
Поскольку закон Мура об удвоении емкости за два года еще не истек в коммутационных микросхемах ASIC, архитектуре облачных центров обработки данных придется решать проблему расширения емкости. Текущие коммерчески развернутые Ethernet-коммутаторы имеют пропускную способность 12.8 Тбит/с, хотя через год их заменят на 25.6 Тбит/с. Путь эволюции пропускной способности коммутаторов показан на рис. 1, что приведет к огромному давлению на оптические межсоединения высокой плотности. Это связано с тем, что не все оптоэлектронные устройства могут удваивать плотность интеграции каждые два года, как это делают процессы CMOS. Это определяется различиями в устройствах, конструкции и способах изготовления.

Рис. 5. Закон эволюции емкости микросхем коммутации ЦОД
За последние несколько лет большой фурор произвели оптические модули ближнего действия 100G на основе прямого зондирования NRZ, переносящие большую часть быстрорастущего трафика для облачных сервисов. С тех пор как в марте 400 года IEEE инициировал исследование стандартов, связанных с 2011GE, в 400 году было введено масштабное развертывание оптических модулей 2020G QSFP-DD, и в следующем году спрос будет еще выше. Рисунок 4 иллюстрирует эту тенденцию роста. Стоит отметить, что на ранней стадии применения модули 400G QSFP-DD в основном используются для передачи в сценариях DR4 со скоростями 4x100G и расстояниями до 500 м, а также сценариях FR4 со скоростями 2x200G и расстояниями до 2 км, 400GE Функция MAC фактически не используется. В то же время также отмечается, что IEEE может не стандартизировать оптические порты 800GE в краткосрочной перспективе, по крайней мере, в последние два года он не завершит соединение высокой плотности 8x100GE или 2x400GE стандарта 800GE. Но к тому времени появился реальный спрос на 800G, поэтому отрасли необходимо разработать спецификации для обеспечения взаимосвязи и совместимости продуктов оптических модулей 800G от разных производителей.

2. Архитектура центра обработки данных
В целом архитектура центра обработки данных и характеристики трафика могут различаться в зависимости от обслуживаемого приложения. Например, основной трафик в центре обработки данных, который предоставляет услуги типа XaaS для внешних клиентов, скорее всего, будет направлен с севера на юг от сервера к клиенту, и в этом случае размер центра обработки данных может быть более географически сконцентрирован. Напротив, в облачных или ориентированных на хранение центрах обработки данных для внутренних нужд трафик, скорее всего, будет течь с востока на запад от сервера к серверу, что обычно требует концентрации мегаресурсов центра обработки данных. Несмотря на то, что сценарии применения аналогичны, операторы по-прежнему могут выбирать решения для оптических межсоединений на основе PSM4 или CWDM4 в зависимости от собственных предпочтений. Это приводит к разнообразию архитектур и технологий центров обработки данных.
Существует как минимум две распространенные архитектуры центров обработки данных. На рисунке ниже показана типичная архитектура центра обработки данных (3 уровня) и дорожная карта развития скорости переключения. Однако в типичном центре обработки данных будет больше устройств, чем на рисунке, а архитектура будет казаться крупнее и сложнее. Коэффициент сходимости для каждого слоя составляет около 3:1. Например, один коммутатор Spine может быть подключен к трем коммутаторам Leaf и т. д. Поверх уровня Spine требуется когерентное решение оптического соединения типа ZR для обеспечения взаимодействия с другими центрами обработки данных (сценарий DCI). Символом скорости интерфейса 800G является то, что, когда скорость между сервером и коммутатором TOR достигает 200G, необходимо принять разветвленную структуру PSM4 4x200G между TOR и Leaf, а также уровнем Spine.

Рис. 6. Общие архитектуры центров обработки данных уровня 3 и эволюция скорости оптического соединения
Коммутаторы TOR, Leaf и Spine здесь фактически соответствуют уровню доступа, уровню агрегации и уровню ядра. Для типичной сети центра обработки данных (DCN) требуется пропускная способность сетевого подключения 800 Гбит/с, если развернута пропускная способность сервера 200 Гбит/с. Однако некоторые торговыеoffs может быть выполнено в качестве центра обработки данных для предоставления услуг (полоса пропускания, дальность передачи и другие ресурсы) на основе бюджета строительства центра обработки данных. Как и в Таблице 1, приведены требования к полосе пропускания и дальности передачи для различных уровней сети центра обработки данных, а также приведены требования к рекомендуемому размеру упаковки оптического модуля.

Таблица 1. Требования к полосе пропускания и дальности передачи для различных уровней DCN
Учитывая огромные вычислительные потребности недавно появившихся приложений ИИ, двухуровневая коммутационная архитектура обычно применяется в некоторых ориентированных на приложения ИИ кластерах суперкомпьютеров или центрах обработки данных ИИ, как показано на рис. 7. Это связано с тем, что с учетом характеристик вычислений ИИ , нет необходимости в агрегации трафика между слоями. Поскольку трафик каждого сервера уже очень велик, он напрямую соответствует интерфейсу коммутатора и пользуется эксклюзивными ресурсами полосы пропускания. Видно, что характеристики трафика этой сети центров обработки данных с искусственным интеллектом или суперкомпьютеров отличаются от характеристик обычных центров обработки данных. В основном это сервисы с крупным трафиком, которые не нуждаются в частом обмене.

Рис. 7. Архитектура сети центра обработки данных AI/HPC и демонстрация скорости
Эта сеть центра обработки данных уровня 2 не требует агрегации трафика между уровнями. Если развернуты серверы 400G, требуется пропускная способность сетевого соединения 800G. По сравнению с традиционной трехуровневой коммутируемой сетью центра обработки данных эта двухуровневая архитектура более удобна для быстрого развертывания и имеет меньшую задержку, что очень подходит для будущего ИИ или суперкомпьютерной DCN. В таблице 2 приведены конкретные технические показатели этой DCN.

Табл. 2. Требования к сети центра обработки данных AI или HPC
Однако в некоторых небольших компаниях или сетях небольших облачных центров обработки данных скорость передачи между Leaf и серверами может не требовать такой пропускной способности, как 400G, что требует особого дизайна, учитывающего взаимосвязь между реальными сценариями приложений и стоимостью.
Поговорим о том, на что следует обратить внимание при строительстве ЦОД. Двумя наиболее важными факторами, на которые следует обратить внимание при выборе решения для центра обработки данных, являются масштабируемость и стоимость. При проектировании центра обработки данных контроль затрат и производительность не могут быть построены на слишком высоком или слишком низком стандарте. Если пользователи чрезмерно наращивают ресурсы, они будут потрачены впустую, хотя эти ресурсы можно использовать для расширения бизнеса. Но простаивающие ресурсы стоят дорого, и эти ресурсы могут стать устаревшей технологией, когда они действительно необходимы для использования. Например, если пользователь строит центр обработки данных с ожидаемым жизненным циклом 10 лет и имеет встроенную дополнительную емкость для обеспечения будущего роста, эта емкость может устаревать через пять лет. К тому времени достижения в области энергопотребления, производительности и других функций могут поставить эксплуатацию и обслуживание центра обработки данных в невыгодное положение. 
Центры обработки данных также могут быть сложными, если они построены по более низким стандартам, и даже могут быть более дорогими. Если способность пользователя разрабатывать правила не соответствует запланированным требованиям, при расширении и модернизации центра обработки данных потребуются значительные капитальные затраты.
Именно из-за вышеупомянутого возможного строительства центра обработки данных над или под проблемой, поэтому быстрое расширение центра обработки данных, удобная эксплуатация и стоимость этих основных вопросов являются приоритетами многих предприятий.
Это связано с вышеупомянутой возможной перестройкой или недостройкой центров обработки данных. Поэтому основные вопросы быстрого расширения центра обработки данных, простоты эксплуатации и стоимости являются приоритетными для многих предприятий. В качестве наиболее гибкого решения предприятия часто выбирают модель хостинга в центре обработки данных. Хостинг-операторы центров обработки данных позволяют пользователям «платить по требованию, постепенно увеличивать масштабы». Пользователи могут расширять или сокращать арендованное пространство по мере необходимости и оплачивать только соответствующую плату за использование. Это избавляет пользователей от неиспользуемых или недоиспользуемых ресурсов, устраняет все проблемы, связанные с инфраструктурой, и максимально увеличивает ценность их инвестиций в ИТ.
Впрочем, это не проблема для некоторых интернет-гигантов, которых больше волнует ценность самих данных, поэтому они без колебаний вложат много денег в строительство собственных центров обработки данных и предоставление собственных облачных сервисов, держа в руках ключевые активы. в свои руки. Например, Alibaba, Tencent, Baidu, Facebook, Google и даже некоторые из них имеют специализированные исследовательские отделы, связанные с сетевой инфраструктурой, исследуя различные недорогие и высокоскоростные оптические решения для межсоединений, даже оптический модуль для разработки собственных. Цель состоит в том, чтобы построить лучшую сеть центров обработки данных, предоставлять более быстрые и разнообразные услуги и привлекать больше пользователей.
Наконец, стоит объяснить, почему сети центров обработки данных стали настолько популярными в последние годы. Все начинается с видео. Последний прогноз трафика VNI от Cisco, показанный ниже, показывает, что в последние годы видеотрафик становится все более важной частью сети, и ожидается, что к 80 году на него будет приходиться более 2022% всего интернет-трафика. вас, так как мы каждый день являемся получателями и производителями видеотрафика. Развитие видеоуслуг связано с изменением архитектуры несущей сети и распределения трафика. С созданием сетей распространения контента (CDN) и упадком сетей центров обработки данных (DCN) контент, такой как видео и файлы, кэшируется ближе к пользователю, что обеспечивает меньшую задержку и более быструю буферизацию. Большую часть трафика больше не нужно будет перемещать на большие расстояния по магистральной сети, а он окажется в пределах досягаемости городских сетей малой и средней протяженности или сетей центров обработки данных. Еще в 2017 году был отчет о том, что трафик MAN на короткие и средние расстояния превзошел магистральный трафик на дальние расстояния. Центр обработки данных, особенно облачное соединение центров обработки данных (DCI), является наиболее типичным применением городских сетей. Поэтому неудивительно, что тема о нем актуальна в последние годы.

Рис. 8. Последний прогноз трафика VNI от Cisco.

Решение 3.8x100G для сценария 800G SR
a) Анализ требований сценария приложения 800G QSFP-DD или OSFP SR
Что касается передачи в центре обработки данных на 100 м, отрасль фактически страдает от технологии передачи VCSEL с ограничением скорости около 100G на канал, и кажется трудным продолжать увеличивать скорость. MSA 800G направлен на разработку недорогих оптических модулей 8x100G QSFP-DD или OSFP для приложений SR, обеспечивающих по крайней мере наиболее важные приложения в SR, поддерживающие передачи от 60 до 100 м, как показано на рисунке 9.
Кроме того, рабочая группа 800G MSA пытается определить технологию передатчика, которая обеспечивает линейное снижение стоимости за счет высокоинтегрированного подхода, позволяющего быстро выйти на рынок оптических межсоединений высокой плотности 800G. Недорогой 800G SR8 может поддерживать текущие тенденции развития центров обработки данных, обеспечивая недорогое последовательное подключение серверов 100G: увеличение портов коммутатора и уменьшение количества серверов в стойке. Как показано на рисунке 9, рабочая группа 800G MSA определит недорогую спецификацию физического подуровня, зависящего от среды (PMD), для одномодовых оптоволоконных соединений на основе технологии 100G PAM4. Кроме того, из-за необходимости малой задержки в приложениях SR, KP4 FEC будет использоваться для реализации исправления ошибок в оптических модулях 800G MSA, а другие алгоритмы DSP включают простое восстановление тактовой частоты и выравнивание. Также необходимо определить разъем для модуля PSM8, чтобы обеспечить подключение к 8x100G.

Рисунок 9. Блок-схема архитектуры оптического модуля 800G SR8/PSM8 и диапазон спецификаций 800G MSA
По сравнению с обычными модулями SR, 800G SR8 больше не будет использовать многорежимное решение на основе VCSEL, а будет использовать метод параллельной одномодовой передачи PSM8 с форматом модуляции PAM4 и чипом DSP.

б) Анализ осуществимости решения 8x100G
Как проанализировано выше, одноканальная скорость 100G может ограничить многорежимное решение в 400G QSFP-DD SR8, чтобы продолжить эволюцию до 800G QSFP-DD SR8. Основываясь на теоретической модели IEEE, можно сделать вывод, что, когда скорость передачи данных достигает диапазона 50G, расстояние передачи, поддерживаемое многомодовым волокном MMF, не будет превышать 50 м, как показано в таблице 3.
Основными ограничивающими факторами являются ширина полосы модуляции VCSEL и интермодальная дисперсия MMF. Хотя дальность передачи может быть увеличена примерно до 100 м с помощью мощного алгоритма DSP за счет оптимизации устройства и конструкции оптического волокна, это связано с высокой стоимостью, большой задержкой и энергопотреблением. Исходя из этого, рабочая группа MSA Pluggable Optical Module 800G рекомендует одномодовую технологию передачи для соединения 800G-SR8.

Таблица 3. Взаимосвязь между пропускной способностью MMF и расстоянием передачи предсказана на основе теоретической модели IEEE
Чтобы обеспечить решение на базе одномодового оптоволокна с меньшими затратами и энергопотреблением, для 800G-SR8 должны быть определены разумные стандартные требования PMD. Определение уровня PMD должно удовлетворять как минимум трем принципам:
1) Разрешить использование нескольких технологий передатчиков на основе решений, таких как DML, EML и SiPh.
2) Весь потенциал устройства может быть полностью использован для достижения целевой производительности канала.
3) Параметры уровня PMD в максимально возможной степени смягчены до тех пор, пока удовлетворяются характеристики надежной линии связи. Эти три принципа объясняются и анализируются ниже с результатами экспериментального исследования.
Прежде всего, с точки зрения бюджета мощности, ожидается, что одномодовый 800G-SR8 будет очень похож на 400G-SR8, с той лишь разницей, что необходимо определить вносимые потери для вновь определенного одномодового разъема PSM8. . Это означает, что микросхема DSP может удовлетворить требования бюджета мощности 800G-SR8 за счет прямого использования проверенных оптоэлектронных устройств текущего межсоединения 400G-SR8. Таким образом, в дополнение к определению разъема PSM8 самая большая проблема при определении спецификации PMD 800G-SR8 заключается в определении соответствующей амплитуды оптической модуляции передатчика (OMA), коэффициента экстинкции (ER), передатчика и закрытия глазка дисперсии для PAM4 (TDECQ). и чувствительность приемника. Чтобы найти эти подходящие показатели, рабочая группа MSA протестировала и оценила характеристики BER ряда различных передатчиков, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10. (a) EML BER по сравнению с результатами OMA на основе коммерчески доступных 400G DSP ASIC; (b) SiPh BER и результаты OMA на основе коммерчески доступных 400G DSP ASIC, (c) DML BER и результаты OMA на основе коммерчески доступных 400G DSP ASIC
Приведенные выше экспериментальные результаты представляют собой кривые BER и OMA, измеренные в режиме реального времени для сигнала PAM100 4G с одной длиной волны на основе коммерческого чипа DSP 400G. Среди них результаты 100G EML и SiPh могут быть уже известны, потому что они обсуждались в последние годы, но чувствительность на основе решения DML также неплохая, только платформа BER немного выше, но пока она ниже порога BER KP4 FEC. Поскольку кремниевая фотоника, оптические потери передатчика немного больше, его выходная мощность меньше, чем у других решений, поэтому необходимо попытаться учесть соответствующее ослабление при определении минимального индекса OMA 800G SR8.
Обратите внимание, что, хотя в приведенных выше результатах DML используются устройства DML с меньшей пропускной способностью, чем устройства EML и SiPh, использование коммерческих микросхем DSP, которые являются более мощными, чем эталонный приемник 400GE, определенный IEEE, может по-прежнему обеспечивать лучшую коррекцию и достигать такой же чувствительности OMA, как EML и SiPh для соответствия бюджету мощности 800G SR8. Чтобы раскрыть весь потенциал DSP в приложениях 800G SR8, тесты на соответствие требованиям приемника, такие как TDECQ, необходимо переопределить, чтобы они соответствовали фактическим возможностям выравнивания коммерческих микросхем DSP, например, большее количество отводов, чем 5 отводов, определенных в настоящее время.
С другой стороны, учитывая более низкие требования к чувствительности в сценариях SR и строгие ограничения по энергопотреблению в оптических модулях 800G, в будущих оптических модулях 800G также будет рекомендовано использование режимов DSP низкой сложности. Коэффициент затухания ER как метрика, напрямую связанная с энергопотреблением, теоретически чем ниже ER, тем лучше, если гарантируется надежная передача по каналу. Основываясь на приведенном выше анализе, рабочая группа MSA считает, что недорогое решение с низким энергопотреблением на основе SMF может быть использовано в качестве многообещающего решения для приложений 800G-SR.

4. Решение 4x200G для сценария 800G FR
a) Анализ требований сценария 800G FR QSFP-DD или OSFP
Одноканальная передача 200G на основе технологии модуляции PAM4 является следующей важной технической вехой для систем прямого обнаружения модуляции интенсивности (IMDD) и основой для создания 4-канальных оптических межсоединений 800G, а также высокоскоростных межсоединений 1.6T на ее основе.
Как показано на рис. 11, рабочая группа определит полный набор спецификаций уровня PMD и частичного PMA, включая новое решение FEC с низким энергопотреблением и малой задержкой для наложения слоя на электрический входной сигнал 112G для улучшения чистого выигрыша от кодирования. модема.
Одной из целей отрасли является разработка нового поколения широкополосных электрических и оптических симуляторов компонентов передатчика и приемника, включая широко используемые АЦП и ЦАП. Чтобы удовлетворить требования к питанию подключаемых оптических модулей 800G, микросхемы DSP следующего поколения 200G PAM4 будут изготавливаться с использованием КМОП-процесса с более низким переходом, такого как 7-нм/5-нм, а также потребуются несложные алгоритмы цифровой обработки сигналов с низким энергопотреблением. для выравнивания канала.

Рис. 11. Структурная схема оптического модуля 800G FR4/PSM4 и диапазон спецификаций 800G MSA
Решение межсоединения 4x200G FR имеет два пути реализации: один представляет собой решение PSM4 с 4 парами одномодовых волокон, а другой использует одну пару волокон на основе CWDM4, которая по-прежнему имеет относительно большую разницу во внешнем оптическом порте. плотность, а стоимость и сложность модулей CWDM4 также должны быть значительно увеличены.
б) Анализ осуществимости решения 4x200G
В LAN-WDM для контроля температуры требуется TEC, в то время как в одноканальном приложении 200G ожидается, что контроля температуры не будет. Бюджет мощности для 800G-FR4 будет проанализирован на основе CWDM4. Основные факторы, связанные с бюджетом мощности, включают вносимые потери в канале, многоканальные помехи (MPI), различную групповую задержку (DGD) и потери передатчика и дисперсии (TDP). В соответствии с моделью, опубликованной в стандарте IEEE, потери, вызванные MPI и DGD, рассчитываются, как показано в таблице 4. Поскольку скорость передачи одного канала 200G выше, чем 100G, потери дисперсии должны быть больше. Рабочая группа рекомендовала разумное значение TDP 3.9 дБ. Таким образом, принимая во внимание старение приемника, потери связи и выходную оптическую мощность типичного передатчика, рабочая группа пришла к выводу, что чувствительность приемника 200G PAM4 должна быть около -5 дБм.

Табл. 4. Анализ бюджета мощности 800G-FR4
По сравнению со 100G, скорость 200G удваивается, что приводит к ухудшению SNR на 3 дБ. Может оказаться необходимым использовать более сильные коды исправления ошибок FEC, чтобы поддерживать чувствительность на уровне -5 дБм и избегать платформы BER выше порогового значения BER до FEC. Следовательно, как упоминалось ранее, дополнительный уровень FEC с малой задержкой и низкой сложностью должен быть обернут поверх FEC KP4 при реализации оптического модуля. Новый порог ошибки FEC может быть установлен в соответствии с фактическими требованиями к производительности оптической линии связи и бюджету мощности.
Рабочая группа также дополнительно проанализировала производительность одноканальной линии связи 200G с помощью моделирования и экспериментов. Параметры устройств, используемых в канале, показаны в таблице 5. Экспериментальные результаты показывают, что когда порог BER нового FEC установлен на 2e-3, чувствительность приемника может достигать цели, как показано на рисунке 12 (a). ). Однако в экспериментах используется алгоритм оценки последовательности максимального правдоподобия (MLSE) для компенсации сильных межкодовых помех ISI в канале из-за узкополосной фильтрации. 
Пунктирная линия на рис. 12(а) представляет результаты, основанные на моделировании параметров экспериментального устройства. Вместе с экспериментальными результатами исследование моделирования показывает, что ограничивающим фактором для производительности системы является полоса пропускания таких устройств, как DA/AD, драйвер и электрооптический модулятор. Предполагая, что устройства с высокой пропускной способностью будут представлены на рынке в ближайшие несколько лет, моделирование основано на той же системе, но после установки большего размера полосы пропускания устройства обнаруживается, что соответствующее требование чувствительности может быть выполнено в DSP при Pre FEC BER=2e-3 использует только алгоритм прямой коррекции (FFE), и результаты показаны на рис. 4(b), что соответствует теоретическим ожиданиям.

Таблица 5. Параметры устройства, использованные в эксперименте и моделировании


Рис. 12. (a) Экспериментальные результаты и результаты моделирования одноканальной сети 200G при существующей пропускной способности устройства; (b) Результаты моделирования выравнивания FFE для одного канала 200G с устройствами с улучшенной полосой пропускания.
Основываясь на приведенном выше анализе, по-прежнему рекомендуется соответствовать соответствующим показателям TDECQ в тесте на соответствие сценарию 800G-FR4. Только количество ответвлений FFE эталонных приемников, используемых при тестировании TDECQ, необходимо увеличить до соответствующего значения, что также заслуживает дальнейшего обсуждения и изучения. Конечно, если емкость (пропускная способность) будущих 100-гигабитных устройств не оправдает наших ожиданий, нам все равно придется рассмотреть возможность использования более сложных алгоритмов, таких как MLSE, в сценарии FR4, что означает разработку новых решений для соответствия требованиям.

c) Анализ пакетного решения 4x200G
Чтобы обеспечить целостность высокоскоростного сигнала с учетом диапазона частот Найквиста (т. е. 56 ГГц), необходимо пересмотреть конструкцию корпуса передатчика и приемника 4x200G. Две возможные реализации передатчика представлены на рисунке 13. Метод А — это традиционное решение, в котором драйвер и модулятор размещаются вместе. Напротив, микросхема драйвера, разработанная в перевернутом виде в решении B, упакована вместе с микросхемой DSP для оптимизации целостности сигнала в радиочастотной линии передачи. Обе эти технологии в настоящее время доступны.
Предварительные исследования моделирования показывают, что лучшие результаты и гарантированная полоса пропускания выше 56 ГГц могут быть получены при использовании решения B. Пульсации на частотной характеристике S21 решения A могут быть вызваны отражением сигнала на входе драйвера, которое можно оптимизировать, согласовывая Дизайн драйвера для дальнейшего улучшения конечной производительности решения A.

Рисунок 13. Два типа упаковки преобразователя. Линия радиочастотной передачи (красная линия), выравнивание и модулятор учитываются при моделировании S21, а полоса пропускания 3 дБ используемого чипа EML принимается равной 60 ГГц.
На стороне приемника необходимо уменьшить паразитную емкость, чтобы получить фотодетектор с широкой полосой пропускания (PD), вместе с широкополосным трансимпедансным усилителем (TIA), чтобы обеспечить полосу пропускания приемника. Нет технической проблемы реализовать такое устройство с использованием современной полупроводниковой технологии. В отрасли даже есть компании, которые уже вложили много усилий в разработку соответствующих продуктов, которые, как ожидается, будут запущены в массовое производство в течение одного-двух лет. Кроме того, связь между БП и ТИА также важна и нуждается в оптимизации и анализе, поскольку паразитные эффекты могут влиять на производительность.

d) Кодирование с прямым исправлением ошибок (FEC) в одноканальном режиме 200G
В целом, ранее упоминалось более сильное решение FEC с порогом PreFEC BER 2e-3 для обеспечения требований к чувствительности приемника 200G PAM4. На рис. 14 показаны результаты сравнения каскадного и замещающего решений. В первом решении KP4 FEC заменяется новым, более дорогим FEC на промежуточном оптическом порту, который имеет преимущества с точки зрения общих накладных расходов и чистого выигрыша от кодирования. Во втором решении используется каскадный подход FEC, в котором KP4 продолжает оставаться внешним уровнем кодирования и используется вместе с новым внутренним кодом. Преимущество этого каскадного кода заключается в низкой задержке и низком энергопотреблении, и поэтому он больше подходит для сценария приложений 800G-FR4.

Рис. 15. Решение 800G FEC: новая замена FEC по сравнению с каскадным KP4 FEC

Более прямым способом достижения порогового значения BER 2E-3 FEC является последовательное подключение номеров поколений, показанных на рис. 16, с KP4, что минимизирует энергопотребление и сквозную задержку. Как коды Хэмминга с возможностью коррекции одного BER, так и коды BCH с возможностью коррекции двойного BER являются подходящими вариантами кодов генерации в этой каскадной схеме. Оба внутренних кода имеют накладные расходы около 6% и в сочетании с простым алгоритмом рекурсивного декодирования soft-in-hard-out (SIHO) с 64 тестовыми шаблонами, как коды Хэмминга, так и коды BCH могут достичь производительности коррекции пороговых ошибок лучше, чем 2e-3. Распределение символов, определенное в 400GBASE-R, по существу служит перемежителем четности для каскадного кодирования, а задержки в 10 кбит достаточно для декорреляции с шумом, вносимым в волокно.

Рис. 16. Структурная схема каскадной схемы для КП4 и линейных кодов

5. Возможные решения для сценариев 800G DR QSFP-DD или OSFP
Как показано в таблице 6, существует четыре пути достижения 800G DR.
Во-первых, решение SR8, определенное в MSA 800G, может напрямую увеличить дальность передачи на 500 м. Поскольку решение с параллельным волокном требует большего количества волокон, стоимость волокон длиной до 500 м может быть проблемой в этом приложении.
Во-вторых, на основе существующего решения FR4 решение 2x400G CWDM может быть обеспечено путем простого удвоения приемопередающих устройств, что, по-видимому, обеспечивает хороший баланс между потреблением волоконных ресурсов и зрелостью схемы, но это стоимость и энергопотребление могут ограничивать его практическое применение. .
Наконец, одноканальные решения 200G следующего поколения (PSM4 или CWDM4) могут охватывать приложения DR. Этот подход требует всего 4 пары модулей оптического приемопередатчика и, по-видимому, имеет наименьшее энергопотребление и стоимость. Однако из-за зрелости отрасли и практической осуществимости дальнейших доказательств неясно, когда решение будет коммерчески доступно.

Табл. 6. Четыре возможных решения для 800G DR
Таким образом, были обсуждены четыре возможных варианта для 800G DR, и рабочая группа будет продолжать следить за развитием каждого технического маршрута и рекомендовать варианты в соответствующее время в будущем.

6. Резюме и перспективы
Подключаемый MSA 800G возьмет на себя ведущую роль в определении оптических модулей для сценариев 800G-SR8 и FR4. В сценарии SR8, чтобы принять во внимание больше технологий и внедрить одномодовые решения на основе SMF, рабочая группа рассмотрела соответствующие корректировки некоторых ключевых параметров уровня PMD, что в конечном итоге позволило ослабить требования OMA и ER, чтобы уменьшить потребляемой мощности, и эталонные приемники для тестирования TDECQ необходимо будет переопределить.
Рабочая группа также продемонстрировала техническую осуществимость одноканальной оптической передачи 200G для приложений 800G FR4. Результаты экспериментов и моделирования показали, что необходимо добавить подуровень кодирования FEC с малой задержкой и низким энергопотреблением в оптический модуль для достижения целевого бюджета мощности. Технические детали этого нового FEC будут представлены в стандартной спецификации 800G-FR4 для облегчения взаимодействия с различными поставщиками. В то же время увеличение пропускной способности устройства и оптимизация конструкции модуля — это две проблемы, требующие дальнейшего изучения.
Подключаемый MSA 800G выпустил первую версию спецификации в четвертом квартале 4 года, при этом небольшое количество устройств уже находится в прототипе, а первые оптические модели 2020G, как ожидается, будут доступны в 800 году. Поколение 2021GbE готово к выпуску на рынок, Подключаемые оптические модули 400G будут использовать новую экосистему для обеспечения более высокой плотности межсоединений для следующего поколения коммутаторов 800T и 25.6T, что позволит обеспечить экономичные одноканальные оптические соединения 51.2G и 100G.
Глядя за пределы 800G до 1.6T, отрасль начинает видеть возможные ограничения подключаемых оптических модулей. Используя классические печатные платы, SerDes для межсоединений C2M вряд ли будут масштабироваться до одноканальных скоростей 200G, требуя размещения аналоговой электроники/чипов и оптических устройств ближе к коммутационному чипу. Независимо от того, выберет ли отрасль в конечном итоге совместно упакованную оптику (CPO), встроенную оптику (OBO) или модернизированную версию подключаемой, определение MSA для одноканального 200G будет следующим: 800G и 1.6T соединяют необходимый базовый блок, важности, а значимость очевидна.

Подробнее ↓