在数据中心的400G时代,主要有两种调制方式,分别是应用于DC内部连接的PAM4以及DCI或边缘互联的相干方式。
PAM4是一种强度调制方式,其中以激光的打开和关闭来代表比特率。不同于2级幅度调制的NRZ,PAM4是4级脉冲幅度调制,这里的4代表四个不同的幅度状态。分别对应于 00、01、11和10四种状态,每个符号代表2比特信息。因此PAM4以53G波特率运行下,共可以承载100Gbps数据。
但是,采用PAM4调制的模块,如果实现400Gbps ,需要四个独立的波长以及独立的激光器、调制器和接收器。由于采用的直接调制器,其传输距离大多比较短。不过在此场景中,光纤资源丰富,每根光纤承载一个通道,即便多个波长也不是问题。这也是为什么在400G时,DC内部连接多采用PAM4。
在DCI长距互联场景下,PAM4显得有些力不从心,怎么解决?基于400ZR协议的相干调制,可以波特率约为 60Gbaud的双极化16QAM (DP-16QAM) 调制运行(光信号的相位和幅度中都被编码),支持单波长承载承载400Gbps或更高的速率。
当然这也就对光模块激光器提出了更高的性能要求,需要超窄线宽激光器、I/Q 调制器和相干接收器。与PAM4采用的直接调制相比,可以传输的更远。
那么,到了800G甚至1.2T/1.6T时代,以上这些技术在数据中心应用场景中谁最有竞争力?
随着技术的发展,PAM4的100G收发器也能达到更远的距离(Inphi的ColorZ 100G收发器),在800G时代,PAM4和相干的技术差距将变得更小。而决定一种技术是否具有竞争力,无非是考虑成本和功耗。下面我们就来看看这两方面。
在保持波特率不变的情况下,将数据速率加倍的最简单方法是复制硬件。比如说PAM4可以使用4或8个100G/200G波长,相干调制则可以使用2个400G波长。
另一种方式是提高波特率,比如说将波特率加倍到大约110Gbaud,PAM4仍然需要多个波长,相干模块来说,调制方式不变。但是波特率加倍将带来成本上的上涨。对于相干技术,则取决于IQ调制器和接收器是使用InP还是硅光子实现。
对于PAM4,可以使用间接调制EML,带有内置磷化铟(InP)的激光器。或者是使用硅光子调制器的集成阵列和InP激光器阵列。但无论是PAM4还是相干技术,InP模块成本较高,而硅光要便宜一些。
另外,在功耗上,随着芯片技术由7nm演进到5nm,甚至3nm,不仅仅是DSP处理速率的提升,而且在降功耗上也表现得越来越优异。如下图所示。相干模块和PAM4收发器的DSP功耗与CMOS关系。
可以看出,100G速率时PAM4的功耗比相干模块低将近10倍,但这种差异在使用5nm COMS的800G速率时,已经变得不那么明显了。
不过,在800G PLUGGABLE MSA的单通道200G的800G/1.6T白皮书中,认为基于200G每通道的直接调制检测的模块成本更低,功耗也最低,性价比最高,如下图所示。
联系客服