Πώς η PAM4 και η Φωτονική Σίλικον διαμορφώνουν την τεχνολογία 800G

Τεχνολογία 800Gαναφέρεται σε συστήματα δικτύωσης υψηλής ταχύτητας που έχουν σχεδιαστεί για να μετακινούν την κίνηση Ethernet στα 800 gigabit ανά δευτερόλεπτο μέσω υψηλότερων ρυθμών λωρίδας, πυκνότερων οπτικών μονάδων και εξελισσόμενων προτύπων διεπαφής.Διαμόρφωση PAM4αυξάνει τα δεδομένα που μεταφέρονται ανά σύμβολο, ενώφωτονική πυριτίουβελτιώνει την ενσωμάτωση και την ικανότητα κατασκευής των πυκνών οπτικών πομποδεκτών.

Το μηχανολογικό πρόβλημα πίσω από το 800G δεν είναι απλώς «να κάνει τα οπτικά πιο γρήγορα». Είναι ένα συνδυασμένο πρόβλημα ηλεκτρικού, οπτικού, συσκευασίας και προτύπων. Η υψηλότερη χωρητικότητα ASIC διακόπτη δημιουργεί ζήτηση για περισσότερο εύρος ζώνης ανά θύρα μπροστινού πίνακα. Η υψηλότερη πυκνότητα θύρας αυξάνει την πίεση στο μέγεθος, την ισχύ και τη θερμική σχεδίαση της οπτικής μονάδας. Οι υψηλότεροι ρυθμοί λωρίδων απαιτούν πιο προσεκτική ακεραιότητα σήματος, ισχυρότερη διόρθωση σφαλμάτων και πιο ολοκληρωμένες οπτικές αρχιτεκτονικές.

IEEE Std 802.3df-2024είναι η ολοκληρωμένη τροποποίηση για 400 Gb/s και 800 Gb/s Ethernet. Καλύπτει παραμέτρους MAC, φυσικά επίπεδα και παραμέτρους διαχείρισης που απαιτούνται για την υποστήριξη λειτουργίας 400 Gb/s και 800 Gb/s.

The Two Engineering Layers Behind 800G: Signaling and Optical Integration

Το PAM4 και η φωτονική πυριτίου λύνουν διαφορετικά μέρη του ίδιου προβλήματος κλιμάκωσης.

Το PAM4 λειτουργεί στο επίπεδο σηματοδότησης. Επιτρέπει σε ένα κανάλι να μεταφέρει περισσότερες πληροφορίες ανά σύμβολο, γεγονός που βοηθά στην αύξηση του αποτελεσματικού ρυθμού δεδομένων χωρίς να βασίζεται μόνο σε υψηλότερο ρυθμό baud. Η φωτονική του πυριτίου λειτουργεί στο επίπεδο οπτικής ολοκλήρωσης. Επιτρέπει την ενσωμάτωση φωτονικών στοιχείων και λειτουργιών πομποδέκτη υψηλής ταχύτητας σε μια πλατφόρμα με βάση το πυρίτιο, η οποία γίνεται ολοένα και πιο σημαντική καθώς οι μονάδες κινούνται προς περισσότερα κανάλια και πιο περίπλοκες οπτικές λειτουργίες.

Στην πράξη, το 800G εξαρτάται και από τα δύο. Το PAM4 βελτιώνει την απόδοση της λωρίδας, ενώ η φωτονική πυριτίου βοηθά στη μετατροπή αυτής της σηματοδότησης υψηλότερης ταχύτητας σε πυκνές, κατασκευάσιμες οπτικές μονάδες.

Το PAM4, ή η διαμόρφωση πλάτους παλμών τεσσάρων επιπέδων, είναι μία από τις κεντρικές τεχνολογίες ενεργοποίησης για οπτικές μονάδες 800G. Οι προηγούμενες γενιές χρησιμοποιούσαν συνήθως NRZ, ή διαμόρφωση χωρίς επιστροφή στο μηδέν. Το NRZ χρησιμοποιεί δύο επίπεδα σήματος, επομένως κάθε σύμβολο αντιπροσωπεύει ένα bit: 0 ή 1. Το PAM4 χρησιμοποιεί τέσσερα επίπεδα σήματος, επομένως κάθε σύμβολο αντιπροσωπεύει δύο bit: 00, 01, 11 ή 10.

Αυτή η διαφορά είναι ο βασικός λόγος που το PAM4 είναι χρήσιμο. Με την κωδικοποίηση δύο bit ανά σύμβολο, το PAM4 μπορεί να διπλασιάσει τον πραγματικό ρυθμό δεδομένων ενός καναλιού χωρίς να διπλασιάσει τον ρυθμό συμβόλων. Για οπτικές συνδέσεις υψηλής ταχύτητας, αυτή είναι μια πιο πρακτική διαδρομή από την προσπάθεια κλιμάκωσης μόνο του ρυθμού baud.

PAM4 vs NRZ: Επίπεδα σήματος, bit ανά σύμβολο και ευαισθησία θορύβου

Το πλεονέκτημα του PAM4 δημιουργεί επίσης την κύρια πρόκληση του μηχανικού. Τέσσερα επίπεδα πρέπει να ταιριάζουν στο διαθέσιμο εύρος πλάτους σήματος, επομένως η απόσταση μεταξύ των επιπέδων είναι μικρότερη από ό,τι στο NRZ. Τα μικρότερα περιθώρια απόφασης καθιστούν τη σύνδεση πιο ευαίσθητη στο θόρυβο, την παραμόρφωση και τις βλάβες του καναλιού.

Αυτός είναι ο λόγος που το PAM4 δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί ως απλή αναβάθμιση ταχύτητας. Είναι μια αντιστάθμιση απόδοσης εύρους ζώνης: περισσότερα δεδομένα ανά σύμβολο, αλλά λιγότερο περιθώριο θορύβου ανά επίπεδο.

Σύγκριση επιπέδου σήματος PAM4 έναντι NRZ

Γιατί το FEC και το Equalization γίνονται απαραίτητα για τις συνδέσεις PAM4

Επειδή το PAM4 έχει πιο αυστηρά περιθώρια απόφασης σήματος, οι συνδέσεις PAM4 υψηλής ταχύτητας βασίζονται περισσότερο σεFECκαιεξίσωση. Το FEC βοηθά στη διόρθωση σφαλμάτων μετά τη μετάδοση, ενώ η εξισορρόπηση συμβάλλει στην αντιστάθμιση της παραμόρφωσης σήματος που σχετίζεται με το κανάλι.

Σε χαμηλότερες ταχύτητες, αυτές οι τεχνικές μπορεί να μην απαιτούνται στον ίδιο βαθμό. Στα στάδια ανάπτυξης 50G, 100G και ειδικά 200G ανά λωρίδα, αποτελούν μέρος της πρακτικής μηχανικής βάσης για αξιόπιστη λειτουργία.

Η κίνηση προς τα 800G δεν έγινε με ένα άλμα. Ακολούθησε έναν οδικό χάρτη ταχύτητας λωρίδας: το 50G PAM4 έγινε αρχικά ώριμο, μετά το 100G PAM4 επέτρεψε πιο αποτελεσματικά τα 100GE και 400GE και το 200G PAM4 έγινε η επόμενη διαδρομή για τη μείωση της οπτικής πολυπλοκότητας σε μονάδες υψηλότερης ταχύτητας.

Χάρτης πορείας PAM4 50G, 100G και 200G προς 800G

50G PAM4 και η πρώιμη φάση ανάπτυξης 200GE / 400G

Η υλοποίηση του PAM4 στόχευσε αρχικά κανάλια 50 Gbps. Αντικατέστησε γρήγορα τις προσεγγίσεις NRZ των 50 Gbps που αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα, επειδή πρόσφερε έναν πιο αποτελεσματικό τρόπο αύξησης του ρυθμού δεδομένων ανά κανάλι.

Το 50G PAM4, με μέγιστο ρυθμό μετάδοσης bit 56 Gbps, έγινε ώριμο και απέκτησε υποστήριξη από διάφορα ASIC μεταγωγέων και δρομολογητών και οπτικές μονάδες. Ενεργοποίησε τις πρώτες οπτικές μονάδες πελάτη μεγάλου όγκου 400G χρησιμοποιώντας συντελεστές μορφής QSFP-DD και OSFP. Υποστήριξε επίσης την ανάπτυξη 200GE σε κέντρα δεδομένων χρησιμοποιώντας οπτικές μονάδες QSFP56.

Αυτό το στάδιο έχει σημασία γιατί απέδειξε ότι το PAM4 δεν ήταν μόνο μια τεχνική εργαστηριακής σηματοδότησης. Έγινε μια αναπτυσσόμενη αρχιτεκτονική για πραγματικές διασυνδέσεις κέντρων δεδομένων.

100G PAM4 για ένα μήκος κύματος 100GE και τέσσερα μήκη κύματος 400 GE

Το 100G PAM4 είναι το επόμενο σημαντικό βήμα. Επιτρέπει μια πιο οικονομική υλοποίηση 100 GE χρησιμοποιώντας ένα μήκος κύματος και υποστηρίζει 400 GE σε ίνα μονής λειτουργίας χρησιμοποιώντας τέσσερα μήκη κύματος.

Αυτό το στάδιο είναι στενά συνδεδεμένο με την ανάπτυξη των λιμένων 800G. Καθώς οι διακόπτες και οι δρομολογητές 25,6 Τ με διεπαφές PAM4 100G εισέρχονται στην ανάπτυξη, οι θύρες 800G γίνονται πιο πρακτικές επειδή το σύστημα μπορεί να συγκεντρώνει ηλεκτρικές και οπτικές λωρίδες υψηλότερης ταχύτητας πιο αποτελεσματικά.

Με απλά λόγια, το 100G PAM4 διευκολύνει την κατασκευή 800G με οκτώ κανάλια 100G. Αυτό μειώνει την ανάγκη για υπερβολικό πλήθος καναλιών, ενώ διατηρεί τη σχεδίαση σε μια πιο ώριμη τεχνολογική βάση.

Μήκη κύματος 200G PAM4 και η διαδρομή προς μονάδες 800G χαμηλότερης πολυπλοκότητας

Το επόμενο στάδιο ανάπτυξης είναι 200G PAM4 ανά μήκος κύματος ή ανά λωρίδα. Μια προσέγγιση 200G PAM4 μπορεί να μειώσει την οπτική πολυπλοκότητα των μελλοντικών μονάδων, επειδή ενδέχεται να χρειαστούν λιγότερες λωρίδες ή μήκη κύματος για να επιτευχθεί ο ίδιος συνολικός ρυθμός δεδομένων. Αυτό μπορεί να μειώσει τον αριθμό των οπτικών εξαρτημάτων, να απλοποιήσει τη συσκευασία και να υποστηρίξει υψηλότερη χωρητικότητα συστήματος μεταγωγέων και δρομολογητών.

IEEE P802.3djείναι η ενεργή ομάδα εργασίας που αντιμετωπίζει στόχους Ethernet 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s και 1,6 Tb/s. Οι στόχοι που έχει υιοθετήσει περιλαμβάνουν υποστήριξη ρυθμού δεδομένων MAC 200 Gb/s, προαιρετικές διεπαφές τσιπ προς μονάδα και τσιπ σε μονάδα προσάρτησης τσιπ σε μονάδα μονής λωρίδας 200 Gb/s και στόχους 800 Gb/s χρησιμοποιώντας διεπαφές μονάδων προσάρτησης τεσσάρων λωρίδων καθώς και πολλαπλούς στόχους επίτευξης χάλκινου, backplane και SMF.

Η ανάπτυξη 200G-ανά-λωρίδα είναι κεντρική για την επόμενη φάση κλιμάκωσης Ethernet και οπτικής μονάδας, αλλά θα πρέπει να αντιμετωπίζεται διαφορετικά από τα πιο ώριμα στάδια 50G PAM4 και 100G PAM4.

Η εξέλιξη της οπτικής μονάδας ακολουθεί τη χωρητικότητα του διακόπτη ASIC. Όταν η χωρητικότητα ASIC αυξάνεται, το σύστημα χρειάζεται περισσότερο εύρος ζώνης στην πρόσοψη, πιο αποτελεσματικές ηλεκτρικές λωρίδες και πυκνότερες οπτικές διασυνδέσεις. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα οπτικά 800G συνδέονται με την εναλλαγή γενεών πυριτίου και όχι μόνο με την τεχνολογία πομποδέκτη.

Από 6,4T έως 204,8T: Κλιμάκωση χωρητικότητας και πίεση ταχύτητας λωρίδας

Ο οδικός χάρτης ASIC διακόπτη που συνοψίζεται παρακάτω δείχνει την κατεύθυνση της κλιμάκωσης της χωρητικότητας και της πίεσης ταχύτητας λωρίδας.

Διακόπτης ASIC Capacity Scaling και 800G Optics Pressure

Ο οδικός χάρτης θα πρέπει να διαβαστεί ως τάση κλιμάκωσης χωρητικότητας παρά ως ακριβής πίνακας κυκλοφορίας προϊόντων. Σε σύγκριση με παλαιότερους κόμβους χωρητικότητας 6.4T και 12.8T, οι νεότερες γενιές 51.2T και 102.4T ασκούν μεγαλύτερη πίεση στην ταχύτητα λωρίδας, την πυκνότητα της πρόσοψης και την οπτική ολοκλήρωση.

Εδώ αρχίζουν να συνδέονται το PAM4, το φωτονικό πυριτίου και τα συν-συσκευασμένα οπτικά. Το PAM4 αυξάνει την απόδοση κάθε λωρίδας. Η φωτονική πυριτίου βοηθά στην ενσωμάτωση περισσότερων οπτικών λειτουργιών σε συμπαγείς μονάδες. Τα συνδυασμένα οπτικά συστήματα μετακινούν τους οπτικούς κινητήρες πιο κοντά στον διακόπτη ASIC όταν η ηλεκτρική απόσταση, η πυκνότητα του εύρους ζώνης και η ισχύς γίνονται πιο δύσκολα στη διαχείριση.

Φωτονική πυριτίουενσωματώνει φωτονικά εξαρτήματα και λειτουργίες πομποδέκτη υψηλής ταχύτητας σε υπόστρωμα πυριτίου. Έχει ήδη χρησιμοποιηθεί ευρέως σε οπτικές μονάδες 100G και 400G και η αξία του αυξάνεται καθώς τα σχέδια των μονάδων γίνονται πιο πυκνά.

Ενσωμάτωση Silicon Photonics για πυκνές οπτικές μονάδες 800G

Η φωτονική του πυριτίου έχει σημασία για τα 800G επειδή η οπτική πολυπλοκότητα αυξάνεται γρήγορα όταν μια μονάδα έχει πολλά κανάλια. Μια πυκνή οπτική μονάδα μπορεί να χρειάζεται πολλαπλούς διαμορφωτές, φωτοανιχνευτές, κυματοδηγούς, διεπαφές σύζευξης και ηλεκτρικές συνδέσεις υψηλής ταχύτητας. Η ενσωμάτωση περισσότερων από αυτές τις λειτουργίες σε μια πλατφόρμα με βάση το πυρίτιο μπορεί να απλοποιήσει τη συναρμολόγηση και να βελτιώσει την επεκτασιμότητα της κατασκευής.

Ενσωμάτωση με βάση το πυρίτιο και Κατασκευή σε κλίμακα γκοφρέτας

Ένα πλεονέκτημα της φωτονικής πυριτίου είναι η δυνατότητα χρήσης τυπικής υποδομής κατασκευής πλακιδίων για φωτονικά συστήματα μεγάλου όγκου. Αυτό δεν σημαίνει ότι οι οπτικές μονάδες γίνονται απλά τσιπ ημιαγωγών. Η σύζευξη φωτός μέσα και έξω από το φωτονικό κύκλωμα, η συσκευασία της μονάδας, η διαχείριση της θερμότητας και η διατήρηση της οπτικής απόδοσης εξακολουθούν να είναι δύσκολα προβλήματα μηχανικής.

Η αξία είναι ότι μπορεί να ενσωματωθεί περισσότερη οπτική λειτουργικότητα σε μια ελεγχόμενη πλατφόρμα με βάση το πυρίτιο. Για πυκνούς οπτικούς πομποδέκτες 800G, που μπορεί να μειώσει την πολυπλοκότητα της συναρμολόγησης σε σύγκριση με σχέδια που βασίζονται περισσότερο στη διακριτή οπτική ευθυγράμμιση και στην κατασκευή εξάρτημα προς συστατικό.

Γιατί οι μονάδες υψηλού αριθμού καναλιών και συνοχής επωφελούνται από το Silicon Photonics

Η φωτονική πυριτίου είναι ιδιαίτερα σημαντική για οπτικές μονάδες με οκτώ ή περισσότερα κανάλια και για συνεκτικές μονάδες με πιο πολύπλοκες οπτικές λειτουργίες. Οι υψηλότεροι αριθμοί καναλιών αυξάνουν τη συσκευασία, τη σύζευξη ινών, τη δρομολόγηση σήματος, τη θερμική και την πολυπλοκότητα της δοκιμής. Τα συνεκτικά οπτικά συστήματα προσθέτουν περαιτέρω απαιτήσεις σχετικά με τη διαμόρφωση, την ανίχνευση και τον έλεγχο οπτικής απόδοσης.

Για τα 800G, αυτό σημαίνει ότι η φωτονική πυριτίου δεν είναι απλώς μια κατασκευαστική προτίμηση. Γίνεται μέρος της τεχνικής διαδρομής για την κατασκευή οπτικών μονάδων υψηλής πυκνότητας φυσικά και οικονομικά πρακτικά.

Καθώς η χωρητικότητα του διακόπτη ASIC αυξάνεται, τα συνδεόμενα οπτικά στοιχεία του μπροστινού πίνακα αντιμετωπίζουν μεγαλύτερη πίεση. Περισσότερες θύρες πρέπει να χωρούν σε περιορισμένο χώρο πίνακα και υψηλότερες ηλεκτρικές ταχύτητες λωρίδας πρέπει να ταξιδεύουν μεταξύ του ASIC και της οπτικής μονάδας. Σε κάποιο σημείο, η ηλεκτρική διαδρομή μεταξύ της εναλλαγής πυριτίου και των οπτικών του μπροστινού πίνακα γίνεται μεγαλύτερο μέρος του προβλήματος ισχύος και ακεραιότητας σήματος.

Εδώ είναι πουσυσκευασμένα οπτικάμπαίνει στη συζήτηση.

Μετακίνηση του Photonics πιο κοντά στο διακόπτη ASIC

Στα συσκευασμένα οπτικά, οι οπτικές ή ηλεκτρικές συσκευές επικοινωνίας τοποθετούνται στο ίδιο υπόστρωμα πρώτου επιπέδου με το κεντρικό ASIC. ΟΠλαίσιο Συνσυσκευασίας OIFεξηγεί ότι ο εντοπισμός του οπτικού κινητήρα κοντά στο κεντρικό ASIC μπορεί να μειώσει τις απώλειες ηλεκτρικού καναλιού υψηλής ταχύτητας και τις ασυνέχειες σύνθετης αντίστασης, επιτρέποντας προγράμματα οδήγησης I/O εκτός τσιπ υψηλότερης ταχύτητας και χαμηλότερης ισχύος.

Αυτή η αρχιτεκτονική είναι διαφορετική από την τυπική πρίζα οπτική. Αντί να στέλνει ηλεκτρικά σήματα υψηλής ταχύτητας σε μια πλακέτα σε μια μονάδα μπροστινού πίνακα, ο οπτικός κινητήρας φέρεται πολύ πιο κοντά στον διακόπτη ASIC. Αυτό μπορεί να μειώσει την απώλεια ηλεκτρικού καναλιού και να βοηθήσει στην αντιμετώπιση των προκλήσεων πυκνότητας εύρους ζώνης και ισχύος.

Pluggable Optics vs Co-Packaged Optics

Γιατί τα συνδεόμενα οπτικά στοιχεία του μπροστινού πίνακα αντιμετωπίζουν πίεση υψηλότερης πυκνότητας

Οι συνδεόμενες μονάδες στον μπροστινό πίνακα παραμένουν σημαντικές σε πολλές αρχιτεκτονικές δικτύου, ενώ η συνδυασμένη οπτική πρέπει να γίνει κατανοητή ως επιλογή για συνθήκες όπου η ηλεκτρική απώλεια, η ισχύς και η πυκνότητα εύρους ζώνης γίνονται πιο περιοριστικά.

Στους 102,4 Τ και πάνω, αυτή η πίεση γίνεται πιο ορατή. Η τεχνική κατεύθυνση είναι σαφής: καθώς αυξάνεται η χωρητικότητα του διακόπτη και οι σειριακές διεπαφές εξελίσσονται ταχύτερα, η βαθύτερη οπτική ολοκλήρωση γίνεται πιο σημαντική. Ο OIF παραθέτει επίσης έναΣυμφωνία υλοποίησης για μια Co-Packaged Module 3,2 Tb/s, δείχνοντας ότι η συσκευασία έχει προχωρήσει πέρα ​​από μια ευρεία έννοια σε επίσημες εργασίες διαλειτουργικότητας.

Το 800G Ethernet δεν είναι μια ενιαία διαδρομή υλοποίησης. Περιλαμβάνει διαφορετικούς ρυθμούς λωρίδων, τύπους μέσων και στόχους διεπαφής. Τα δύο σημαντικά έργα IEEE είναι το IEEE 802.3df και το IEEE P802.3dj.

IEEE 802.3dfεστιάζει σε εργασία Ethernet 400 Gb/s και 800 Gb/s που έχει γίνει πλέον IEEE Std 802.3df-2024.IEEE P802.3djαντιμετωπίζει το επόμενο σύνολο στόχων περίπου 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s και 1,6 Tb/s Ethernet.

100G-Lane Objectives στο IEEE 802.3df

Η διαδρομή λωρίδας 100G είναι σημαντική γιατί δίνει στο 800GE μια πρακτική διαδρομή υλοποίησης μέσω οκτώ καναλιών 100G. Αυτή η προσέγγιση ευθυγραμμίζεται με την ωριμότητα των 100G PAM4 και υποστηρίζει βραχυπρόθεσμη ανάπτυξη 800G χωρίς να περιμένει να ωριμάσει κάθε στοιχείο 200G ανά λωρίδα.

Η αρχική κατεύθυνση τυποποίησης 800G περιελάμβανε 800 Gigabit Ethernet χρησιμοποιώντας οκτώ κανάλια 100G ή τέσσερα κανάλια 200G, 1,6 Terabit Ethernet που χρησιμοποιούν οκτώ κανάλια 200G, 200Gb Ethernet χρησιμοποιώντας ένα κανάλι 200G και 400Gb Ethernet χρησιμοποιώντας δύο κανάλια 200G.

200G-Lane Objectives στο IEEE P802.3dj

Το IEEE P802.3dj είναι το σημείο όπου η ανάπτυξη 200G ανά λωρίδα γίνεται κεντρική. Οι εγκεκριμένοι στόχοι του περιλαμβάνουν υποστήριξη για ρυθμούς δεδομένων MAC 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s και 1,6 Tb/s, μαζί με διεπαφές μονάδας προσάρτησης chip-to-module και chip-to-chip. Για λειτουργία 800 Gb/s, τοΤο IEEE P802.3dj ενέκρινε στόχουςπεριλαμβάνουν ηλεκτρικές και χάλκινες επιλογές τεσσάρων λωρίδων, επιλογές ζεύγους SMF και επιλογές SMF με βάση το μήκος κύματος έως τουλάχιστον 10 km, 20 km και 40 km ανάλογα με τον στόχο.

Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε αναφερόμενος στόχος αντιστοιχεί σε έναν τύπο ενότητας ή σε μια πλήρως ώριμη εμπορική υλοποίηση. Σημαίνει ότι οι εργασίες προτύπων καθορίζουν τις τεχνικές διαδρομές που απαιτούνται για την εποχή των λωρίδων 200G.

Υποστηριζόμενα μέσα: SMF, MMF, Copper Twinax και Διεπαφές Chip-to-Module

Η τυποποίηση 800G καλύπτει περισσότερα από τις οπτικές ίνες. Το πεδίο προδιαγραφών περιλαμβάνει ίνα μονής λειτουργίας, ίνα πολλαπλών λειτουργιών, χάλκινο καλώδιο twinax και ηλεκτρικές διεπαφές από τσιπ σε μονάδα. Αυτό το εύρος έχει σημασία επειδή το 800G χρησιμοποιείται σε διαφορετικές φυσικές αποστάσεις και αρχιτεκτονικές συστημάτων: εντός εξοπλισμού, μεταξύ τσιπ και μονάδων, σε σύντομες χάλκινες συνδέσεις, σε οπτικές συνδέσεις κέντρου δεδομένων και σε συνεκτικές εφαρμογές μεγαλύτερης εμβέλειας.

Τα πρότυπα IEEE Ethernet ορίζουν βασικές διεπαφές Ethernet και στόχους φυσικού επιπέδου. Η εργασία του OIF είναι ιδιαίτερα σημαντική για συνεκτικές διεπαφές γραμμών 800G, όπου η διαλειτουργικότητα μεταξύ συνεκτικών οπτικών υλοποιήσεων είναι απαραίτητη.

Το OIF παραθέτει και τα δύοOIF-800ZR-01.0καιOIF-800LR-01.0ως 800G συνεκτικές Συμφωνίες Εφαρμογής.

Πρότυπα 800G και συνεκτικός χάρτης προσέγγισης χρηστών

800ZR για 80–120 km Ενισχυμένες συνδέσεις WDM μονού εύρους

OIF-800ZRκαθορίζει μια διεπαφή συνεκτικής γραμμής μονού μήκους κύματος 800G και μορφή πλαισίου για συνδέσμους περιορισμένου θορύβου DWDM από σημείο σε σημείο, 80–120 km, με ενιαίο άνοιγμα. Υποστηρίζει πελάτες Ethernet από ελάχιστο εύρος ζώνης 100GE έως και 800G.

Η πρακτική σημασία είναι ξεκάθαρη: το 800ZR επεκτείνει τη συνεκτική διαδρομή αναβάθμισης από 400ZR σε 800G. Δεν είναι γενική ονομασία για όλα τα οπτικά 800G. Είναι μια καθορισμένη συνεκτική διεπαφή γραμμής για μια συγκεκριμένη ενισχυμένη κλάση προσέγγισης WDM.

Επιλογές σταθερού μήκους κύματος και συνεκτικής διεπαφής για 10 km και 40 km Εφαρμογές

OIF-800LRορίζει μια διεπαφή συνεκτικής γραμμής μονού μήκους κύματος 800G για συνδέσεις σταθερού μήκους κύματος μονής έκτασης, μη ενισχυμένες, σημείο σε σημείο σταθερού μήκους κύματος έως 10 km.

Το IEEE P802.3dj περιλαμβάνει επίσης στόχους 800 Gb/s σε ένα μόνο SMF προς κάθε κατεύθυνση με μήκη έως τουλάχιστον 40 km.

Μαζί, αυτές οι προσπάθειες δείχνουν ότι το 800G δεν περιορίζεται στα οπτικά συστήματα πελάτη μικρής πρόσβασης. Εκτείνεται σε ενότητες πελατών του μπροστινού πίνακα, συνδέσμους πανεπιστημιούπολης, συνδέσμους τύπου DCI και συνεκτικές εφαρμογές προσανατολισμένες στη μεταφορά.

Ο σχεδιασμός 800G είναι ένα σύνολο αντισταθμίσεων. Το PAM4 αυξάνει την απόδοση του εύρους ζώνης αλλά μειώνει το περιθώριο θορύβου. Η φωτονική του πυριτίου βελτιώνει την ενσωμάτωση, αλλά εξακολουθεί να αφήνει προβλήματα συσκευασίας, σύζευξης και θερμότητας. Τα συνδυασμένα οπτικά συστήματα μπορούν να μειώσουν τους περιορισμούς της ηλεκτρικής διαδρομής αλλά αλλάζουν την αρχιτεκτονική του συστήματος. Τα συνεκτικά οπτικά μπορούν να επεκτείνουν την εμβέλεια, αλλά προσθέτουν επίσης πολυπλοκότητα οπτικής διεπαφής.

Πυκνότητα εύρους ζώνης έναντι ευρωστίας σήματος

Το PAM4 βελτιώνει την πυκνότητα του εύρους ζώνης μεταφέροντας δύο bit ανά σύμβολο. Αυτός είναι ο λόγος που έγινε κεντρικός στην ανάπτυξη λωρίδων 50G, 100G και 200G.

Η αντιστάθμιση είναι η ευρωστία του σήματος. Με τέσσερα επίπεδα αντί για δύο, κάθε επίπεδο έχει μικρότερο περιθώριο. Αυτό καθιστά το FEC και την εξισορρόπηση βασικά μέρη του σχεδιασμού ζεύξης, ειδικά καθώς αυξάνονται οι ταχύτητες λωρίδας.

Οπτική πολυπλοκότητα έναντι κόστους μονάδας

Η υψηλότερη ταχύτητα ανά μήκος κύματος μπορεί να μειώσει την οπτική πολυπλοκότητα επειδή ενδέχεται να χρειαστούν λιγότερες οπτικές λωρίδες ή μήκη κύματος για να επιτευχθεί το ίδιο συνολικό εύρος ζώνης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μήκη κύματος 200G PAM4 είναι σημαντικά για μελλοντικά συστήματα 800G και 1.6T.

Η φωτονική πυριτίου υποστηρίζει την ίδια κατεύθυνση από την πλευρά της ολοκλήρωσης. Φέρνοντας περισσότερες φωτονικές λειτουργίες σε μια πλατφόρμα με βάση το πυρίτιο, οι σχεδιαστές μονάδων μπορούν να μειώσουν το βάρος της διακριτής οπτικής διάταξης σε πυκνούς οπτικούς πομποδέκτες.

Pluggable Optics vs Co-Packaged Optics

Τα πρίζα οπτικά παραμένουν πολύ σημαντικά σε πολλά σχέδια δικτύων. Τα συνδυασμένα οπτικά συστήματα γίνονται πιο σημαντικά όταν το ηλεκτρικό κανάλι μεταξύ του ASIC και της οπτικής μονάδας γίνεται πολύ δαπανηρό σε ισχύ, απώλεια ή πυκνότητα.

Το πιθανό μέλλον δεν είναι μια απλή αντικατάσταση της μιας αρχιτεκτονικής από την άλλη. Διαφορετικά επίπεδα δικτύου και γενιές μεταγωγέων μπορεί να χρησιμοποιούν διαφορετικές οπτικές αρχιτεκτονικές ανάλογα με την πυκνότητα του εύρους ζώνης, τη θερμική σχεδίαση, την εμβέλεια σύνδεσης και το κόστος.

Το PAM4 και η φωτονική πυριτίου σχηματίζουν 800G από διαφορετικές κατευθύνσεις. Το PAM4 αυξάνει τον όγκο των δεδομένων που μεταφέρονται από κάθε σύμβολο και καθιστά πρακτικούς τους υψηλότερους ρυθμούς λωρίδων. Η φωτονική πυριτίου αυξάνει την οπτική ολοκλήρωση και βοηθά στην πυκνή κλίμακα οπτικών μονάδων. Στη συνέχεια, οι εργασίες τυποποίησης IEEE και OIF μετατρέπουν αυτές τις τεχνολογίες σε διαλειτουργικές διαδρομές υλοποίησης.

Η εξέλιξη από 50G PAM4 σε 100G PAM4 και στη συνέχεια προς συστήματα 200G ανά λωρίδα δείχνει την κατεύθυνση της κλιμάκωσης του δικτύου. Κάθε βήμα μειώνει το βάρος της επίτευξης υψηλότερου συνολικού εύρους ζώνης. Κάθε βήμα δημιουργεί επίσης νέες προκλήσεις ακεραιότητας σήματος, συσκευασίας, ισχύος και δοκιμών.

Για τα δίκτυα 800G, το πιο σημαντικό συμπέρασμα δεν είναι ότι μια τεχνολογία «κερδίζει». Η πραγματική τάση είναι η σύγκλιση. Το PAM4, το FEC, η εξισορρόπηση, η φωτονική του πυριτίου, η συνεκτική οπτική, η κλιμάκωση ASIC διακόπτη και οι αρχιτεκτονικές από κοινού αποτελούν μέρος του ίδιου μηχανικού συστήματος.

Τι ρόλο παίζει το PAM4 στην τεχνολογία 800G;

Το PAM4 επιτρέπει σε κάθε σύμβολο να μεταφέρει δύο bit αντί για ένα. Αυτό διπλασιάζει τον αποτελεσματικό ρυθμό δεδομένων ανά σύμβολο σε σύγκριση με το NRZ και βοηθά τα συστήματα 800G να φτάσουν σε υψηλότερο εύρος ζώνης χωρίς να βασίζονται μόνο σε υψηλότερο ρυθμό baud.

Γιατί το PAM4 χρειάζεται FEC και εξισορρόπηση;

Το PAM4 χρησιμοποιεί τέσσερα επίπεδα σήματος, επομένως η απόσταση μεταξύ των γειτονικών επιπέδων είναι μικρότερη από ό,τι στο NRZ. Αυτό αυξάνει την ευαισθησία στο θόρυβο. Το FEC βοηθά στη διόρθωση των σφαλμάτων μετάδοσης, ενώ η εξισορρόπηση αντισταθμίζει την παραμόρφωση του καναλιού και βελτιώνει την ευρωστία του σήματος.

Πώς βοηθά η φωτονική πυριτίου τις οπτικές μονάδες 800G;

Η φωτονική πυριτίου ενσωματώνει φωτονικά εξαρτήματα και λειτουργίες πομποδέκτη υψηλής ταχύτητας σε μια πλατφόρμα πυριτίου. Αυτό είναι χρήσιμο για πυκνές οπτικές μονάδες 800G, επειδή ο υψηλότερος αριθμός καναλιών και οι συνεκτικές οπτικές λειτουργίες αυξάνουν την πολυπλοκότητα της συσκευασίας, της σύζευξης και της κατασκευής.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του IEEE 802.3df και του IEEE 802.3dj;

IEEE 802.3dfείναι η ολοκληρωμένη τυπική διαδρομή Ethernet 400 Gb/s και 800 Gb/s που έγινε IEEE Std 802.3df-2024.IEEE P802.3djείναι η εν εξελίξει ομάδα εργασίας που αντιμετωπίζει στόχους Ethernet 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s και 1,6 Tb/s, συμπεριλαμβανομένης της εργασίας που σχετίζεται με 200 Gb/s.

Απαιτείται 200G PAM4 για 800G Ethernet;

Το No. 800GE μπορεί να υλοποιηθεί μέσω μιας διαδρομής καναλιού 8 × 100G καθώς και μέσω καναλιών 4 × 200G. Το 200G PAM4 είναι σημαντικό επειδή μπορεί να μειώσει τον αριθμό λωρίδων και την οπτική πολυπλοκότητα για μελλοντικές υλοποιήσεις 800G και 1.6T, αλλά δεν είναι η μόνη διαδρομή προς τα 800G.

Πού ταιριάζει το 800ZR σε δίκτυα 800G;

800 ZRταιριάζει σε συνεκτικούς συνδέσμους 800G μεγαλύτερης απόστασης. Καθορίζει μια διεπαφή συνεκτικής γραμμής 800G μονού μήκους κύματος για ενισχυμένες 80–120 km, από σημείο σε σημείο συνδέσεις DWDM και τοποθετείται ως διαδρομή άμεσης αναβάθμισης από συνεκτικές εφαρμογές DCI τύπου 400ZR.