วิธีที่ PAM4 และซิลิคอนโฟทอนิกส์กําลังสร้างเทคโนโลยี 800G

เทคโนโลยี 800Gหมายถึงระบบเครือข่ายความเร็วสูงที่ออกแบบมาเพื่อย้ายการรับส่งข้อมูลอีเธอร์เน็ตที่ 800 กิกะบิตต่อวินาทีผ่านอัตราเลนที่สูงขึ้น โมดูลออปติคัลที่มีความหนาแน่นมากขึ้น และมาตรฐานอินเทอร์เฟซที่พัฒนาไปการมอดูเลต PAM4เพิ่มข้อมูลที่ดำเนินการต่อสัญลักษณ์ในขณะที่ซิลิคอนโฟโตนิกส์ปรับปรุงการรวมและความสามารถในการผลิตตัวรับส่งสัญญาณแสงที่มีความหนาแน่นสูง

ปัญหาทางวิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลัง 800G ไม่ใช่แค่ "ทำให้เลนส์เร็วขึ้นเท่านั้น" มันเป็นปัญหาทางไฟฟ้า แสง บรรจุภัณฑ์ และมาตรฐานรวมกัน ความจุ ASIC ของสวิตช์ที่สูงขึ้นทำให้เกิดความต้องการแบนด์วิธที่มากขึ้นต่อพอร์ตที่แผงด้านหน้า ความหนาแน่นของพอร์ตที่สูงขึ้นจะเพิ่มแรงกดดันต่อขนาดโมดูลออปติคัล พลังงาน และการออกแบบการระบายความร้อน อัตราเลนที่สูงขึ้นต้องใช้ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ระมัดระวังมากขึ้น การแก้ไขข้อผิดพลาดที่แข็งแกร่งขึ้น และสถาปัตยกรรมออปติกที่บูรณาการมากขึ้น

มาตรฐาน IEEE 802.3df-2024เป็นการแก้ไขที่เสร็จสมบูรณ์สำหรับอีเทอร์เน็ต 400 Gb/s และ 800 Gb/s โดยครอบคลุมพารามิเตอร์ MAC, ฟิสิคัลเลเยอร์ และพารามิเตอร์การจัดการที่จำเป็นเพื่อรองรับการทำงาน 400 Gb/s และ 800 Gb/s

วิศวกรรมสองชั้นเบื้องหลัง 800G: การส่งสัญญาณและการรวมระบบออปติคัล

PAM4 และซิลิคอนโฟโตนิกส์แก้ปัญหาส่วนต่างๆ ของปัญหาขนาดเดียวกัน

PAM4 ทำงานที่เลเยอร์การส่งสัญญาณ ช่วยให้ช่องส่งข้อมูลต่อสัญลักษณ์ได้มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราข้อมูลที่มีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องอาศัยเฉพาะอัตรารับส่งข้อมูลที่สูงขึ้นเท่านั้น ซิลิคอนโฟโตนิกส์ทำงานที่ชั้นรวมแสง ช่วยให้ส่วนประกอบโฟโตนิกและฟังก์ชันตัวรับส่งสัญญาณความเร็วสูงสามารถรวมเข้ากับแพลตฟอร์มที่ใช้ซิลิคอน ซึ่งมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อโมดูลเคลื่อนไปสู่ช่องสัญญาณที่มากขึ้นและฟังก์ชันออปติคอลที่ซับซ้อนมากขึ้น

ในทางปฏิบัติ 800G ขึ้นอยู่กับทั้งสองอย่าง PAM4 ปรับปรุงประสิทธิภาพของเลน ในขณะที่ซิลิคอนโฟโตนิกส์ช่วยเปลี่ยนการส่งสัญญาณความเร็วสูงนั้นให้กลายเป็นโมดูลออปติคัลที่มีความหนาแน่นสูงและผลิตได้

PAM4 หรือการมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์สี่ระดับเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการเปิดใช้งานส่วนกลางสำหรับโมดูลออปติคัล 800G คนรุ่นก่อนๆ มักใช้ NRZ หรือการมอดูเลตที่ไม่กลับเป็นศูนย์ NRZ ใช้ระดับสัญญาณสองระดับ ดังนั้นแต่ละสัญลักษณ์แทนหนึ่งบิต: 0 หรือ 1 PAM4 ใช้ระดับสัญญาณสี่ระดับ ดังนั้นแต่ละสัญลักษณ์แทนสองบิต: 00, 01, 11 หรือ 10

ความแตกต่างนั้นเป็นเหตุผลหลักที่ PAM4 มีประโยชน์ ด้วยการเข้ารหัสสองบิตต่อสัญลักษณ์ PAM4 สามารถเพิ่มอัตราข้อมูลที่มีประสิทธิภาพเป็นสองเท่าของช่องสัญญาณเดียวโดยไม่ต้องเพิ่มอัตราสัญลักษณ์เป็นสองเท่า สำหรับการเชื่อมโยงแบบออปติคัลความเร็วสูง นี่เป็นเส้นทางที่เป็นประโยชน์มากกว่าการพยายามปรับขนาดอัตรารับส่งข้อมูลเพียงอย่างเดียว

PAM4 กับ NRZ: ระดับสัญญาณ บิตต่อสัญลักษณ์ และความไวของสัญญาณรบกวน

ข้อได้เปรียบของ PAM4 ยังสร้างความท้าทายทางวิศวกรรมหลักอีกด้วย สี่ระดับจะต้องพอดีกับช่วงแอมพลิจูดของสัญญาณที่มีอยู่ ดังนั้นระยะห่างระหว่างระดับจึงน้อยกว่าใน NRZ อัตราการตัดสินใจที่น้อยลงทำให้ลิงก์ไวต่อสัญญาณรบกวน การบิดเบือน และความบกพร่องของช่องสัญญาณมากขึ้น

นี่คือสาเหตุที่ PAM4 ไม่สามารถถือเป็นการอัพเกรดความเร็วแบบธรรมดาได้ เป็นการแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพแบนด์วิดท์: มีข้อมูลต่อสัญลักษณ์มากขึ้น แต่มีเสียงรบกวนน้อยลงต่อระดับ

การเปรียบเทียบระดับสัญญาณ PAM4 กับ NRZ

เหตุใด FEC และ Equalization จึงมีความสำคัญสำหรับลิงก์ PAM4

เนื่องจาก PAM4 มีระยะขอบในการตัดสินใจสัญญาณที่แคบกว่า ลิงก์ PAM4 ความเร็วสูงจึงต้องพึ่งพาอาศัยมากขึ้นเฟคและการทำให้เท่าเทียมกัน. FEC ช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดหลังจากการส่งสัญญาณ ในขณะที่การปรับสมดุลจะช่วยชดเชยการบิดเบือนสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับช่องสัญญาณ

ที่ความเร็วต่ำกว่าเทคนิคเหล่านี้อาจไม่จำเป็นต้องใช้ในระดับเดียวกัน ที่ขั้นตอนการพัฒนา 50G, 100G และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง 200G ต่อเลน สิ่งเหล่านี้กลายเป็นส่วนหนึ่งของรากฐานทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติสำหรับการดำเนินงานที่เชื่อถือได้

การก้าวไปสู่ ​​800G ไม่ได้เกิดขึ้นในการกระโดดเพียงครั้งเดียว โดยเป็นไปตามแผนงานความเร็วเลน: 50G PAM4 เริ่มเติบโตเต็มที่ จากนั้น 100G PAM4 ช่วยให้ 100GE และ 400GE มีประสิทธิภาพมากขึ้น และ 200G PAM4 กลายเป็นเส้นทางถัดไปในการลดความซับซ้อนด้านการมองเห็นในโมดูลความเร็วสูง

แผนงาน PAM4 50G, 100G และ 200G สู่ 800G

50G PAM4 และระยะการใช้งาน 200GE / 400G ช่วงต้น

การใช้งาน PAM4 กำหนดเป้าหมายช่องสัญญาณ 50Gbps เป็นครั้งแรก โดยแทนที่แนวทาง NRZ 50Gbps ที่ได้รับการพัฒนาในเวลาเดียวกันอย่างรวดเร็ว เนื่องจากเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเพิ่มอัตราข้อมูลต่อช่องสัญญาณ

50G PAM4 ซึ่งมีอัตราบิตสูงสุด 56Gbps เติบโตเต็มที่และได้รับการสนับสนุนจากสวิตช์และเราเตอร์ ASIC และโมดูลออปติคัลต่างๆ โดยเปิดใช้งานโมดูลออปติคอลไคลเอนต์ 400G ปริมาณสูงตัวแรกที่ใช้ฟอร์มแฟคเตอร์ QSFP-DD และ OSFP นอกจากนี้ยังรองรับการปรับใช้ 200GE ในศูนย์ข้อมูลโดยใช้โมดูลออปติคัล QSFP56

ขั้นตอนนี้มีความสำคัญเนื่องจากได้พิสูจน์ว่า PAM4 ไม่ใช่แค่เทคนิคการส่งสัญญาณในห้องปฏิบัติการเท่านั้น มันกลายเป็นสถาปัตยกรรมที่ปรับใช้ได้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลจริง

100G PAM4 สำหรับความยาวคลื่นเดี่ยว 100GE และสี่ความยาวคลื่น 400GE

100G PAM4 คือก้าวสำคัญต่อไป ช่วยให้การใช้งาน 100GE คุ้มค่ามากขึ้นโดยใช้ความยาวคลื่นเดียว และรองรับ 400GE บนไฟเบอร์โหมดเดี่ยวโดยใช้ความยาวคลื่นสี่ช่วง

ขั้นตอนนี้มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเติบโตของพอร์ต 800G เนื่องจากสวิตช์และเราเตอร์ 25.6T ที่มีอินเทอร์เฟซ 100G PAM4 เข้าสู่การใช้งาน พอร์ต 800G จึงใช้งานได้จริงมากขึ้น เนื่องจากระบบสามารถรวมเลนไฟฟ้าและออปติคัลความเร็วสูงกว่าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

กล่าวง่ายๆ ก็คือ 100G PAM4 ทำให้การสร้าง 800G ง่ายขึ้นด้วยช่องสัญญาณ 100G จำนวนแปดช่อง ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการนับช่องสัญญาณที่มากเกินไปในขณะที่ยังคงการออกแบบไว้ภายในฐานเทคโนโลยีที่เป็นผู้ใหญ่มากขึ้น

ความยาวคลื่น 200G PAM4 และเส้นทางสู่โมดูล 800G ที่มีความซับซ้อนต่ำ

ขั้นตอนการพัฒนาต่อไปคือ 200G PAM4 ต่อความยาวคลื่นหรือต่อเลน วิธี 200G PAM4 สามารถลดความซับซ้อนด้านการมองเห็นของโมดูลในอนาคตได้ เนื่องจากอาจจำเป็นต้องใช้เลนหรือความยาวคลื่นน้อยลงเพื่อให้ได้อัตราข้อมูลรวมเท่าเดิม ซึ่งสามารถลดจำนวนส่วนประกอบออปติคัล ลดความซับซ้อนของบรรจุภัณฑ์ และรองรับความจุของระบบสวิตช์และเราเตอร์ที่สูงขึ้น

อีอีอี P802.3djเป็นหน่วยงานที่ดำเนินการอยู่ซึ่งจัดการกับวัตถุประสงค์อีเธอร์เน็ต 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s และ 1.6 Tb/s วัตถุประสงค์ที่นำมาใช้ประกอบด้วยการสนับสนุนอัตราข้อมูล MAC 200 Gb/s, อินเทอร์เฟซหน่วยแนบชิปต่อโมดูลช่องทางเดียว 200 Gb/s และอินเทอร์เฟซหน่วยแนบชิปต่อชิป และวัตถุประสงค์ 800 Gb/s โดยใช้อินเทอร์เฟซหน่วยแนบสี่เลน เช่นเดียวกับเป้าหมายการเข้าถึงทองแดง แบ็คเพลน และ SMF หลายรายการ

การพัฒนา 200G ต่อเลนเป็นศูนย์กลางของเฟสการปรับสเกลของอีเทอร์เน็ตและโมดูลออปติคัลถัดไป แต่ควรได้รับการปฏิบัติที่แตกต่างจากระยะ 50G PAM4 และ 100G PAM4 ที่เป็นผู้ใหญ่มากกว่า

วิวัฒนาการของโมดูลออปติคอลเป็นไปตามความจุ ASIC ของสวิตช์ เมื่อความจุ ASIC เพิ่มขึ้น ระบบต้องการแบนด์วิธที่แผงด้านหน้ามากขึ้น ช่องทางไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และการเชื่อมต่อระหว่างกันแบบออปติกที่หนาแน่นมากขึ้น นี่คือเหตุผลว่าทำไมเลนส์ 800G จึงเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนรุ่นของซิลิคอน ไม่ใช่แค่เทคโนโลยีตัวรับส่งสัญญาณเท่านั้น

จาก 6.4T ถึง 204.8T: การปรับขนาดความจุและความกดดันความเร็วเลน

แผนงานสวิตช์ ASIC ที่สรุปด้านล่างแสดงทิศทางของการขยายความจุและความกดดันความเร็วเลน

สลับการปรับขนาดความจุ ASIC และความดันออปติก 800G

แผนงานควรอ่านเป็นแนวโน้มการขยายกำลังการผลิต แทนที่จะเป็นตารางการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่แม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับโหนดความจุ 6.4T และ 12.8T รุ่นก่อนหน้า รุ่น 51.2T และ 102.4T ในภายหลังจะสร้างแรงกดดันที่มากขึ้นต่อความเร็วเลน ความหนาแน่นของแผ่นปิดหน้า และการรวมออปติคอล

นี่คือจุดที่ PAM4, ซิลิคอนโฟโตนิกส์ และเลนส์บรรจุภัณฑ์ร่วมเริ่มเชื่อมโยงกัน PAM4 เพิ่มประสิทธิภาพของแต่ละเลน ซิลิคอนโฟโตนิกส์ช่วยรวมฟังก์ชันออปติคัลเพิ่มเติมเข้ากับโมดูลขนาดกะทัดรัด ออพติคในแพ็คเกจร่วมจะย้ายเอ็นจิ้นออพติคอลให้ใกล้กับสวิตช์ ASIC มากขึ้น เมื่อระยะห่างทางไฟฟ้า ความหนาแน่นของแบนด์วิธ และพลังงานกลายเป็นเรื่องยากในการจัดการ

ซิลิคอนโฟโตนิกส์ผสานรวมส่วนประกอบโฟโตนิกและฟังก์ชันตัวรับส่งสัญญาณความเร็วสูงบนพื้นผิวซิลิกอน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโมดูลออปติคัล 100G และ 400G และมูลค่าจะเพิ่มขึ้นเมื่อการออกแบบโมดูลมีความหนาแน่นมากขึ้น

การบูรณาการซิลิคอนโฟโตนิกส์สำหรับโมดูลออปติคัลหนาแน่น 800G

ซิลิคอนโฟโตนิกส์มีความสำคัญสำหรับ 800G เนื่องจากความซับซ้อนทางแสงจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อโมดูลมีหลายช่องสัญญาณ โมดูลออปติคอลที่มีความหนาแน่นสูงอาจต้องใช้โมดูเลเตอร์ เครื่องตรวจจับแสง ท่อนำคลื่น อินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อ และการเชื่อมต่อไฟฟ้าความเร็วสูงหลายตัว การรวมฟังก์ชันเหล่านี้เพิ่มเติมบนแพลตฟอร์มที่ใช้ซิลิคอนช่วยลดความยุ่งยากในการประกอบและปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดการผลิต

การบูรณาการโดยใช้ซิลิคอนและการผลิตระดับเวเฟอร์

ข้อดีอย่างหนึ่งของซิลิคอนโฟโตนิกส์คือความสามารถในการใช้โครงสร้างพื้นฐานการผลิตเวเฟอร์มาตรฐานสำหรับระบบโฟโตนิกที่มีปริมาณมาก นี่ไม่ได้หมายความว่าโมดูลออปติคอลจะกลายเป็นชิปเซมิคอนดักเตอร์ธรรมดา การเชื่อมต่อแสงเข้าและออกจากวงจรโฟโตนิก การบรรจุโมดูล การจัดการความร้อน และการรักษาประสิทธิภาพทางแสงยังคงเป็นปัญหาทางวิศวกรรมที่ยาก

คุณค่าก็คือว่าสามารถสร้างฟังก์ชันออพติคัลได้มากขึ้นในแพลตฟอร์มที่ใช้ซิลิคอนควบคุม สำหรับตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคอล 800G ที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งสามารถลดความซับซ้อนในการประกอบได้ เมื่อเทียบกับการออกแบบที่ต้องอาศัยการจัดแนวออปติคัลแบบแยกและโครงสร้างแบบส่วนประกอบต่อส่วนประกอบเป็นอย่างมาก

เหตุใดโมดูลนับช่องสัญญาณสูงและสอดคล้องกันจึงได้ประโยชน์จากซิลิคอนโฟโตนิกส์

ซิลิคอนโฟโตนิกส์มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโมดูลออปติคัลที่มีแปดช่องสัญญาณขึ้นไป และสำหรับโมดูลที่สอดคล้องกันซึ่งมีฟังก์ชันออปติคอลที่ซับซ้อนมากขึ้น จำนวนช่องสัญญาณที่สูงขึ้นจะเพิ่มการบรรจุ การมีเพศสัมพันธ์ด้วยไฟเบอร์ การกำหนดเส้นทางสัญญาณ การระบายความร้อน และความซับซ้อนในการทดสอบ ระบบออพติกที่สอดคล้องกันเพิ่มข้อกำหนดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการมอดูเลต การตรวจจับ และการควบคุมประสิทธิภาพออพติคอล

สำหรับ 800G นี่หมายความว่าซิลิคอนโฟโตนิกส์ไม่ได้เป็นเพียงความต้องการในการผลิตเท่านั้น มันกลายเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางทางเทคนิคในการสร้างโมดูลออปติคอลความหนาแน่นสูงในทางปฏิบัติทั้งทางกายภาพและเชิงเศรษฐกิจ

เมื่อความจุของสวิตช์ ASIC เพิ่มขึ้น เลนส์ที่เสียบได้ที่แผงด้านหน้าต้องเผชิญกับแรงกดดันที่มากขึ้น พอร์ตเพิ่มเติมจะต้องพอดีกับพื้นที่แผงที่จำกัด และความเร็วช่องทางไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะต้องเคลื่อนที่ระหว่าง ASIC และโมดูลออปติคัล ในบางจุด เส้นทางไฟฟ้าระหว่างการสลับซิลิคอนและออปติกที่แผงด้านหน้าจะกลายเป็นปัญหาส่วนใหญ่ของพลังงานและความสมบูรณ์ของสัญญาณ

นี่คือที่เลนส์บรรจุภัณฑ์ร่วมเข้าสู่การอภิปราย

การย้าย Photonics ให้ใกล้กับสวิตช์ ASIC มากขึ้น

ในแพ็คเกจออปติกร่วม อุปกรณ์สื่อสารแบบออปติกหรือไฟฟ้าจะถูกวางบนพื้นผิวระดับแรกเดียวกันกับโฮสต์ ASIC ที่กรอบการทำงานร่วมบรรจุภัณฑ์ OIFอธิบายว่าการวางตำแหน่งออปติคอลเอ็นจิ้นใกล้กับโฮสต์ ASIC สามารถลดการสูญเสียช่องสัญญาณไฟฟ้าความเร็วสูงและความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ทำให้สามารถใช้งานไดรเวอร์ I/O นอกชิปที่มีความเร็วสูงขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง

สถาปัตยกรรมนี้แตกต่างจากออปติกแบบเสียบได้มาตรฐาน แทนที่จะส่งสัญญาณไฟฟ้าความเร็วสูงข้ามบอร์ดไปยังโมดูลที่แผงด้านหน้า ออปติคัลเอ็นจิ้นจะถูกนำมาเข้าใกล้สวิตช์ ASIC มากขึ้น ที่สามารถลดการสูญเสียช่องสัญญาณไฟฟ้าและช่วยจัดการกับความหนาแน่นของแบนด์วิธและความท้าทายด้านพลังงาน

Pluggable Optics กับ Co-Packaged Optics

เหตุใดระบบออพติกแบบเสียบได้ที่แผงด้านหน้าจึงต้องเผชิญกับแรงกดดันด้านความหนาแน่นที่สูงกว่า

โมดูลแบบเสียบได้ที่แผงด้านหน้ายังคงมีความสำคัญในสถาปัตยกรรมเครือข่ายจำนวนมาก ในขณะที่ออปติกแบบบรรจุภัณฑ์ร่วมควรถูกเข้าใจว่าเป็นตัวเลือกสำหรับเงื่อนไขที่การสูญเสียทางไฟฟ้า พลังงาน และความหนาแน่นของแบนด์วิธมีข้อจำกัดมากขึ้น

ที่ 102.4T ขึ้นไป ความกดดันนี้จะมองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ทิศทางทางเทคนิคมีความชัดเจน: เมื่อความจุของสวิตช์เพิ่มขึ้นและอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมมีการพัฒนาเร็วขึ้น การรวมระบบออปติกที่ลึกยิ่งขึ้นจึงมีความสำคัญมากขึ้น OIF ยังแสดงรายการไฟล์ข้อตกลงการใช้งานสำหรับโมดูลแพ็คเกจร่วม 3.2Tb/sซึ่งแสดงให้เห็นว่าบรรจุภัณฑ์ร่วมได้ก้าวไปไกลกว่าแนวคิดกว้างๆ ไปสู่งานการทำงานร่วมกันอย่างเป็นทางการ

800G Ethernet ไม่ใช่เส้นทางการใช้งานเดียว มันเกี่ยวข้องกับอัตราเลน ประเภทสื่อ และวัตถุประสงค์ของอินเทอร์เฟซที่แตกต่างกัน โครงการ IEEE ที่สำคัญสองโครงการคือ IEEE 802.3df และ IEEE P802.3dj

อีอีอี 802.3dfมุ่งเน้นไปที่งานอีเธอร์เน็ต 400 Gb/s และ 800 Gb/s ซึ่งปัจจุบันกลายเป็น IEEE Std 802.3df-2024อีอีอี P802.3djจัดการกับวัตถุประสงค์ชุดถัดไปประมาณ 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s และ 1.6 Tb/s Ethernet

วัตถุประสงค์ 100G-Lane ใน IEEE 802.3df

เส้นทาง 100G-lane มีความสำคัญเนื่องจากทำให้ 800GE มีเส้นทางการใช้งานจริงผ่านช่องทาง 100G แปดช่อง แนวทางนี้สอดคล้องกับความสมบูรณ์ของ 100G PAM4 และรองรับการใช้งาน 800G ในระยะสั้น โดยไม่ต้องรอให้องค์ประกอบ 200G ต่อเลนเติบโตเต็มที่

ทิศทางมาตรฐาน 800G ดั้งเดิมประกอบด้วย 800 Gigabit Ethernet โดยใช้ช่องสัญญาณ 100G แปดช่องหรือช่องสัญญาณ 200G สี่ช่อง, 1.6 Terabit Ethernet โดยใช้ช่องสัญญาณ 200G แปดช่อง, อีเธอร์เน็ต 200Gb โดยใช้ช่องสัญญาณ 200G หนึ่งช่อง และอีเธอร์เน็ต 400Gb โดยใช้ช่องสัญญาณ 200G สองช่อง

วัตถุประสงค์ 200G-Lane ใน IEEE P802.3dj

IEEE P802.3dj คือจุดที่การพัฒนา 200G ต่อเลนกลายเป็นศูนย์กลาง วัตถุประสงค์ที่นำมาใช้ประกอบด้วยการสนับสนุนอัตราข้อมูล MAC 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s และ 1.6 Tb/s พร้อมด้วยอินเทอร์เฟซหน่วยแนบระหว่างชิปต่อโมดูลและชิปต่อชิป สำหรับการดำเนินการ 800 Gb/sIEEE P802.3dj นำวัตถุประสงค์มาใช้ประกอบด้วยตัวเลือกไฟฟ้าและทองแดงสี่เลน ตัวเลือกคู่ SMF และตัวเลือก SMF ตามความยาวคลื่นสูงสุดอย่างน้อย 10 กม., 20 กม. และ 40 กม. ขึ้นอยู่กับเป้าหมาย

นี่ไม่ได้หมายความว่าทุกวัตถุประสงค์ที่ระบุไว้จะสอดคล้องกับประเภทโมดูลเดียวหรือการดำเนินการเชิงพาณิชย์ที่สมบูรณ์ หมายความว่างานมาตรฐานกำลังกำหนดเส้นทางทางเทคนิคที่จำเป็นสำหรับยุคเลน 200G

สื่อที่รองรับ: SMF, MMF, Copper Twinax และอินเทอร์เฟซแบบชิปต่อโมดูล

มาตรฐาน 800G ครอบคลุมมากกว่าใยแก้วนำแสง ขอบเขตข้อมูลจำเพาะประกอบด้วยไฟเบอร์โหมดเดี่ยว ไฟเบอร์มัลติโหมด สายเคเบิล Copper Twinax และอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าแบบชิปต่อโมดูล ความกว้างนั้นสำคัญเนื่องจาก 800G ถูกใช้ในระยะทางทางกายภาพและสถาปัตยกรรมระบบที่แตกต่างกัน: อุปกรณ์ภายใน ระหว่างชิปและโมดูล ข้ามการเชื่อมต่อทองแดงสั้น ข้ามออปติคัลลิงก์ของศูนย์ข้อมูล และในแอปพลิเคชันที่เชื่อมโยงกันที่เข้าถึงได้ไกลขึ้น

มาตรฐาน IEEE Ethernet กำหนดอินเทอร์เฟซ Ethernet ที่สำคัญและวัตถุประสงค์ของเลเยอร์ทางกายภาพ งาน OIF มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอินเทอร์เฟซสาย 800G ที่สอดคล้องกัน ซึ่งความสามารถในการทำงานร่วมกันในการใช้งานออปติคอลที่สอดคล้องกันถือเป็นสิ่งสำคัญ

OIF แสดงรายการทั้งสองอย่างOIF-800ZR-01.0และOIF-800LR-01.0เป็นข้อตกลงการดำเนินงานที่สอดคล้องกันของ 800G

มาตรฐาน 800G และแผนที่การเข้าถึงที่สอดคล้องกัน

800ZR สำหรับ 80–120 กม. ลิงค์ WDM ช่วงเดียวแบบขยาย

OIF-800ZRกำหนดอินเทอร์เฟซบรรทัดที่สอดคล้องกัน 800G ความยาวคลื่นเดี่ยวและรูปแบบเฟรมสำหรับลิงก์จำกัดเสียงรบกวน DWDM แบบช่วงเดียว ขยาย 80–120 กม. แบบจุดต่อจุด รองรับไคลเอนต์อีเธอร์เน็ตตั้งแต่ขั้นต่ำ 100GE ถึงแบนด์วิธรวม 800G

ความสำคัญในทางปฏิบัตินั้นชัดเจน: 800ZR ขยายเส้นทางการอัพเกรดที่สอดคล้องกันจาก 400ZR ไปเป็น 800G ไม่ใช่ชื่อทั่วไปสำหรับเลนส์ 800G ทั้งหมด เป็นอินเทอร์เฟซบรรทัดที่สอดคล้องกันที่กำหนดสำหรับคลาสการเข้าถึง WDM ที่ขยายเฉพาะ

ตัวเลือกอินเทอร์เฟซความยาวคลื่นคงที่และต่อเนื่องกันสำหรับแอปพลิเคชัน 10 กม. และ 40 กม

OIF-800LRกำหนดอินเทอร์เฟซบรรทัดที่สอดคล้องกันความยาวคลื่น 800G สำหรับลิงก์ความยาวคลื่นคงที่แบบช่วงเดียว แบบขยายไม่ได้ แบบจุดต่อจุด สูงสุด 10 กม.

IEEE P802.3dj ยังรวมวัตถุประสงค์ 800 Gb/s บน SMF เดียวในแต่ละทิศทางโดยมีความยาวสูงสุดอย่างน้อย 40 กม.

ความพยายามเหล่านี้ร่วมกันแสดงให้เห็นว่า 800G ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงออปติกไคลเอ็นต์การเข้าถึงระยะสั้นเท่านั้น โดยครอบคลุมถึงโมดูลไคลเอ็นต์ที่แผงด้านหน้า ลิงก์ของมหาวิทยาลัย ลิงก์แบบ DCI และแอปพลิเคชันที่มุ่งเน้นการขนส่งที่สอดคล้องกัน

การออกแบบ 800G ถือเป็นข้อดีอย่างหนึ่ง PAM4 เพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิธแต่ลดเสียงรบกวน ซิลิคอนโฟโตนิกส์ปรับปรุงการบูรณาการ แต่ยังคงทิ้งความท้าทายด้านบรรจุภัณฑ์ การมีเพศสัมพันธ์ และความร้อน ออปติกแบบบรรจุภัณฑ์ร่วมสามารถลดข้อจำกัดเส้นทางไฟฟ้าแต่เปลี่ยนสถาปัตยกรรมของระบบ เลนส์ที่เชื่อมโยงกันสามารถขยายขอบเขตการเข้าถึงได้ แต่ยังเพิ่มความซับซ้อนของอินเทอร์เฟซแบบออปติคัลอีกด้วย

ความหนาแน่นของแบนด์วิธเทียบกับความคงทนของสัญญาณ

PAM4 ปรับปรุงความหนาแน่นของแบนด์วิธโดยส่งสองบิตต่อสัญลักษณ์ นั่นคือเหตุผลที่มันกลายเป็นศูนย์กลางของการพัฒนาเลน 50G, 100G และ 200G

ข้อเสียคือความคงทนของสัญญาณ ด้วยสี่ระดับแทนที่จะเป็นสองระดับ แต่ละระดับจึงมีระยะขอบน้อยกว่า สิ่งนี้ทำให้ FEC และการปรับสมดุลเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบลิงก์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเร็วเลนเพิ่มขึ้น

ความซับซ้อนทางแสงเทียบกับต้นทุนโมดูล

ความเร็วต่อความยาวคลื่นที่สูงขึ้นสามารถลดความซับซ้อนของการมองเห็นได้ เนื่องจากอาจจำเป็นต้องใช้เลนแสงหรือความยาวคลื่นน้อยลงเพื่อให้ได้แบนด์วิธรวมเท่ากัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมความยาวคลื่น 200G PAM4 จึงมีความสำคัญสำหรับระบบ 800G และ 1.6T ในอนาคต

ซิลิคอนโฟโตนิกส์รองรับทิศทางเดียวกันจากด้านการรวม ด้วยการนำฟังก์ชันโฟโตนิกมาสู่แพลตฟอร์มที่ใช้ซิลิกอนมากขึ้น ผู้ออกแบบโมดูลจึงสามารถลดภาระในการประกอบออปติคัลแบบแยกส่วนในตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติกที่มีความหนาแน่นสูง

Pluggable Optics กับ Co-Packaged Optics

เลนส์แบบเสียบได้ยังคงมีความเกี่ยวข้องสูงในการออกแบบเครือข่ายจำนวนมาก ออพติกบรรจุภัณฑ์ร่วมจะมีความเกี่ยวข้องมากขึ้นเมื่อช่องสัญญาณไฟฟ้าระหว่าง ASIC และโมดูลออปติคัลมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไปในด้านพลังงาน การสูญเสีย หรือความหนาแน่น

อนาคตที่เป็นไปได้ไม่ใช่การแทนที่สถาปัตยกรรมแบบหนึ่งด้วยสถาปัตยกรรมแบบอื่นง่ายๆ เลเยอร์เครือข่ายและรุ่นสวิตช์ที่แตกต่างกันอาจใช้สถาปัตยกรรมออปติคอลที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของแบนด์วิธ การออกแบบการระบายความร้อน การเข้าถึงลิงก์ และต้นทุน

PAM4 และซิลิคอนโฟโตนิกส์มีรูปร่าง 800G จากทิศทางที่ต่างกัน PAM4 จะเพิ่มปริมาณข้อมูลที่ได้รับจากแต่ละสัญลักษณ์ และทำให้อัตราเลนที่สูงขึ้นใช้งานได้จริง ซิลิคอนโฟโตนิกส์เพิ่มการรวมระบบออปติกและช่วยให้โมดูลออปติคัลหนาแน่นขยายขนาดได้ งานมาตรฐาน IEEE และ OIF จะเปลี่ยนเทคโนโลยีเหล่านี้ให้เป็นเส้นทางการใช้งานที่ทำงานร่วมกันได้

วิวัฒนาการจาก 50G PAM4 เป็น 100G PAM4 จากนั้นไปสู่ระบบ 200G ต่อเลน แสดงให้เห็นทิศทางของการขยายขนาดเครือข่าย แต่ละขั้นตอนจะช่วยลดภาระในการเข้าถึงแบนด์วิธรวมที่สูงขึ้น แต่ละขั้นตอนยังสร้างความสมบูรณ์ของสัญญาณ การบรรจุหีบห่อ พลังงาน และความท้าทายในการทดสอบใหม่ๆ

สำหรับเครือข่าย 800G ข้อสรุปที่สำคัญที่สุดไม่ใช่ว่าเทคโนโลยีเดียวจะ "ชนะ" แนวโน้มที่แท้จริงคือการบรรจบกัน PAM4, FEC, อีควอไลเซชัน, ซิลิคอนโฟโตนิกส์, ออปติกที่สอดคล้องกัน, สวิตช์ ASIC scaling และสถาปัตยกรรมแบบแพ็คเกจร่วม ทั้งหมดนี้กลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบวิศวกรรมเดียวกัน

PAM4 มีบทบาทอย่างไรในเทคโนโลยี 800G

PAM4 อนุญาตให้แต่ละสัญลักษณ์พกพาสองบิตแทนที่จะเป็นอันเดียว ซึ่