Introducción a las tecnologías de transceptores ópticos 800G

Los escenarios de aplicación del transceptor óptico 800G se dividen principalmente en SR (100 m), DF/FR/LR (500 m/2 km/10 km) y ER/ZR (40 km/80 km). La distancia de conexión desde el interruptor de la parte superior del rack (TOR) al interruptor Leaf es corta. Las grandes empresas de Internet generalmente adoptan la tecnología de conexión de velocidad de 100G y la actualizan gradualmente a 200G/400G a partir de 2021 y algunas empresas utilizan la tecnología de 800G en 2023.

Clúster informático de IA y clúster convencional

La distancia de conexión entre los conmutadores Leaf y Spine alcanzará los 2 km o incluso los 10 km. La interconexión de centros de datos es generalmente una conexión de respaldo de recuperación ante desastres o equilibrio de carga entre varios centros de datos adyacentes. La distancia de esta conexión puede alcanzar decenas de kilómetros. Utiliza principalmente multiplexación por división de longitud de onda densa y comunicación coherente para reutilizar los recursos de fibra óptica tanto como sea posible.

Evolución típica del módulo óptico.

La evolución de las soluciones tecnológicas 800G incluye tres generaciones. La primera generación tiene interfaz óptica 8x100G e interfaz eléctrica 8x100G, disponibles comercialmente en 2021; La segunda generación tiene una interfaz óptica 4x200G y una interfaz eléctrica 8x100G. Se espera que la fecha comercial sea 2024; La tercera generación tiene una interfaz óptica 4x200G y una interfaz eléctrica 4x200G. Se espera que esté disponible comercialmente en 2026. Los dispositivos de chip optoelectrónico de 200G de un solo canal y la tecnología de ecualización están actualmente inmaduros.

En términos de interfaces eléctricas, cuando la velocidad de un solo canal es la misma que la de la interfaz óptica, la arquitectura del transceptor óptico alcanzará su estado óptimo y tendrá las ventajas de un bajo consumo de energía y un bajo costo. La interfaz eléctrica de un solo canal de 100G será la interfaz eléctrica ideal para el transceptor óptico de 8x100G, y la interfaz eléctrica de un solo canal de 200G será la interfaz eléctrica ideal para el transceptor óptico de 4x200G. En términos de embalaje, el transceptor óptico de 800G puede venir en diferentes formas, como QSFP-DD800 y OSFP.

Hay tres tipos principales de arquitecturas de interfaz óptica de transceptor óptico de 800G, a saber, 8x100G PAM4, 4x200G PAM4 y módulos ópticos coherentes de 800G. Transceptor óptico 8x100G PAM4. El transceptor PAM4 funciona a 53 Gbd y utiliza 8 pares de convertidores de digital a analógico (DAC) y de analógico a digital (ADC), 8 láseres, 8 pares de transceptores ópticos y 1 par de longitud de onda gruesa de 8 canales. Multiplexores por división (CWDM). 4x200G PAM4. El transceptor PAM4 funciona a 106 Gbd y utiliza 4 pares de DAC y ADC, 4 pares de transceptores ópticos (incluidos 4 láseres) y 1 par de CWDM de 4 canales. Módulo óptico coherente de 800G. Utiliza 4 pares de DAC y ADC, 1 láser y 1 par de transceptores ópticos y se pueden utilizar láseres de longitud de onda fija en módulos ópticos coherentes del centro de datos para reducir el costo y el consumo de energía.

3 tipos de arquitecturas de interfaz óptica de transceptor óptico de 800G

La solución de inspección directa y modulación directa 8x100G puede hacer uso de la arquitectura técnica existente con tecnologías y estándares relativamente maduros y una cadena de suministro relativamente completa. En el escenario SR, la tecnología VCSEL 100G enfrenta desafíos. Se convertirán en factores clave en la evolución continua de esta tecnología para mejorar el rendimiento de las soluciones multimodo y reducir el coste de las fibras multimodo. Las tecnologías monomodo representadas por la fotónica de silicio (SiPh) y los láseres de modulación directa (DML) se han desarrollado rápidamente. La tecnología SiPh se está desarrollando más rápidamente y se espera que en el futuro compita con soluciones multimodo en escenarios de aplicación con distancias de transmisión de 100 my menos. En el escenario DR/FR, existen tres soluciones: EML, DML y SiPh. En el escenario LR, existen soluciones 800G LR8 basadas en CWDM, LWDM y nLWDM.

En la solución de detección directa y modulación directa 4x200G, el canal único 200G continúa utilizando el tipo de código de modulación PAM4 y puede aprovechar las condiciones relativamente maduras de la industria PAM4. En 4x200G DR Y escenarios de aplicación FR, actualmente existen dos soluciones técnicas: paralelo modo único de 4 vías (PSM4) y CWDM4, que aún enfrentan muchos desafíos. Para escenarios de aplicaciones LR, existen soluciones 800G LR4 basadas en CWDM, LWDM y nLWDM, pero esta solución requiere dispositivos de chip optoelectrónicos de gran ancho de banda, tecnología de ecualización más potente y corrección de errores directos (FEC) para garantizar tasas de error de bits corregidas (BER). lo que plantea grandes desafíos técnicos.

Las soluciones técnicas en el escenario 800G SR incluyen soluciones basadas en DML/EML y basadas en SiPh. La solución 800G SR8 DML/EML utiliza un chip óptico DSP, DML/EML de 8x100G con la misma longitud de onda, utiliza 8 fibras ópticas en los extremos de envío y recepción (PSM8) y utiliza conectores MPO de 24 o 16 núcleos. La solución 800G SR8 SiPh utiliza un modulador MZ 8xSiPh/láser de fibra continua (la luz de silicio se utiliza como transmisor, mientras que el modulador y la fuente de luz están separados), lo que puede realizar una arquitectura de fuente de luz compartida multicanal paralela. Si la pérdida de inserción se controla adecuadamente, utilizar 1 o 2 fuentes de luz para lograr 8 canales en paralelo puede brindarle al sistema una buena ventaja de costos.

Solución 800G SR: 8×100G SR8 DML/EML

Solución tecnológica 800G SR: 8×100G PSM8 SiPh

En el escenario 800G DR/FR, la solución 4x200G tiene una ventaja de menor costo. La solución 800G DR4 (EML/SiPh) utiliza 4x200G DSP. El chip óptico utiliza 4xEML/SiPh, con la misma longitud de onda. Debido al desarrollo limitado del ancho de banda, la solución no utiliza DML. El extremo receptor y el emisor utilizan cada uno 4 fibras ópticas (PSM4), todas ellas de la misma longitud de onda, y utilizan conectores MPO de 12 núcleos. La solución 800G 2km (FR) utiliza tecnología PAM200 de 4G de un solo canal. Cuando la velocidad aumenta de 100G a 200G, la velocidad en baudios se duplicará y la sensibilidad se deteriorará en aproximadamente 3dB. Por lo tanto, se requiere un FEC más potente para mantener una alta sensibilidad del receptor (-5 dBm).

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

Solución de tecnología 800G DR/FR: 4×200G CWDM4 EML

Las tendencias de desarrollo de 800G incluyen hundimiento monomodo, 200G de longitud de onda única y hundimiento coherente. hundimiento monomodo Limitada por el ancho de banda de la fibra multimodo, la distancia de transmisión de la fibra multimodo 100G PAM4 VCSEL+ es de 50 m. El hundimiento de soluciones de interfaz óptica monomodo es una tendencia de desarrollo que ayudará al transceptor óptico de la solución SiPh 800G a cubrir escenarios SR masivos de 100 m. Se acerca una sola ola de 200G. Aunque la tecnología EML de 112 Gbd se está desarrollando rápidamente, los recursos de ancho de banda de 55 GHz son ligeramente insuficientes. Las perspectivas de aplicación de los moduladores SiPh 200G PAM4 y el niobato de litio de película delgada a base de silicio son muy amplias. Hundimiento coherente. A medida que aumente la velocidad de transmisión, la solución tecnológica coherente ampliará aún más su aplicación a distancias más cortas, como 40, 20 y 10 km, basándose en la distancia de transmisión de 80 km. La solución coherente requiere solo un láser, un modulador y un receptor, lo que la hace competitiva en costos con PAM4.