Модуль LPO: обеспечение низкой стоимости и задержки для 400G и 800G

Пропускная способность микросхем коммутаторов приводит к увеличению скорости SerDes, что также приводит к более высокому энергопотреблению SerDes. SerDes — это основной компонент сетевых устройств, отвечающий за подключение оптических модулей и микросхем сетевых коммутаторов. Он преобразует параллельные данные, выводимые микросхемой переключателя, в последовательные данные для передачи. На принимающей стороне он преобразует последовательные данные обратно в параллельные данные. В эпоху 102.4 Тбит/с скорость SerDes должна достичь 224G, а потребляемая мощность чипа SerDes, как ожидается, достигнет 300 Вт. Из-за ограничений технологии материалов печатных плат при увеличении скорости SerDes расстояние передачи сигнала будет соответственно сокращено, чтобы обеспечить высококачественную передачу сигнала. Когда скорость SerDes достигает 224G, она может поддерживать расстояние передачи максимум 5-6 дюймов, что требует дальнейшего сокращения расстояния упаковки между микросхемой коммутатора и оптическим модулем.

В условиях текущей тенденции к экономии энергии и снижению потребления оптических модулей отрасль ищет новые методы снижения общего энергопотребления четырех основных компонентов: драйвера, модулятора, лазера и электрического интерфейса. Когда дело доходит до технологии драйверов, схема LPO с линейным управлением означает, что она может полностью полагаться на линейные аналоговые компоненты в канале передачи данных без необходимости использования дополнительных сложных микросхем DSP (цифровой сигнальный процессор) или CDR (восстановление тактовых данных). что позволяет эффективно избежать дополнительного энергопотребления, вызванного этими двумя типами чипов.

LPO, или подключаемый оптический модуль, основанный на технологии чипов линейного драйвера, представляет собой оптимизированную инновацию традиционного Ethernet-модуля с возможностью горячей замены с дизайном DSP. Популярный 200G, 400G, и даже продукты 800G в основном используют технологию PAM4 в сочетании с чипами DSP для достижения точного восстановления и передачи высокоскоростных сигналов с высокой плотностью. Хотя DSP имеет мощную функцию восстановления сигнала, которая может эффективно снизить частоту ошибок по битам, компенсировать дисперсию, отфильтровать шум, подавить нелинейные помехи и решить другие проблемы, ее проблема заключается в высокой стоимости, большой задержке, высоком энергопотреблении и очевидная проблема с отводом тепла. Напротив, технология LPO значительно улучшает линейность сигнала за счет выбора более эффективных TIA (трансимпедансного усилителя) и микросхем драйвера, таким образом отказываясь от DSP в высокоскоростном модуле, снижая общее энергопотребление модуля, хотя это изменение может в некоторой степени влияют на частоту ошибок по битам в системе и максимальную дальность передачи.

В практических приложениях сигнал от основной микросхемы переключателя к оптическому модулю неизбежно приводит к потерям, причем потери высокочастотного сигнала более значительны, чем низкочастотные. Эта передача происходит по медному проводу на печатной плате, подверженному «скин-эффекту», что приводит к увеличению естественных потерь. Для компенсации этих потерь обычно используются DFE (эквалайзер с обратной связью по решению), CDR и другие «нелинейные» методы компенсации для улучшения качества сигнала. А чип DSP использует усовершенствованный цифровой алгоритм, который может превосходно выполнить эту задачу, но это также означает более высокую нелинейную рабочую нагрузку, что соответственно увеличивает энергопотребление и задержку. Основная идея технологии LPO заключается в том, чтобы перенести сложную работу по восстановлению сигнала, первоначально выполняемую DSP, на уровень системы коммутации, а сам оптический модуль позволяет настроить только простой CTLE (линейный эквалайзер непрерывного действия), который специально предназначен для затухания сигнала, вызванного характеристики канала передачи, обеспечивающие усиление сигнала в диапазоне постоянного и переменного тока.

Ключевая задача технология ЛПО — это разработка и применение электронных чипов, которые больше подходят для сценариев подключения на короткие расстояния. Крупнейшие мировые поставщики электронных чипов, такие как Macom, Semtech и Molex, внесли важный вклад в эту область. Поскольку технология LPO отказывается от расширенных возможностей восстановления сигнала, обеспечиваемых DSP, сфера ее применения в основном сосредоточена на соединениях на небольших расстояниях внутри центра обработки данных, например, на расстоянии между сервером и коммутатором наверху стойки, не превышающем 50 метров. Однако с ростом спроса на 800G Ожидается, что технология LPO получит большую долю рынка благодаря своим превосходным энергосберегающим характеристикам и ценовым преимуществам. В то же время постоянное улучшение линейности микросхем TIA и драйвера еще больше укрепит целостность сигнала LPO. Если на конце микросхемы коммутатора может быть установлен более мощный DSP, теоретически он может лучше снизить потери сигнала в процессе передачи по каналу связи, тем самым постепенно расширяя потенциал применения технологии LPO в высокоскоростной передаче на большие расстояния, сохраняя при этом низкое энергопотребление. Преимущество потребления.