Hoe PAM4 en siliciumfotonica de 800G-technologie vormgeven

800G-technologieverwijst naar hogesnelheidsnetwerksystemen die zijn ontworpen om Ethernet-verkeer met 800 gigabits per seconde te verplaatsen door middel van hogere rijstreken, dichtere optische modules en evoluerende interfacestandaarden.PAM4-modulatievergroot de gegevens die per symbool worden overgebracht, terwijlsiliciumfotonicaverbetert de integratie en fabricage van dichte optische transceivers.

Het ingenieursprobleem achter 800G is niet simpelweg het maken van optica sneller. Het is een gecombineerd elektrisch, optisch, verpakkings- en standaardprobleem.Hoger ASIC-capaciteit zorgt voor meer bandbreedte per frontpaneelpoortEen hogere poortdichtheid verhoogt de druk op de grootte, het vermogen en het thermische ontwerp van de optische module.en meer geïntegreerde optische architecturen.

IEEE Std 802.3df-2024is de voltooide wijziging voor 400 Gb/s en 800 Gb/s Ethernet. Het omvat MAC-parameters, fysieke lagen en beheerparameters die nodig zijn om 400 Gb/s en 800 Gb/s te ondersteunen.

De twee ingenieurslagen achter 800G: Signalisatie en optische integratie

PAM4 en siliciumfotonica lossen verschillende delen van hetzelfde schaalprobleem op.

PAM4 werkt op de signaleringslaag. Het stelt een kanaal in staat om meer informatie per symbool te vervoeren, wat helpt om de effectieve gegevenssnelheid te verhogen zonder alleen op een hogere baud-snelheid te vertrouwen.Siliciumfotonica werkt op de optische integratielaagHet maakt het mogelijk fotonische componenten en high-speed transceiver functies te integreren op een silicium-gebaseerd platform.die steeds belangrijker wordt naarmate de modules naar meer kanalen en complexere optische functies verhuizen.

In de praktijk is 800G afhankelijk van beide. PAM4 verbetert de lijnefficiëntie, terwijl siliciumfotonica helpt om die hogere snelheidssignalen om te zetten in dichte, vervaardigbare optische modules.

PAM4, of vier-niveaus puls amplitude modulatie, is een van de centrale enabling technologieën voor 800G optische modules.NRZ gebruikt twee signaalniveaus, dus elk symbool vertegenwoordigt één bit: 0 of 1. PAM4 gebruikt vier signaalniveaus, dus elk symbool vertegenwoordigt twee bits: 00, 01, 11 of 10.

Door twee bits per symbool te coderen, kan PAM4 de effectieve gegevenssnelheid van een enkel kanaal verdubbelen zonder de symboolsnelheid te verdubbelen.met een vermogen van niet meer dan 50 W, dit is een meer praktische weg dan alleen het proberen om de baudrate te schalen.

PAM4 versus NRZ: Signalniveaus, bits per symbool en geluidsgevoeligheid

Het voordeel van PAM4 is dat vier niveaus in het beschikbare signaalamplitudebereik moeten passen, zodat de afstand tussen de niveaus kleiner is dan in NRZ.Kleine beslissingsmarges maken de verbinding gevoeliger voor lawaai, vervorming en kanalenverstoring.

Dit is de reden waarom PAM4 niet kan worden behandeld als een eenvoudige snelheidsupgrade. Het is een bandbreedte-efficiëntie-compromissie: meer gegevens per symbool, maar minder ruismarge per niveau.

PAM4 versus NRZ-signaalniveau vergelijking

Waarom FEC en gelijkstelling essentieel worden voor PAM4-links

Omdat PAM4 krappe signaalbeslissingsmarges heeft, zijn hogesnelheid PAM4-links meer afhankelijk vanFECenevenwicht. FEC helpt bij het corrigeren van fouten na overdracht, terwijl gelijkstelling helpt bij het compenseren van kanaalgerelateerde signaalvervorming.

Bij lagere snelheden zijn deze technieken mogelijk niet in dezelfde mate vereist.zij maken deel uit van de praktische technische basis voor een betrouwbare werking.

De stap naar 800G gebeurde niet in één sprong. Het volgde een lijn-snelheid routekaart: 50G PAM4 werd eerst volwassen, dan 100G PAM4 maakte efficiëntere 100GE en 400GE mogelijk,en 200G PAM4 werd het volgende pad voor het verminderen van de optische complexiteit in hogesnelheidsmodules.

50G, 100G en 200G PAM4 Roadmap naar 800G

50G PAM4 en de vroege 200GE / 400G-implementatiefase

De implementatie van PAM4 richtte zich eerst op 50Gbps-kanalen.Het verplaatste snel 50Gbps NRZ-benaderingen die tegelijkertijd werden ontwikkeld omdat het een efficiëntere manier bood om de gegevenssnelheid per kanaal te verhogen..

50G PAM4, met een maximale bitsnelheid van 56Gbps, werd volwassen en kreeg ondersteuning van verschillende switch- en router-ASIC's en optische modules.Het maakte de eerste 400G-client-optische modules met een hoog volume mogelijk met behulp van QSFP-DD en OSFP-vormfactorenHet ondersteunde ook 200GE-implementatie in datacenters met QSFP56-optische modules.

Deze fase is belangrijk omdat het bewees dat PAM4 niet alleen een laboratorium signaaltechniek was. Het werd een inzetbare architectuur voor echte datacenter interconnecties.

100G PAM4 voor ééngolflengte 100GE en viergolflengte 400GE

100G PAM4 is de volgende grote stap. Het maakt een meer kosteneffectieve 100GE-implementatie met behulp van één golflengte mogelijk en ondersteunt 400GE over enkelmodusvezel met behulp van vier golflengten.

Deze fase is nauw verbonden met de groei van de 800G-poort.800G-poorten worden praktischer omdat het systeem hogesnelheidselektrische en optische lijnen efficiënter kan aggregeren.

In eenvoudige bewoordingen maakt 100G PAM4 800G gemakkelijker te bouwen met acht 100G-kanalen. Dat vermindert de noodzaak van overmatig kanaalgetal terwijl het ontwerp binnen een meer volwassen technologische basis blijft.

200G PAM4-golflengten en de weg naar 800G-modules met een lagere complexiteit

De volgende ontwikkelingsfase is 200G PAM4 per golflengte of per lijn.Een 200G PAM4-aanpak kan de optische complexiteit van toekomstige modules verminderen omdat er mogelijk minder banen of golflengten nodig zijn om dezelfde totale gegevenssnelheid te bereikenDat kan het aantal optische componenten verminderen, de verpakking vereenvoudigen en een hogere capaciteit van de schakelaar- en routersystemen ondersteunen.

IEEE P802.3djis de actieve taskforce die zich bezighoudt met de doelstellingen van 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s en 1,6 Tb/s Ethernet.optioneel enkelband 200 Gb/s chip-to-module- en chip-to-chip bevestigingsinterfaces, en 800 Gb/s-doelstellingen met behulp van vierspanningsverbindingsinterfaces, evenals meerdere koperen, backplane- en SMF-bereikdoelen.

De ontwikkeling van 200G-per-lane is centraal in de volgende Ethernet- en optische module-scalingfase, maar moet nog steeds anders worden behandeld dan de meer volwassen 50G PAM4- en 100G PAM4-fasen.

Optische module evolutie volgt switch ASIC capaciteit. Wanneer ASIC capaciteit stijgt, het systeem heeft meer bandbreedte op de faceplate, efficiëntere elektrische banen, en dichtere optische interconnecties nodig.Dit is de reden waarom 800G-optica is gekoppeld aan het overschakelen van siliciumgeneraties in plaats van alleen op transceivertechnologie.

Van 6.4T tot en met 204.8T: capaciteitsschaal en lijnsnelheidsdruk

De hieronder samengevatte ASIC-routekaart van de schakelaar toont de richting van de capaciteitsschaal en de lijnsnelheidsdruk.

Schakel ASIC-capaciteitsscaling en 800G-optische druk

In vergelijking met de eerdere 6,4T- en 12,8T-capaciteitsnodes, later 51.2T en 102.De 4T-generatie legt meer druk op de rijstrooksnelheid, de dichtheid van de gezichtsplaat en de optische integratie.

Dit is waar PAM4, siliciumfotonica en co-packaged optica beginnen te verbinden.Co-packaged optics beweegt optische motoren dichter bij de switch ASIC wanneer elektrische afstand, bandbreedte dichtheid en vermogen moeilijker te beheren.

Siliciumfotonicaintegreert fotonische componenten en hoge-snelheid transceiverfuncties op een siliciumsubstraat. Het is al veel gebruikt in 100G- en 400G-optische modules,en de waarde ervan neemt toe naarmate de modules dichter worden ontworpen.

Integratie van siliciumfotonica voor dichte 800G-optische modules

Silicon photonics is belangrijk voor 800G omdat de optische complexiteit snel toeneemt wanneer een module veel kanalen heeft.koppelingsinterfacesHet integreren van meer van deze functies op een op silicium gebaseerd platform kan de assemblage vereenvoudigen en de schaalbaarheid van de productie verbeteren.

Integratie op basis van silicium en fabricage op waferschaal

Een van de voordelen van siliciumfotonica is de mogelijkheid om standaard waferproductie-infrastructuur te gebruiken voor fotonische systemen met een hoog volume.Dit betekent niet dat optische modules eenvoudige halfgeleiderchips wordenHet koppelen van licht in en uit het fotonische circuit, het verpakken van de module, het beheersen van de warmte en het handhaven van de optische prestaties zijn nog steeds moeilijke technische problemen.

De waarde is dat meer optische functionaliteit kan worden ingebouwd in een gecontroleerd silicium-gebaseerd platform.die de assemblagecomplexiteit kunnen verminderen in vergelijking met ontwerpen die meer afhankelijk zijn van discrete optische uitlijning en component-voor-component constructie.

Waarom high-channel-count en coherente modules profiteren van siliciumfotonica

Siliconphotonics is vooral belangrijk voor optische modules met acht of meer kanalen en voor coherente modules met complexere optische functies.glasvezelkoppelingCoherente optica voegt verdere vereisten toe op het gebied van modulatie, detectie en optische prestatiecontrole.

Voor 800G betekent dit dat siliciumfotonica niet alleen een productievoorkeur is. Het wordt onderdeel van het technische pad om optische modules met hoge dichtheid fysiek en economisch praktisch te maken.

Als de capaciteit van de ASIC-switch toeneemt, wordt de aansluitbare optica van het frontpaneel onder grotere druk gezet.en hogere elektrische lijnsnelheden moeten reizen tussen de ASIC en de optische moduleOp een gegeven moment wordt het elektrische pad tussen het schakelen van silicium en de optica van het frontpaneel een groter deel van het probleem van vermogen en signaalintegriteit.

Dit is waarco-packaged opticsde discussie in.

Beweeg fotonica dichter bij de switch ASIC

In de co-packaged optica worden optische of elektrische communicatieapparaten op hetzelfde eerste niveau-substraat geplaatst als de host ASIC.OIF-kader voor co-verpakkingverklaart dat het plaatsen van de optische motor dicht bij de ASIC-host de hoge snelheidsverliezen en impedantiediscontinuïteiten van elektrische kanalen kan verminderen;die off-chip I/O-drivers met een hogere snelheid en een lager vermogen mogelijk maken.

Deze architectuur verschilt van standaard aansluitbare optica.de optische motor wordt veel dichter bij de switch ASIC gebrachtDat kan het verlies aan elektrische kanalen verminderen en de bandbreedte-dichtheid en de energieproblemen aanpakken.

Plug-in-optica versus co-packaged optica

Waarom optische aansluitingen voor de voorzijde een hogere dichtheidsdruk ondervinden

In veel netwerkarchitecturen blijven aansluitbare modules voor het frontpaneel belangrijk, terwijl co-packaged optics moet worden gezien als een optie voor omstandigheden waarin elektrisch verlies, vermogen,en bandbreedte dichtheid worden meer beperkend.

De technische richting is duidelijk: naarmate de capaciteit van de schakelaar toeneemt en de seriële interfaces sneller evolueren, wordt de druk van de schakelaar steeds groter.Diepere optische integratie wordt belangrijkerDe OIF geeft ook een lijst vanUitvoeringsovereenkomst voor een 3,2 Tb/s-coupakketmodule, waaruit blijkt dat co-packaging verder is gegaan dan een breed concept tot formele interoperabiliteitswerkzaamheden.

800G Ethernet is geen enkel implementatiepad. Het omvat verschillende rijstreken, mediatypen en interfacet doelen.

IEEE 802.3dfricht zich op 400 Gb/s en 800 Gb/s Ethernet-werk dat nu IEEE Std 802.3df-2024 is geworden.IEEE P802.3djde volgende doelstellingen rond 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s en 1,6 Tb/s Ethernet.

100G-Lane-doelstellingen in IEEE 802.3df

Het 100G-spoorpad is belangrijk omdat het 800GE een praktische implementatierout geeft via acht 100G-kanalen.Deze aanpak sluit aan bij de volwassenheid van 100G PAM4 en ondersteunt de 800G-implementatie op korte termijn zonder te wachten tot elk 200G-element per rij rijp is.

De oorspronkelijke 800G-normalisatierichting omvatte 800 Gigabit Ethernet met acht 100G-kanalen of vier 200G-kanalen, 1,6 Terabit Ethernet met acht 200G-kanalen,200 Gb Ethernet met één 200 G-kanaal, en 400Gb Ethernet met twee 200G-kanalen.

200G-Lane doelstellingen in IEEE P802.3dj

IEEE P802.3dj is waar de ontwikkeling van 200G per lijn centraal staat. De aangenomen doelstellingen omvatten ondersteuning voor 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s en 1,6 Tb/s MAC-gegevenssnelheden,met een vermogen van meer dan 50 W,Voor 800 Gb/s-operaties wordt deIEEE P802.3dj aangenomen doelstellingenDe Commissie stelt de Commissie in kennis van de resultaten van de evaluatie van de resultaten van de evaluatie.

Dit betekent niet dat elke vermelde doelstelling overeenkomt met een enkel module-type of een volledig volwassen commerciële implementatie.Het betekent dat de standaardisering de technische paden definieert die nodig zijn voor het tijdperk van 200G-sporen..

Ondersteunde media: SMF, MMF, Copper Twinax en Chip-to-Module-interfaces

De specificatie omvat enkelmodusvezel, multimodusvezel, koperen twinaxkabel en chip-to-module elektrische interfaces.Die breedte is belangrijk omdat 800G wordt gebruikt over verschillende fysieke afstanden en systeemarchitecturen.In de eerste plaats is het van belang dat de Commissie de volgende maatregelen treft:

IEEE Ethernet-standaarden definiëren belangrijke Ethernet-interfaces en fysieke laagdoelstellingen.wanneer interoperabiliteit tussen coherente optische implementaties essentieel is.

De OIF vermeldt beideOIF-800ZR-01.0enOIF-800LR-01.0De Europese Commissie heeft in de loop van de afgelopen vijf jaar een aantal voorstellen ingediend voor de oprichting van een gemeenschappelijk systeem voor de uitvoering van de richtlijnen 800G en 800G.

800G-normen en een samenhangende bereikkaart

800ZR voor 80×120 km Versterkte WDM-links met een enkele lengte

OIF-800ZRdefinieert een coherente 800G-lijninterface en frame-formaat met één golflengte voor enkelvoudige, versterkte, 80×120 km lange, punt-tot-punt DWDM-ruisbeperkte verbindingen.Het ondersteunt Ethernet-clients van minimaal 100GE tot 800G totale bandbreedte.

De praktische betekenis is duidelijk: 800ZR verlengt het coherente upgradepad van 400ZR naar 800G. Het is geen generieke naam voor alle 800G-optica.Het is een gedefinieerde coherente lijninterface voor een specifieke versterkte WDM-bereiksklasse.

Opties voor vaste golflengte en coherente interface voor 10 km en 40 km Toepassingen

OIF-800LRdefinieert een coherente lijninterface 800G met één golflengte voor enkelvoudige, niet-versterkte, punt-tot-punt verbindingen met vaste golflengte tot 10 km.

IEEE P802.3dj bevat ook 800 Gb/s-doelstellingen over een enkel SMF in elke richting met lengtes tot ten minste 40 km.

Samen tonen deze inspanningen aan dat 800G niet beperkt is tot optica voor cliënten met een kort bereik. Het omvat front-panel-clientmodules, campuslinks, DCI-stijllinks en coherente transportgerichte toepassingen.

800G-ontwerp is een reeks afwegingen. PAM4 verhoogt de bandbreedte-efficiëntie, maar vermindert de ruismarge. Siliciumfotonica verbetert de integratie, maar laat nog steeds verpakkings-, koppeling- en thermische uitdagingen achter.Co-packaged optics kan de elektrische padbeperkingen verminderen, maar verandert de systeemarchitectuurCoherente optica kan het bereik vergroten, maar ze voegen ook optische-interface complexiteit toe.

Bandbreedte-dichtheid versus signaalsterkte

PAM4 verbetert de bandbreedte dichtheid door het dragen van twee bits per symbool.

De afweging is de signaalsterkte. Met vier niveaus in plaats van twee, heeft elk niveau minder marge. Dit maakt FEC en evenwicht essentiële onderdelen van het koppelingsontwerp, vooral als de rijbaan snelheden toenemen.

Optische complexiteit versus module kosten

Een hogere snelheid per golflengte kan de optische complexiteit verminderen omdat er minder optische banen of golflengten nodig zijn om dezelfde totale bandbreedte te bereiken.Daarom zijn 200G PAM4-golflengten belangrijk voor toekomstige 800G en 1.6T-systemen.

Silicon Photonics ondersteunt dezelfde richting vanuit de integratie kant.Moduleontwerpers kunnen de belasting van discrete optische assemblage in dichte optische transceivers verminderen.

Plug-in-optica versus co-packaged optica

In veel netwerkontwerpen blijft plug-inoptica zeer relevant.Verlies, of dichtheid.

De waarschijnlijke toekomst is niet een eenvoudige vervanging van de ene architectuur door de andere.thermisch ontwerp, bereik van de link en kosten.

PAM4 en siliciumfotonica vormen 800G vanuit verschillende richtingen.Siliciumfotonica vergroot de optische integratie en helpt dichtere optische modules te schalenHet IEEE en de OIF-standaardisatiewerkzaamheden zetten deze technologieën vervolgens om in interoperabele implementatiepaden.

De evolutie van 50G PAM4 naar 100G PAM4 en vervolgens naar 200G-per-lane-systemen toont de richting van netwerkschaling.Elke stap creëert ook een nieuwe signaal integriteit, verpakking, energie en testproblemen.

Voor 800G-netwerken is de belangrijkste conclusie niet dat één technologie wint. De echte trend is convergentie.en co-verpakte architecturen worden allemaal onderdeel van hetzelfde engineering systeem.

Welke rol speelt PAM4 in 800G-technologie?

PAM4 stelt elk symbool in staat om twee bits in plaats van één te dragen.Dit verdubbelt de effectieve gegevenssnelheid per symbool in vergelijking met NRZ en helpt 800G-systemen om een hogere bandbreedte te bereiken zonder alleen op een hogere baudrate te vertrouwen.

Waarom heeft PAM4 FEC en evenwicht nodig?

PAM4 maakt gebruik van vier signaalniveaus, dus de afstand tussen aangrenzende niveaus is kleiner dan in NRZ. Dit verhoogt de geluidsgevoeligheid.Terwijl de gelijkstelling compensatie voor kanaalvervorming en verbetert signaal robuustheid.

Hoe helpt siliciumfotonica 800G-optische modules?

Silicon photonics integreert fotonische componenten en hoge-snelheid transceiverfuncties op een siliciumplatform.Dit is handig voor dichte 800G-optische modules omdat hogere kanaalgetallen en coherente optische functies de verpakking vergroten, koppeling en fabricagekomplexiteit.

Wat is het verschil tussen IEEE 802.3df en IEEE 802.3dj?

IEEE 802.3dfis het voltooide 400 Gb/s en 800 Gb/s Ethernet-standaardpad dat IEEE Std 802.3df-2024 werd.IEEE P802.3djis de lopende taskforce die zich bezighoudt met 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s en 1,6 Tb/s Ethernet-doelstellingen, met inbegrip van 200G-per-lane-gerelateerde werkzaamheden.

Is 200G PAM4 vereist voor 800G Ethernet?

800GE kan worden geïmplementeerd via een 8 × 100G kanaalpad en via 4 × 200G kanalen.200G PAM4 is belangrijk omdat het het aantal rijstroken en de optische complexiteit voor toekomstige 800G en 1 kan verminderen..6T implementaties, maar het is niet de enige weg naar 800G.

Waar past 800ZR in 800G-netwerken?

800ZRHet definieert een enkelgolflengte 800G coherente lijninterface voor een versterkte afstand van 80×120 km,punt-tot-punt DWDM-links en wordt gepositioneerd als een direct upgradepad van coherente DCI-toepassingen in de 400ZR-stijl.