PAM4与硅光技术塑造800G创新

易飞扬

800G技术的发展，PAM4与硅光技术起到了推动作用。这两项技术在实现更高带宽、更快数据传输速度和更高密度的网络通信中发挥了至关重要的作用。本文将深入探讨这两项关键技术，以及它们如何共同推动了800G技术的快速发展。

PAM4调制已被证明是一种非常经济高效的方法，可以在不增加波特率的情况下将单通道的有效数据速率加倍。前几代技术使用不归零 (NRZ) 调制，它有两个信号电平，每个符号代表一位数据（0或1）。而PAM4有四个信号电平，每个符号代表两位数据（00、01、11或10）。但是PAM4的缺点是对噪声的敏感性增加，这意味着需要通过使用FEC和均衡来提高信号鲁棒性，而在较低速度下则不需要这些技术。

PAM4实施首先针对50Gbps通道，它迅速取代了当时正在开发的50Gbps NRZ解决方案。50G PAM4（56Gbps最大比特率）现已成熟并受到各种交换机/路由器ASIC和光模块的支撑。50G PAM4实现了第一批使用QSFP-DD/OSFP的400G客户端光模块的大批量生产，以及使用QSFP56光模块在数据中心部署200GE连接。

100G PAM4现已成熟，可实现使用一种波长（单波长）的更具成本效益的100GE和使用四波长的单模光纤 (SMF) 链路的400GE。具有100G PAM4接口的25.6T交换机和路由器的推出将实现800G端口的快速增长。

目前正在开发的下一代解决方案将支撑200G PAM4波长，降低模块的光学复杂性和成本，并实现更大的交换机和路由器系统容量和3.2Tbps端口。随着行业标准集中在支撑各种应用所需的编码、均衡和纠错技术上，这将使800G更具成本效益。

图1：数据中心交换机ASIC开发

另一个关键的支撑技术是硅光技术，即将光子组件和高速收发器功能集成到硅基板上，该技术已广泛应用于100G和400G光模块。采用硅光技术能够使用标准晶圆制造工厂来大批量制造光子系统，以简化并降低光模块组装的成本。这种集成方法对于具有八个或更多通道的密集光模块和具有复杂光学功能的相干光模块尤为重要。

随着交换机容量的增长和串行接口变化加快，进一步的光学集成变得更加重要。早期通过使用共封装光学交换机实现，在这种情况下，硅光子小芯片与交换机ASIC共同封装，从而可能无需将光模块插入前面板。在102.4T及以上，预计共封装光器件将变得越来越重要。

IEEE802.3df工作组正在制定800G和1.6T以太网标准，该工作组于2022年1月开始工作。定义的主要目标涵盖以下内容：

• 使用8个100G通道或四个200G通道的800千兆以太网
• 使用8个200G通道的1.6Terabit 以太网
• 使用单个200G通道的200Gb以太网
• 使用两个200G通道的400Gb以太网
  

该规范将涵盖单模光纤（SMF）、多模光纤（MMF）、铜双轴电缆和芯片到模块电气接口。

在2022年9月的会议上，IEEE802.3df工作组投票决定将工作分为两个项目：

• IEEE802.3df致力于基于100Gbps通道的规范
• IEEE802.3dj致力于基于200Gbps通道的规范
  

这使得采用八通道的800GE (IEEE802.3df) 的完成日期提前一年多，到2024年6月。基于200G通道 (IEEE802.3dj) 的实施的建议完成日期将被推迟，从而允许有更多的时间来做这项工作；然而，基线提案已经成熟。这些目标和时间表的变更须获得IEEE的完全批准。

OIF正在运行一个新项目，为两种应用定义800G相干线路接口。800ZR适用于长达80−120km的放大单跨WDM链路，将是400ZR的直接升级。该项目还致力于开发一种长达10km的非放大固定波长链路解决方案，可用于当前使用直接检测光模块的各种应用。IEEE 802.3dj还制定了10km和40km覆盖范围的800G目标。40km解决方案将采用相干接口，并被提议作为10km解决方案的候选接口。

当PAM4技术和硅光技术这两个技术巨头齐心协力，共同引领着800G技术的前进道路时，大家不禁要期待着数字通信领域未来的无限可能。

参考文献：
《800G Client Optics in the Data Center - A Heavy Reading white paper produced for Cisco》， SIMON STANLEY, ANALYST AT LARGE, HEAVY READING