PAM4 및 Silicon Photonics가 800G 기술을 형성하는 방법

800G 기술초당 800 기가 비트로 이더넷 트래픽을 이동시키기 위해 설계된 고속 네트워크 시스템으로, 더 높은 레인 속도, 더 밀집한 광 모듈 및 진화하는 인터페이스 표준을 통해 사용됩니다.PAM4 변조각각의 기호에 대한 데이터를 증가시키는데,실리콘 광학밀집 광적 송수신기의 통합과 제조성을 향상시킵니다.

800G 뒤에 있는 엔지니어링 문제는 단순히 광학을 더 빨리 만드는 것이 아닙니다. 그것은 전기, 광학, 포장 및 표준 문제를 결합한 것입니다.더 높은 스위치 ASIC 용량은 전면 패널 포트당 더 많은 대역폭에 대한 수요를 창출합니다.더 높은 포트 밀도는 광 모듈 크기, 전력 및 열 설계에 압력을 증가시킵니다. 더 높은 차선 속도는 더 신중한 신호 무결성, 더 강력한 오류 수정,그리고 더 통합된 광학 아키텍처.

IEEE Std 802.3df-2024400 Gb/s 및 800 Gb/s 이더넷을 위한 완결된 개정이다. 400 Gb/s 및 800 Gb/s 운영을 지원하는 데 필요한 MAC 매개 변수, 물리적 계층 및 관리 매개 변수를 포함한다.

800G 뒤에 있는 두 가지 엔지니어링 계층: 신호 및 광학 통합

PAM4와 실리콘 광학은 같은 확장 문제의 다른 부분을 해결합니다.

PAM4는 신호 계층에서 작동합니다. 이는 채널이 하나의 기호에 더 많은 정보를 전달할 수 있도록 해줍니다. 이는 더 높은 바드 레이트에 의존하지 않고 효과적인 데이터 속도를 높이는 데 도움이됩니다.실리콘 광학은 광학 통합 층에서 작동합니다.광학 부품과 초고속 송수신기 기능을 실리콘 기반 플랫폼에 통합할 수 있습니다.모듈이 더 많은 채널과 더 복잡한 광학 기능으로 이동함에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다..

실제로 800G는 둘 다에 의존합니다. PAM4는 경로 효율을 향상시키며, 실리콘 광학은 더 빠른 신호를 밀집하고 제조 가능한 광 모듈로 전환하는 데 도움이됩니다.

PAM4 또는 4단계 펄스 진폭 변조는 800G 광 모듈의 중심 기술 중 하나입니다. 이전 세대는 일반적으로 NRZ 또는 비회환-제로 변조를 사용했습니다.NRZ는 두 개의 신호 레벨을 사용합니다.PAM4는 4개의 신호 레벨을 사용하므로 각각의 기호는 00, 01, 11, 또는 10이라는 2개의 비트들을 나타냅니다.

이 차이점은 PAM4가 유용한 핵심 이유입니다. PAM4는 하나의 채널의 효과적인 데이터 속도를 두 배로 증가시키지 않고 하나의 채널의 효과적인 데이터 속도를 두 배로 증가시킬 수 있습니다.초고속 광접속용, 이것은 바우드 레이트만 확장하기보다는 더 실용적인 경로입니다.

PAM4 대 NRZ: 신호 수준, 상징별 비트, 소음 감수성

PAM4의 장점은 또한 주요 엔지니어링 과제를 만듭니다. 네 레벨은 사용 가능한 신호 진폭 범위에 맞아야하므로 레벨 사이의 간격은 NRZ보다 작습니다.더 작은 의사결정 범위는 노이즈에 더 민감한 연결을 만듭니다, 왜곡 및 채널 장애.

이 때문에 PAM4는 단순한 속도 업그레이드라고 볼 수 없습니다. 그것은 대역폭 효율의 타협입니다: 하나의 기호에 더 많은 데이터, 그러나 레벨에 더 적은 노이즈 마진.

PAM4 대 NRZ 신호 수준 비교

왜 FEC와 평형화가 PAM4 링크에 필수적이 되는가

PAM4는 더 긴 신호 결정 마진을 가지고 있기 때문에 고속 PAM4 링크는FEC그리고평형화. FEC는 전송 후 오류를 수정하는 데 도움이 되며, 평형화는 채널 관련 신호 왜곡을 보완하는 데 도움이 됩니다.

더 낮은 속도로, 이러한 기술은 같은 범위에서 요구되지 않을 수 있습니다. 50G, 100G, 그리고 특히 200G/레인 개발 단계에서,신뢰성 있는 운용을 위한 실용적인 엔지니어링 기초의 일부가 됩니다..

800G로 향하는 움직임은 한 번에 일어나지 않았습니다. 그것은 차선 속도 로드맵을 따랐습니다: 50G PAM4는 먼저 성숙해졌고, 100G PAM4는 더 효율적인 100GE와 400GE를 가능하게했습니다.그리고 200G PAM4는 더 빠른 모듈의 광학적 복잡성을 줄이는 다음 경로가되었습니다..

50G, 100G 및 200G PAM4 800G로의 로드맵

50G PAM4 및 초기 200GE / 400G 배포 단계

PAM4 구현은 먼저 50Gbps 채널을 목표로 했습니다.이는 채널당 데이터 속도를 높이는 더 효율적인 방법을 제공했기 때문에 동시에 개발 중인 50Gbps NRZ 접근 방식을 빠르게 대체했습니다..

최대 비트 속도 56Gbps의 50G PAM4는 성숙해졌으며 다양한 스위치 및 라우터 ASIC 및 광 모듈에서 지원을 받았습니다.그것은 QSFP-DD 및 OSFP 형식 인자를 사용하는 첫 번째 대용량 400G 클라이언트 광 모듈을 가능하게했습니다.또한 QSFP56 광학 모듈을 사용하는 데이터 센터에서 200GE 배포를 지원합니다.

이 단계는 중요한데, PAM4가 실험실 신호기술일 뿐만 아니라 실제 데이터센터 상호 연결을 위한 배포 가능한 아키텍처가 되었다는 것을 증명했기 때문입니다.

100G PAM4 단일 파장 100GE 및 네 파장 400GE

100G PAM4는 다음 주요 단계입니다. 그것은 하나의 파장을 사용하여 더 비용 효율적인 100GE 구현을 가능하게하고 4 개의 파장을 사용하여 단일 모드 섬유를 통해 400GE를 지원합니다.

이 단계는 800G 포트 성장과 밀접하게 연결되어 있습니다.800G 포트는 시스템이 더 높은 속도 전기 및 광선을 더 효율적으로 집계 할 수 있기 때문에 더 실용적입니다..

간단히 말해서, 100G PAM4는 800G를 8개의 100G 채널로 더 쉽게 만들 수 있습니다. 이는 더 성숙한 기술 기반 내에서 디자인을 유지하면서 과도한 채널 수의 필요성을 감소시킵니다.

200G PAM4 파장 및 낮은 복잡성 800G 모듈로의 경로

다음 개발 단계는 파장 또는 레인당 200G PAM4입니다.200G PAM4 접근 방식은 동일한 집계 데이터 레이트에 도달하기 위해 더 적은 경로 또는 파장이 필요할 수 있기 때문에 미래의 모듈의 광학적 복잡성을 줄일 수 있습니다.이는 광학 부품 수를 줄이고 패키징을 단순화하며 더 높은 스위치 및 라우터 시스템 용량을 지원할 수 있습니다.

IEEE P802.3dj이터넷 목표 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s 및 1.6 Tb/s를 해결하는 활성 작업 그룹입니다. 채택 된 목표에는 200 Gb/s MAC 데이터 속도 지원이 포함됩니다.선택적 단일 경로 200 Gb/s 칩-모듈 및 칩-칩 연결 단위 인터페이스, 그리고 800 Gb/s의 목표들은 4차선 부착 단위 인터페이스를 사용하며, 여러 구리, 배그 플레인 및 SMF 도달 목표도 사용한다.

200G-per-lane 개발은 다음 이더넷 및 광 모듈 확장 단계의 핵심이지만, 여전히 더 성숙한 50G PAM4 및 100G PAM4 단계와 다르게 취급되어야합니다.

광학 모듈의 진화는 스위치 ASIC 용량을 따르고 있습니다. ASIC 용량이 증가하면 시스템에는 얼굴판에서 더 많은 대역폭, 더 효율적인 전기 경로 및 더 밀도가 높은 광학 상호 연결이 필요합니다.이 때문에 800G 광학은 트랜시버 기술뿐만 아니라 실리콘 세대 전환에 묶여 있습니다.

6.4T에서 204.8T까지: 용량 확장 및 차선 속도 압력

아래에서 요약된 스위치 ASIC 로드맵은 용량 확장 및 차선 속도 압력의 방향을 보여줍니다.

스위치 ASIC 용량 확장 및 800G 광학 압력

로드맵은 정확한 제품 출시 표가 아닌 용량 확장 추세로 읽어야합니다. 이전 6.4T 및 12.8T 용량 노드와 비교하면 나중에 51.2T 및 102.4T 세대는 차선 속도에 더 큰 압력을 가합니다., 표면판 밀도, 광학 통합

이 부분에서 PAM4, 실리콘 광학, 코패키지 광학이 연결되기 시작합니다. PAM4는 각 레인의 효율성을 높입니다. 실리콘 광학은 더 많은 광학적 기능을 컴팩트 모듈에 통합하는 데 도움이됩니다.코 패키지 광학은 전기 거리를 때 스위치 ASIC에 더 가까이 광학 엔진을 이동, 대역폭 밀도, 그리고 전력은 관리하기가 더 어려워집니다.

실리콘 광학광학 구성 요소와 고속 송수신 기능을 실리콘 기판에 통합합니다. 이미 100G 및 400G 광 모듈에서 널리 사용되었습니다.그리고 그 값은 모듈 디자인이 밀도가 높아질수록 증가합니다..

밀도 800G 광학 모듈에 실리콘 광학 통합

실리콘 광학은 800G에 중요한 요소입니다. 왜냐하면 모듈이 많은 채널을 가지고 있을 때 광학적 복잡성이 빠르게 증가하기 때문입니다. 밀도가 높은 광학 모듈은 여러 가지 모듈러, 광탐지, 파도 안내,연결 인터페이스이 기능들을 실리콘 기반 플랫폼에 더 많이 통합하면 조립을 단순화하고 제조 확장성을 향상시킬 수 있습니다.

실리콘 기반 통합 및 웨이퍼 규모 제조

실리콘 광학의 한 가지 장점은 고용량 광학 시스템에 표준 웨이퍼 제조 인프라를 사용할 수 있다는 것입니다.이것은 광학 모듈이 단순한 반도체 칩이 된다는 것을 의미하지는 않습니다.광학 회로로 빛의 입출입, 모듈의 포장, 열 관리, 광학 성능을 유지하는 것은 여전히 어려운 엔지니어링 문제입니다.

그 가치는 더 많은 광학 기능을 제어된 실리콘 기반 플랫폼에 내장할 수 있다는 것입니다. 밀도가 높은 800G 광학 트랜시버의 경우,분리된 광학 정렬과 구성 요소별로 구축에 더 많이 의존하는 디자인에 비해 조립 복잡성을 줄일 수 있습니다..

왜 높은 채널 수와 일관성 모듈이 실리콘 광학으로부터 이익을 얻는가

실리콘 광학은 특히 8개 이상의 채널을 가진 광학 모듈과 더 복잡한 광학 기능을 가진 일관성 모듈에 중요합니다.섬유 결합, 신호 라우팅, 열 및 테스트 복잡성. 일관성 광학은 변조, 감지 및 광학 성능 제어에 대한 추가 요구 사항을 추가합니다.

800G의 경우 실리콘 광학은 단순히 제조의 선호도가 아니라 고밀도 광학 모듈을 물리적으로나 경제적으로 실용적으로 만드는 기술적 경로의 일부가 됩니다.

스위치 ASIC 용량이 증가함에 따라, 전면 패널의 플러그 가능한 광학은 더 큰 압력을 직면합니다. 더 많은 포트가 제한된 패널 공간에 들어야 합니다.그리고 더 높은 전기 경로 속도는 ASIC와 광 모듈 사이에 이동해야합니다.어떤 시점에서, 스위칭 실리콘과 전면 패널 광학 사이의 전기 경로는 전력 및 신호 무결성 문제의 더 큰 부분이됩니다.

여기가 바로코패킹 광학토론에 참여합니다.

스위치 ASIC에 더 가까운 광학

코패키지드 광학에서 광학 또는 전기 통신 장치는 호스트 ASIC와 같은 1 차원 기판에 배치됩니다.OIF 공동 패키징 프레임워크광학 엔진을 호스트 ASIC 근처에 배치하면 고속 전기 채널 손실과 임피던스 불연속을 줄일 수 있다고 설명합니다.더 빠른 속도와 저전력 오프칩 I/O 드라이버를 가능하게 하는.

이 아키텍처는 표준 플러그인 광학과는 다릅니다. 전면 패널 모듈에 고속 전기 신호를 전송하는 대신광학 엔진은 스위치 ASIC에 훨씬 더 가까이 가져옵니다이는 전기 채널 손실을 줄이고 대역폭 밀도와 전력 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

플러그 가능 광학 대 공동 패키지 광학

왜 앞 패널 플러그 가 가능한 광학 이 더 높은 밀도 압력 에 직면 합니까?

전면 패널 플러그 할 수 있는 모듈은 많은 네트워크 아키텍처에서 여전히 중요합니다.그리고 대역폭 밀도는 더 제한적이 됩니다.

102.4T 이상에서 이 압력은 더 눈에 띄게 됩니다. 기술적 방향은 분명합니다.더 깊은 광학 통합이 더 중요해집니다.OIF는 또한3.2Tb/s 공동 패키지 모듈을 위한 실행 협정, 코패킹이 광범위한 개념을 넘어 공식적인 상호 운용 작업으로 이동했다는 것을 보여줍니다.

800G 이더넷은 단일 구현 경로가 아닙니다. 그것은 서로 다른 레인 속도, 미디어 유형 및 인터페이스 목표를 포함합니다. 두 가지 중요한 IEEE 프로젝트는 IEEE 802.3df 및 IEEE P802.3dj입니다.

IEEE 802.3df현재 IEEE Std 802.3df-2024이 된 400 Gb/s 및 800 Gb/s 이더넷 작업에 초점을 맞추고 있습니다.IEEE P802.3dj다음 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s 및 1.6 Tb/s 이더넷의 목표를 해결합니다.

IEEE 802.3df에서 100G-Lane 목표

100G 전선 경로는 800GE에 8개의 100G 채널을 통해 실용적인 구현 경로를 제공하기 때문에 중요합니다.이 접근 방식은 100G PAM4의 성숙과 일치하고 모든 200G 단면 요소가 성숙 할 때까지 기다리지 않고 가까운 시일 동안 800G 배포를 지원합니다..

원래의 800G 표준화 방향에는 800 기가비트 이더넷이 8개의 100G 채널 또는 4개의 200G 채널을 사용하여, 1.6 테라비트 이더넷이 8개의 200G 채널을 사용하여,하나의 200G 채널을 사용하는 200Gb 이더넷, 그리고 400Gb 이더넷은 두 개의 200G 채널을 사용합니다.

IEEE P802.3dj에서 200G-Lane 목표

IEEE P802.3dj는 200G-per-lane 개발이 중심이 되는 곳입니다. 채택 된 목표에는 200 Gb/s, 400 Gb/s, 800 Gb/s 및 1.6 Tb/s MAC 데이터 속도 지원,칩-모듈 및 칩-칩 부착 단위 인터페이스와 함께800Gb/s 동작을 위해,채택 된 목표 IEEE P802.3dj4차선 전기 및 구리 옵션, SMF 쌍 옵션 및 최소 10km, 20km 및 목표에 따라 40km까지의 파장 기반 SMF 옵션을 포함합니다.

이것은 모든 목록 목표가 단일 모듈 유형 또는 완전히 성숙한 상업적 구현에 해당한다는 것을 의미하지는 않습니다.이는 표준 작업이 200G 노선 시대에 필요한 기술적 경로를 정의하고 있다는 것을 의미합니다..

지원 미디어: SMF, MMF, Copper Twinax 및 칩-모듈 인터페이스

800G 표준화는 광섬유 이상의 영역을 포함합니다. 규격 범위에는 단일 모드 섬유, 멀티 모드 섬유, 구리 트윈엑스 케이블 및 칩-모듈 전기 인터페이스가 포함됩니다.그 폭은 중요하죠. 왜냐하면 800G는 서로 다른 물리적 거리와 시스템 아키텍처에서 사용되기 때문입니다.: 내부 장비, 칩과 모듈 사이의, 짧은 구리 연결, 데이터 센터 광 연결, 그리고 더 긴 범위의 일관된 응용 프로그램.

IEEE 이더넷 표준은 주요 이더넷 인터페이스와 물리적 계층 목표를 정의합니다. OIF 작업은 특히 일관된 800G 라인 인터페이스에 중요합니다.일관된 광학 구현에 대한 상호 운용성이 필수적인 경우.

OIF는 둘 다OIF-800ZR-010그리고OIF-800LR-010800G의 일관성 있는 실행 협정으로

800G 표준 및 일관성 있는 범위 지도

800ZR 80~120km 증강 단선 WDM 링크

OIF-800ZR단일 파장 800G 일관성 라인 인터페이스와 프레임 형식을 정의합니다. 단일 스프렌, 증폭, 80~120 km, 포인트에서 포인트 DWDM 노이즈 제한 링크.최소 100GE에서 800G 집계 대역폭까지 이더넷 클라이언트를 지원합니다.

실용적인 의미는 분명하다: 800ZR는 400ZR에서 800G로 일관된 업그레이드 경로를 확장합니다. 모든 800G 광학에 대한 일반 명칭은 아닙니다.그것은 특정 증폭 WDM 도달 클래스를 위한 정의 된 일관성 라인 인터페이스입니다..

고정 파장 및 10km 및 40km 애플리케이션에 대한 일관성 인터페이스 옵션

OIF-800LR단일 파장 800G 일관성 라인 인터페이스를 정의합니다. 최대 10km까지의 단일 스탠, 증폭되지 않은, 포인트-포인트 고정 파장 링크를 위해.

IEEE P802.3dj 또한 각 방향의 단일 SMF에서 최소 40km까지의 길이로 800 Gb/s의 목표를 포함합니다.

이 모든 노력은 800G가 단거리 클라이언트 광학에만 국한되지 않는다는 것을 보여줍니다. 프론트 패널 클라이언트 모듈, 캠퍼스 링크, DCI 스타일 링크 및 일관된 운송 지향 애플리케이션을 포함합니다.

800G 디자인은 타협의 집합이다. PAM4는 대역폭 효율성을 높이지만 노이즈 마진을 줄인다. 실리콘 광학은 통합을 개선하지만 여전히 패키징, 결합 및 열적 과제를 남긴다.공동 패키지 광학은 전기 경로 제한을 줄일 수 있지만 시스템 아키텍처를 변경합니다.일관성 광학은 범위를 확장할 수 있지만 광학 인터페이스의 복잡성을 추가합니다.

대역폭 밀도 대 신호 안정성

PAM4는 하나의 기호에 2비트를 운반함으로써 대역폭 밀도를 향상시킵니다. 이것이 50G, 100G 및 200G 레인 개발의 중심이 된 이유입니다.

트레이드 오프 는 신호 안정성 이다. 두 개 대신 네 개의 레벨로, 각 레벨은 더 적은 마진을 가지고 있다. 이것은 FEC와 평등을 링크 설계의 필수적인 부분으로 만든다. 특히 차선 속도가 증가함에 따라..

광학 복잡성 대 모듈 비용

파장당 속도가 더 높으면 광학 복잡성을 줄일 수 있습니다. 왜냐하면 동일한 전체 대역폭에 도달하기 위해 더 적은 광학 경로 또는 파장이 필요할 수 있기 때문입니다.이 때문에 200G PAM4 파장은 미래의 800G와 1에 중요합니다..6T 시스템

실리콘 광학은 통합 측면에서도 같은 방향을 지원합니다. 실리콘 기반 플랫폼에 더 많은 광학 기능을 도입함으로써,모듈 설계자는 밀도가 높은 광학 송신기에서 분리 광학 조립의 부담을 줄일 수 있습니다..

플러그 가능 광학 대 공동 패키지 광학

플러그 가능한 광학은 많은 네트워크 설계에서 매우 중요합니다. ASIC와 광학 모듈 사이의 전기 채널이 전력으로 너무 비싸지면 공동 패키지 광학이 더 중요해집니다.손실, 또는 밀도.

유력한 미래는 하나의 아키텍처를 다른 아키텍처로 대체하는 것이 아닙니다. 다른 네트워크 계층과 스위치 세대는 대역폭 밀도에 따라 다른 광학적 아키텍처를 사용할 수 있습니다.열 설계, 링크 범위, 그리고 비용.

PAM4와 실리콘 광학은 서로 다른 방향에서 800G를 형성합니다. PAM4는 각 기호에 의해 전송되는 데이터의 양을 증가시키고 더 높은 차선 속도를 실용화합니다.실리콘 광학은 광학 통합을 증가시키고 밀도가 높은 광학 모듈을 확장시키는 데 도움이됩니다.IEEE 및 OIF 표준화 작업은 이러한 기술을 상호 운용 가능한 구현 경로로 전환합니다.

50G PAM4에서 100G PAM4로 진화하고 200G-per-lane 시스템을 향해 발전하는 것은 네트워크 확장의 방향을 보여줍니다. 각 단계는 더 높은 총 대역폭에 도달하는 부담을 줄입니다.각 단계는 또한 새로운 신호 무결성을 만듭니다., 패키지, 전력, 테스트 도전.

800G 네트워크의 가장 중요한 결론은 하나의 기술이 승리한다는 것이 아닙니다. 진정한 추세는 컨버전스입니다. PAM4, FEC, 평형화, 실리콘 광학, 일관성 광학, 스위치 ASIC 확장,그리고 공동 패키지 아키텍처들은 모두 같은 엔지니어링 시스템의 일부가 됩니다..

PAM4는 800G 기술에서 어떤 역할을 합니까?

PAM4는 각각의 기호가 하나 대신 두 개의 비트들을 운반할 수 있게 합니다.이것은 NRZ와 비교하여 하나의 상징에 대한 효과적인 데이터 속도를 두 배로 늘리고 더 높은 바우드 레이트에 의존하지 않고 더 높은 대역폭에 도달하는 800G 시스템을 돕습니다..

왜 PAM4는 FEC와 평등을 필요로 하는가?

PAM4는 4개의 신호 레벨을 사용하므로 인접한 레벨 사이의 간격은 NRZ보다 작다. 이것은 소음 감수성을 증가시킨다. FEC는 전송 오류를 수정하는데 도움을 준다.평형화는 채널 왜곡을 보완하고 신호 안정성을 향상시킵니다..

어떻게 실리콘 광학이 800G 광학 모듈에 도움이 될까요?

실리콘 광학은 실리콘 플랫폼에 광학 부품과 고속 송수신 기능을 통합합니다.이것은 밀도가 높은 800G 광 모듈에 유용합니다. 더 높은 채널 수와 일관된 광 기능이 패키징을 증가시키기 때문입니다., 결합 및 제조 복잡성.

IEEE 802.3df와 IEEE 802.3dj의 차이점은 무엇일까요?

IEEE 802.3df완료된 400 Gb/s 및 800 Gb/s 이더넷 표준 경로로 IEEE Std 802.3df-2024가 되었다.IEEE P802.3dj현재 진행중인 작업단으로 200Gb/s, 400Gb/s, 800Gb/s 및 1.6Tb/s 이더넷 목표를 다루고 있으며, 이 작업에는 200G/레인 관련 작업도 포함됩니다.

800G 이더넷에 200G PAM4가 필요한가요?

800GE는 8 × 100G 채널 경로와 4 × 200G 채널을 통해 구현할 수 있습니다.200G PAM4는 차선 수와 미래 800G 및 1에 대한 광학적 복잡성을 줄일 수 있기 때문에 중요합니다..6T 구현은 하지만 800G로 가는 유일한 길은 아닙니다.

800G 네트워크에서 800ZR는 어디에 들어갑니다?

800ZR장거리 일관성 800G 링크에 적합합니다. 80~120km 증폭된 단일 파장 800G 일관성 라인 인터페이스를 정의합니다.포인트에서 포인트 DWDM 링크 및 400ZR 스타일의 일관성 DCI 응용 프로그램에서 직접 업그레이드 경로로 배치됩니다..