通往400G的道路：PAM4調制如何改變光網絡

通往400G光網絡的道路

永不滿足——這個詞非常恰當地描述了全球終端用戶不斷增長的帶寬需求。然而，一旦我們準備好超越100G并擁抱200G的潛力，對于光網絡領域的許多人來說，400G已經成為一種必需品。

看看一些統計數據：光是閱讀報告就顯示，僅在2017年，全球視頻流時間就增長了100%以上。隨著更廣泛的電信領域期待在虛擬現實、人工智能甚至5G領域實施新的創新，400G所提供的速度和容量需求將相應激增，尤其是對于數據中心互聯等短期使用情況。在這篇博客中，我們將從更高的層次來審視PAM4，這是一種使短距離400G網絡成為可能的調制方案，并討論這項技術將如何塑造我們所知道的光網絡的未來。

成本效益驅動啟用PAM4的400G

長期以來，網絡工程師一直在使用1G、10G和25G的不歸零（NRZ）調制，使用主機端前向糾錯（FEC）來實現長距離傳輸。為了從40G到100G，業界簡單地轉向了10G/25G NRZ調制的并行化，同時也利用主機端FEC來實現更長的距離。當達到200G/400G和更快的速度時，這些標準技術不再具有成本效益。因此，光網絡工程師轉向PAM4調制，以實現這些超高帶寬網絡架構。

基本上，PAM4是一種調制方案，它將兩個比特組合成一個具有四個幅度電平的符號。這有效地提高了網絡的數據傳輸速率，使400G的短途傳輸成為可能。因此，它有效地滿足了網絡運營商對NRZ根本無法提供的具有成本效益的解決方案的需求。而且，對于那些想知道400G的相干技術潛力的人，這是我們計劃下次再討論的話題。不過，目前這種調制技術還不能完全與PAM4相媲美，因為它更適合長途400G網絡。重點是，對于短途400克，PAM4是一種必需的設備，多年來將作為光網絡的骨干。

部署時間表：為400G升級網絡

盡管PAM4使光網絡運營商能夠追求短程400G傳輸，但它確實會對信噪比（SNR）造成損害。這就是為什么傳輸距離變短，在長達10公里的范圍內。同時，FEC也有更大的需求來減輕信號完整性的損失。盡管傳輸距離較短，但PAM4并不一定意味著需要更多設備。然而，它確實要求在網絡體系結構中需要更多的信號處理、更多的糾錯和更高性能的組件。

能夠達到400G的光收發器也往往比100G及更小的光收發器需要更多的功率。我們還看到需要新一代網絡交換機，支持PAM4的400G收發器可以插入其中。網絡運營商對400G傳輸的興趣仍然很高，但我們可能還需要一段時間才能看到這項技術的廣泛應用。

事實上，幾個月前，Facebook表示，盡管用戶需要帶寬，但它還沒有準備好轉換到400G。該公司給出的理由是，在團隊看來，該技術尚未準備好進行大規模部署。然而，與此同時，At&T正忙于投資將其網絡升級至400G，以支持5G承諾產生的前所未有的流量浪潮。從5G的角度來看，我們預計隨著運營商/服務提供商希望利用日益增強的網絡虛擬化，短途400G數據中心互連將變得尤為突出。盡管400G尚處于起步階段，但必須滿足全球網絡用戶對帶寬的需求。因此，Precision OT團隊正準備推出新的400G光學收發器，以滿足對高質量下一代光學器件日益增長的需求。

目前，工程師正在使用兩種不同的形狀因子（QSFP-DD和OSFP）測試400G光收發器。我們的QSFP-DD收發器類似于QSFP光學器件，但有一排額外的觸點，允許8個電氣數據通道。因此，這種收發器模型將支持網絡流量的持續增長，同時仍然向后兼容現有的QSFP光學器件。

我們的另一個收發機模型是基于OSFP形狀因子的，它使用了一個新的硬件標準來設計更好的熱管理。與QSFP收發器相比，OSFP型號略高、略寬，能夠處理高達800G的前瞻性數據速率。與QSFP-DD形狀因子一樣，OSFP光學器件還采用8個數據通道進行PAM4調制，為希望采用400G網絡的網絡運營商提供了一個有效的選擇。