Shenzhen, China, May 9, 2019 − Gigalight announced that its 5G OMUX for a Chinese operator successfully passed the interoperability test with Huawei's 5G fronthaul equipment, fully complying with the construction requirements of the 5G project.
Gigalight's Industrial CWDM Solution
Gigalight’s 5G OMUX
The 5G OMUX products that have passed the test mainly provide the functions of multiplexing and demultiplexing the wavelengths of the fronthaul signals, including the LAN-WDM (LWDM) channels carrying 5G services and the CWDM channels carrying 4G services. Gigalight adopts a professional and mature WDM technology platform to control the insertion loss within 0.5dB. The other product indicators are also excellent. Gigalight’s 5G OMUX is one of the best solutions for the C-RAN architecture with concentrated service wavelengths in the 5G fronthaul network, and saves operators much cost of optical fiber resources.
Targeting the global scale commercial 5G in 2020, Gigalight actively explores and studies the application standards of 5G optical interconnects, and has shipped 5G passive and active modules on a global scale. The networking test of Gigalight's 5G OMUX with Huawei's 5G fronthaul equipment further proves the interoperability of Gigalight products in the 5G field.
About Gigalight
Gigalight is a global optical interconnection design innovator that designs, manufactures and supplies optical transceivers, passive components, active optical cables, MTP/MPO cablings, cloud programmers & checkers, and coherent optical modules etc. for three main applications: Data Center & Cloud Computing, Metro & Broadcast Network, and Wireless & 5G Optical Network. Gigalight takes the advantages of exclusive design to provide customers with one-stop optical network devices and cost-effective products.

The growing role of clouds in data communications of all kinds with the consequent growth of hyperscale data centers, small moves towards 400Gbps deployment. There are some debates about which one is optimal for the Next-Generation Data Center (NGDC)? AOC or DAC?

First, how well do you know the optimal high-speed optical solutions for NGDC?

  • Distance
  • Cost
  • Power consumption
  • Cable weight
  • Density
  • Latency

DAC

DAC, short for Direct Attach Cable, is used to connect one mobility access switch with another when forming a stack. DAC can be either Passive Copper Cable (PCC) or Active Copper Cable (ACC).

AOC

AOC, short for Active Optical Cable, is an alternative to optical transceivers. It eliminates the separable interface between the transceiver module and optical cable and offers a number of advantages over DAC. Here is a picture of AOC as following.

Gigalight 200G QSFP-DD AOC

AOC vs. DAC

  1. AOC features longer distance—DAC up to 15m; AOC up to 300m.
  2. DAC is cheaper than AOC.
  3. DAC features lower power consumption than AOC.
  4. AOC features lower cable weight than DAC.
  5. DAC and AOC offer the same density.
  6. AOC features lower latency than DAC.

Conclusion

As the development of optical communication technologies, it is said that the optics will replace copper in the future. Thought I don't think so, there is no doubt that AOC is becoming the mainstream solution for NGDC owing to its advantages. AOC will have a greater potential than DAC in the deployment of NGDC.

A few years ago, the largest data centers would never have bought Chinese AOCs fearing that they would be low quality. There are data center managers who worry about such things and are very rigid about specs when it comes to components such as AOCs. However, with the development of optical communication market in recent years, the whole AOC business is shifting to China. We expect that the differences between the U.S. and Chinese firms are eroding when it comes to quality. As one of the best Chinese firms, Gigalight is respectable in the AOC market. In 2019, Gigalight can offer 200Gbps and even 400Gbps AOCs.

Source: Next-Generation Data Center: AOC or DAC?

As a popular signal transmission technology for high-speed signal interconnection in Next-Generation Data Center (NGDC), PAM4 technology is widely used for electrical or optical signal transmission on 200G/400G interfaces. This article will take you through the full understanding of PAM4 technology.

What Is PAM4

PAM4, short for 4-Level Pulse Amplitude Modulation, is a kind of PAM technology that uses 4 different signal levels for signal transmission. Each symbol period can represent 2 bits of logic information (0, 1, 2, 3), that is, four levels per unit time.

When it comes to PAM4 signal transmission technology, it is necessary to mention NRZ (Non-Return-to-Zero). NRZ is the most traditional digital signal, that is, using high and low signal levels to represent the 1/0 information of the digital logic signal can transmit 1 bit of logic information per signal symbol period.

The figure below is a comparison of the typical PAM4 and NRZ signal waveforms and eye diagrams.

The Optical Eye Diagrams: PAM4 vs. NRZ

Compared to NRZ, PAM4 has four digital amplitude levels, each of which contains two information bits, and at the same baud rate, the throughput is twice that of NRZ.

Why PAM4?

The rapid development of the network era has brought about a higher demand for network transmission rates.

Generally, there are three ways to increase the optical communication transmission rate:

  • Increase the modulation rate.
  • Increase the number of WDM channels
  • Increase the number of levels

PAM4 technology can effectively improve the bandwidth utilization efficiency. At the same time, PAM4 adopts high-order modulation format, which is an effective way to reduce the number of optical devices used, reduce the performance requirements of optical devices and performance, cost and work in different applications. A balance is reached between consumption and density.

The arrival of big data and cloud computing, the growth of traffic, the urgent need for a more complex modulation method, PAM4 is a more efficient modulation technology.

In the development of the new generation of 200G/400G interface standards, the general appeal is that the data rate on each pair of differential lines should be increased to more than 50Gbps. If NRZ technology is still used, the use of PAM4 technology is almost an inevitable trend because the time margin for transceiver chips and transmission links is more demanding because each symbol period is less than 20ps.

The Basis of PAM4

Generally, the technologies for implementing PAM4 are classified into two types, namely, a DSP-based digital DAC implementation method or a simulation-based combine method.

The mainstream analog mode is based on MSB & LSB combiner to implement PAM4 signal, and there are two NRZ signals for adding operation.

PAM4: MSB & LSB Combiner Implementation Method

The mainstream digital approach is based on a high-speed DAC for fast output at 0/1/2/3 levels.

PAM4: DSP-based Digital DAC Implementation Method

At the same time, PAM4 compared with NRZ, the challenges it faces in the design and testing process can not be ignored.

The Challenges of PAM4

  1. The PAM4 signal has 16 switching states, the middle eye is symmetrical, and the upper and lower eye patterns are asymmetrical. In an optical eye diagram, the linearity of the optical device is very poor, or the linearity of the driving of the laser is very poor. The upper and lower eye diagrams of the PAM4 are easily deformed, and the deformation is easily misjudged. The parameters of the test, such as jitter, eye width, eye height is not accurate.
  2. Although the PAM4 signal reduces the symbol rate of the signal, the channel loss of more than 10dB still makes the eye diagram of the receiving end completely closed. Therefore, for the PAM4 signal, the pre-emphasis of the transmitting end and the signal equalization of the receiving end are also important.
  3. Compared to NRZ, the Signal-to-Noise Ratio (SNR) of PAM4 is reduced by 9.6dB, so in most cases, the PAM4 system (without FEC) will not operate without errors: BER=ERFC(SQRT(SNR)).
  4. In most PAM4 scenarios, there is no possibility that the system will run without errors. IEEE 802.3 specifies the pre-FEC BER indicator for the PAM4 system.

    At present, the product of the DSP scheme is BER<1E-7 before the actual FEC. The current product of the simulation scheme is BER<1E-6 before the actual FEC. In fact, the requirement to ensure that no large block error occurs is prior to the BER parameter.

    The Gigalight PAM4 Solutions

    For the challenges above, Gigalight has a first-class R&D team in the industry and has overcome the signal-integrity-design challenges of PAM4. The Gigalight PAM4 series 200G/400G products include 200G QSFP56 SR4, 200G QSFP56 AOC, 200G QSFP56 FR4, 400G QSFP56-DD SR8, 400G QSFP56-DD AOC, etc. .

    All of the PAM4 products from Gigalight can be divided into two categories from the solution:

    • Digital PAM4 Products—DSP Solutions. The DSP can support a variety of complex and efficient modulation methods. The electric port has strong adaptability and good photoelectric performance.
    • Analog PAM4 Products—Analog CDR Solutions with low power consumption and low cost.

    Gigalight always adheres to the concept of innovation, innovative technology, and overcomes difficulties. It invests a lot of human resources and material resources in the research and development of next-generation data center products, and aims to provide effective solutions for the development of next-generation data centers.

    Originally published at https://sunmorph.wixsite.com/website/blog/understanding-the-pam4-technology-for-ngdc-in-one-minute

AOCの市場の状況

今日のハイパースケールデータセンターおよび高性能コンピューティング(HPC)市場では、200Gおよび400Gのデータレートを大規模に採用するために、高性能AOC用の低コストソリューションが必要です。

LightCountingの最近の報告によると、マルチモードAOC市場は今後5年間でHPCおよび大規模データセンターのアプリケーションで著しい成長を遂げるでしょう。

しかし、100G AOCの市場は現在HPCおよび大規模データセンターアプリケーションで継続的に成長しており、コストなどの理由から400G AOCを採用するのはまだ時期尚早であるため、200G AOCの採用はさらに拡大すると予想されます。来年。

AOCとEOMが2023年までに収益を拡大する見込み(出所:LightCounting)

200G AOC市場では、200G QSFP-DD AOCは一種のパラレルトランシーバ光学アセンブリです。それは巨大な潜在的な市場になるでしょう、そしてそれはHPCとデータセンターの銅技術を置き換えることが可能です、理由はフォームファクタ、コストなどを含みます。次に、それらを一緒に調べます。

なぜ200G QSFP-DD AOCが人気があるのでしょうか

200G QSFP-DD AOCはQSFP-DDフォームファクタを採用する一種の200G AOCです。

QSFP-DDは、追加の接点列を備えた8チャンネル電気インタフェースです。高速ソリューションを実現するための業界の取り組みの重要な部分として、QSFP-DD MSAによって開発されています。200G QSFP-DD AOCはQSFP-DD MSA仕様の要件を満たしています。

QSFP-DDモジュールは現在のQSFPと似ています。QSFP-DDモジュールを使用して設計されたシステムは下位互換性があり、既存のQSFPモジュールをサポートし、エンドユーザーとシステム設計者に柔軟性を提供することができます。200G QSFP-DD AOCは、エンドユーザーおよびシステム設計者にとって便利です

Gigalight 200G QSFP-DD AOCの紹介

Gigalightは200G QSFP-DD AOCのためのまれなプロバイダの1つです。その200G QSFP-DD AOCは、その革新的な光学パッケージから生まれており、主要な製造技術により、スケーラビリティ、消費電力の削減、信頼性の向上、および光通信のための優れたモジュール性能が可能になります。

Gigalight 200G QSFP-DD AOC

Gigalight 200G QSFP-DD AOCの機能

  • 8チャンネル全二重850nmパラレルアクティブ光ケーブル
  • CDR内蔵のチャネルあたり最大25.78Gbpsの送信データレート
  • ホットプラグ対応QSFP-DDフォームファクタコネクタ
  • 1端あたり4W未満の低消費電力
  • 動作ケース温度範囲0°C〜+ 70°C

Gigalight 200G QSFP-DD AOCのモジュール構成図

Gigalight 200G QSFP-DD AOCは、独自開発のCOB(Chip on Board)高精度技術を採用しています。製品のコストが低く、ボリュームも小さいため、データセンターに低コスト、低消費電力、高密度、高速の新世代ソリューションを提供できます。

もともとの記事:200G QSFP-DD AOCの概要

2018年に、5Gは論争を超えて最も人目を引く焦点になりました。一方、世界の通信事業者はすでにネットワーク上で5Gテクノロジをテストしています。2018年11月の時点で、世界中の182のオペレーターが78カ国で5Gの試験運用と投資を行っています。5Gの商用サービスは、2019年に世界規模で展開されると予想されています。5G技術の進化に伴い、より高いボーレートの光トランシーバは、より高密度のセルサイトをベースにした人気が急上昇しています。現在の4G LTEセルサイトは主に10G光モジュールを採用しています。将来的には、25G/100Gの光モジュールが5Gの展開で推奨される代替手段になるでしょう。

5Gとは

5Gは、人々がテキストを送信し、電話をかけ、そしてウェブを閲覧することを可能にするために4G LTEによって創設された基盤の上に構築され、それは既存の通信技術にとって大きな飛躍を意味する。アップグレードされた5Gパフォーマンス目標には、より高いデータレート、より高品質の音声およびビデオ通話、オンラインコンテンツのよりスムーズなストリーミングが含まれます。これにより、加入者は1分で2Gの映画をダウンロードし、ビデオ通話中に画面の流れに別れを告げることができます。


5Gのネットワーク機能

上の図に示されているように、5Gは4Gと比較してユーザーが経験したデータレート、接続密度、待ち時間、ピークデータレート、モビリティなどに大きな変化があります。IMT-2020仕様によると、5Gのピークデータレートは最大20Gbit/sに達すると予想されています。5Gネットワークは、さまざまな拡張モバイルブロードバンド環境でさまざまなデータレートをサポートできるようになります。平均的な消費者にとって、5Gはデータへのより速いアクセスと潜在的により良い適用範囲を意味します。したがって、都市部および郊外のユーザは、5Mの機能を頼りに100Mbit/sのデータレートと1Gbit/sの屋内ユーザのデータレートを得ることができます。


さらに、今後の5Gはより高いパフォーマンスと効率を達成し、最大数Gbpsのピークレート、超低レイテンシ、そして大容量をユーザーに提供します。将来的には、アップロードとダウンロードの高速化、クールなVRエンターテイメント、モノのインターネット(IoT)、無人運転、遠隔医療などを楽しむことができます。5G規格の段階的な成熟、5Gの商用ペースの加速、5Gの充実アプリケーションのシナリオでは、5Gサービスの新世代はすぐに私たちの仕事と日常生活に浸透するでしょう。5G産業市場は無限に拡大し、見通しは非常に明るいでしょう。

5Gはどのように機能し、25Gに基づいて構築されているのですか

より広い帯域幅、より速い速度、およびより短い待ち時間に対する要求を満たすために、5Gネットワークアーキテクチャは、主に4GのBBU(ベースバンド処理ユニット)機能の分割において、大きな変化を遂げました。一般に、5G無線アクセスネットワークアーキテクチャは4Gのものよりも複雑です。4Gアクセスネットワークは、EPC(コアネットワーク)、BBU、およびRRU(無線リモートユニット)の3つの部分で主に構成されています。5Gネットワークアーキテクチャでは、元の4G BBUをCU(中央ユニット)とDU(分散ユニット)に分割し、クラウド化とセルサイト展開の集中管理の利点を最大限に活用します。一方、5Gネットワークでのマルチアンテナテクノロジの広範な展開に伴い、4G BBUセクションの物理層処理機能の一部がRRUセクションに統合されましたしたがって、。


5Gネットワーク構造

上に示したように、アップグレードされた5Gネットワークインフラストラクチャは、フロントホールとバックホールの伝送のみをカバーする既存の4G LTEインフラストラクチャにミドルホール伝送を追加します。5G伝送におけるこれら3つの部分は、5G通信光モジュールに対して異なる要件を有する。


5Gネットワークのフロントホール伝送では、20Gのピークで推定100M-1Gの帯域幅速度に達するでしょう。アンテナポートは64または128で、5Gフロントホールネットワークの粒度は25Gbpsです。その結果、5Gネットワークの構築には25G光トランシーバが大きな役割を果たします。5Gミドルホール伝送では、主に10-40kmの伝送距離にわたってNx25GテクノロジとDWDMリングネットワークインフラストラクチャが採用されます。これは、100G光トランシーバが5G中距離伝送で大きなシェアを占めるでしょう。バックホール伝送において、光伝送ネットワークが信号を搬送するために展開される場合、Nx100G技術が採用されるであろう。そうでなければ、200G/400G光トランシーバが必要になります。どのタイプのネットワークがこのタスクを実行するかに関係なく、5Gバックホール伝送は100G光モジュール、またはさらに高速のモジュールによっても支配されます。

25Gオプティクス市場動向予測


BBU構造から細分化された5GネットワークのCUとDUは、光トランシーバの全体的な要件を高めます。高密度のセルサイトが展開されるにつれて、5G時代の光トランシーバの需要は4G時代の1.8倍に達すると予想されます。


Lightcountingの市場レポートによると、2017年には、ワイヤレスフロントホール市場がかつてないほど急増したため、25G光トランシーバの需要は垂直に増加しました。2019年には、25Gおよび100Gの光トランシーバが、5Gの商用サービスおよびアプリケーションの急速な進歩に追いつくために主流に展開する準備が整いました。時間どおりに、25G光モジュールの需要は100万に達すると予想されていますが、40G光モジュール市場は徐々に減少していきます。2021年には、通信事業者は5Gへの移行をサポートするためのインフラストラクチャとシステムの準備に熱心に取り組み、25G光モジュールの需要は200万に達すると予想されています。将来的には、データセンター、無線ネットワーク、アクセスネットワークと伝送ネットワークは、25G光トランシーバに対する協調的な需要を形成し、より新しい需要のためのブレークポイントまで上昇します。しかし、10G光トランシーバ市場は、顧客の需要が急速に落ち込んでシフトしています。


光トランシーバの動向

結論

2019年の5Gの試運転と2020年の商用展開により、25G光学市場は新たな開発のピークを迎えるでしょう。世界をリードする通信システムインテグレータおよび光ソリューションプロバイダとして、Gigalightは5Gテクノロジとその成熟度を探求するための努力を先導してきました。指数関数的なデータの増加と5G展開のための世界規模の運用に追いつくために、Gigalightが最新の25G光通信製品とソリューションを研究開発していくにつれて、Gigalightは今後も限界を迎え続けるでしょう。


もともと記事:5G展開が25G光学市場の新たな機会を拓く

それは、小型、低消費電力、そしてすべてのシステムベンダー間の相互運用性です。私達が皆知っているように、SFP/SFP +とQSFP +/QSFP28は1G/10Gと40G/100Gネットワ​​ークのための成功したフォームファクタです。実際、100Gネットワ​​ークでは、CFP、CFP2、CFP4、QSFP28の4つの異なるフォームファクタがあります。

100Gフォームファクタ:CFP対CFP2対CFP4対QSFP28

100Gフォームファクタ:CFP対CFP2対CFP4対QSFP28

100G

通信ネットワークの伝送部門には、コヒーレント検出などの専用技術を使用しても長距離をカバーするプラガトラントランシーバーが必要です。データセンターでは、用途に応じて最小の消費電力と1ユニットが低い小型フォームファクタが必要です近距離のみ(通常最大2km)。

100Gトランシーバの最初のインスタンスでは、中距離でもトランシーバの消費電力を12W未満にすることは不可能だったため、CFPフォームファクタが推奨されました。テクノロジとコンポーネントの可用性が向上すれば、CFP2、そしてCFP4にも適用可能でした。現在も、100Gと200Gのコヒーレント技術は、CFPとCFP2のフォームファクタでしか利用できません。

並行して、GAFA(Google、Apple、Facebook、およびAmazon)は、データセンター容量を追加するという驚異的なニーズを抱え、DAC、AOC、SR4、PSM4、CWDM4などのさまざまな短距離アプリケーションにQSFP28フォームファクタを押し上げました。

今日、技術の成熟とQSFP28の幅広い採用により、ほとんどの100GアプリケーションはQSFP28フォームファクタで入手可能です。ただし、コヒーレント検出を含む40 km以上の到達範囲を除きます。

400G

400Gビットレートでは、いくつかの重要な質問が主題に深く入る前に提起されなければなりません:

  1. 誰が400Gトランシーバーを必要としますか?
  2. どのアプリケーションに?
  3. 技術の成熟度はどうですか?
  4. 以前のフォームファクタとの相互運用性はありますか?

市場の状況を考えると、400Gは大規模データセンターのイントラコネクションにとって優先順位が高く、通信ネットワークの伝送部門にとってはより小規模です。400GビットレートはPAM4変調を必要とするため、到達範囲はますます困難になり、数キロメートルに限られています。より長い範囲では、コヒーレント検出技術および/または増幅、分散補償などが必要になります。

繰り返しますが、同様のシナリオを観察します。400Gネットワ​​ークでは、データセンターのイントラコネクション(Intra-DC)専用のフォームファクタと送信専用のフォームファクタです。しかし、ありがたいことに、「中間」フォームファクタは400Gでは起こらないようです。

Intra-DC

400Gには、内部DC用の2つのフォームファクタ、QSFP56-DD(QSFP二重密度用のQSFP-DD)とOSFP(オクタルSFP)が付属しています。どちらのフォームファクタも電気側で8レーンの50G PAM4を走らせていますが、光学側は50G PAM4の8個のレーザーまたは100G PAM4の4個のレーザーのいずれかです。4レーザー設計では、「ギアボックス」が追加されて、PAM4電気信号を8×50Gから4×100Gに変換します。

QSFP-DDはQSFP-DD MSAによって定義され、OSFPはOSFP MSAによって定義されます。これらは似ていますが、主に3つの違いがあります。

  1. OSFPはQSFP-DD(12W)よりも多くの電力(15W)を許容します。OSWPは12Wよりも15W用に設計されたテクノロジーをリリースするのがより簡単であるため、早期採用を可能にします。
  2. QSFP-DDポートは40G QSFP +100G QSFP28、および200G QSFP56を含むQSFPと下位互換性がありますが、OSFPポートにはQSFP - OSFPアダプターが必要です。
  3. OSFPは熱管理を直接フォームファクタに統合しますが、QSFP-DDはそうではありません。

400 Gフォームファクタ:QSFP56-DDとOSFP

400Gフォームファクタ:QSFP56-DDとOSFP

QSFP-DDとOSFPはどちらも、DAC、AOC、および最大2kmまでの光接続を含むDC内用途向けに設計されています。他にも、データセンター相互接続(DCI)や、DWDMスーパーチャネルなどの他のテクノロジを使用したアプリケーションがあります。

光伝送

CFP MSAで定義されているCFP8フォームファクタは、QSFP-DDおよびOSFPと比べて次のように根本的に異なります。

  1. 最大24Wの消費電力が可能です。
  2. QSFP-DDおよびOSFP用の8x50G PAM4の代わりに、16x25G NRZが電気側にあります。
  3. QSFP-DDおよびOSFP用のI2Cの代わりにMDIO管理インターフェースを備えています。

広いスペースと最大24Wの消費電力を持つCFP8は、伝送用途を対象としています。10kmの初期バージョンで利用可能で、50G PAM4の8レーンに変換される25G NRZの16電気レーンがあります。

しかしながら、コヒーレント検出技術を含む他の変種がより長い範囲に渡って来ています。CFP8 ZR(80km)と呼ばれるバージョンは後の段階で来るでしょうが、それはまたCFP8 800Gへの扉を開きます!16電気レーンを使用し、50GbpsのPAM4信号を適用すると、800Gに達することが可能です。次にDSPを追加すると、コヒーレント検出と多重化レーザーが光伝送を可能にします。明らかに、これはまだ今日のためではありません。

400 Gフォームファクター:QSFP56-DD対OSFP対CFP8

400Gフォームファクター:QSFP56-DD対OSFP対CFP8

400Gアプリケーションでは、上記以外のフォームファクタも使用できますが、専用のアプリケーション用です。COBO(オンボード光学用コンソーシアム)および25Gbpsの16電気レーンを可能にするケーブルアプリケーション用のCDFPをリストできます。

関連記事:QSFP-DD Might Be the Mainstream Form-factor of 400G Optical Transceivers

当初公開されていましたQSFP-DD、OSFP、およびCFP8:400Gに最適なものはどれですか

PAM4および64QAMテクノロジ

クラウドサービスと仮想化ネットワークへの移行はデータセンターを私たちの世界の真ん中に置き、データセンター内およびデータセンター間の接続性はビジネスおよびパーソナルサービスの提供に大きな影響を与えることを意味します。ハイパースケールデータセンターは世界中に設置されており、これらはすべて接続が必要です。この要求を満たすために、光トランシーバサプライヤはPAM4と64QAMに基づいた新しいソリューションを提供し、接続コストを削減し、各接続の帯域幅を拡大するコヒーレント変調を提供します。

多くのサーバーへの接続はすでに25Gで、大規模データセンターのスイッチ間のリンクはすでに100Gです。新しい技術を統合し、効率的な製造技術を使用して構築されたSFP28およびQSFP28トランシーバの導入により、これらの接続のコストが削減され、市場で大幅な成長が可能になりました。次の段階は、スイッチ間リンク用の100Gシングルラムダソリューションと費用対効果の高い400Gトランシーバの導入です。この次のステップに必要なPHYデバイスはすでに入手可能になっており、12.8Tスイッチデバイスは量産中で、最初の400G QSFP-DDおよびOSFP光トランシーバはサンプリング中です。

QSFP-DD

ハイパースケールデータセンター事業者の台頭により、市場は劇的に変化しました。10Gと40Gから25Gと100Gへの切り替えは非常に早く行われました。設置またはアップグレードされるデータセンターの規模と数が非常に多いため、価格が適正になり、コンポーネントが認定され、生産ラインが稼働するとすぐに、新しいテクノロジを大量に出荷できます。データセンター向けの最初の400G PHYデバイスと光トランシーバーが利用可能になりつつあり、大手ハイパースケール事業者が大規模な展開にコミットするのを待つ中、企業は市場での地位を争っています。

25Gと100Gの恩恵を受けている企業の多くは、データセンター向けの単一ラムダPAM4 100Gと400Gソリューションに投資を行っています。これには、400G OSFPおよびQSFP-DDトランシーバーの電力制約を満たすように設計された新しいPAM4 PHYデバイスが必要でした。数社が50Gと200GのPAM4 PHYにも投資しており、25Gと100Gから費用対効果の高いアップグレードが可能です。50G SFP56および200G QSFP56トランシーバーは暫定的な解決策であると期待されていますが、それらの使用がどの程度普及するのか、またはどのくらいの期間続くのかは不明です。40Gは長年続いた暫定的な解決策でした。

もともと100Gの長距離ネットワーク用に開発されたコヒーレント技術は、海底、メトロネットワーク、データセンター間のデータセンター相互接続(DCI)を含む長距離接続に広く使用されています。DCIの市場は急速に拡大しており、多くのシステムベンダーが80kmから500kmの範囲のソリューションを提供しています。長距離および地下鉄アプリケーションのために、何人かの一流装置製造業者は社内コヒーレントデジタルシグナルプロセッサ(DSP)設計を使用し続けます。コヒーレントDSPソリューションは、400Gトランシーバの出荷を予定しているGigalightなどの光トランシーバベンダに提供されています。このデザインに基づいています。最新のDSP ASICは、600G(64Gボー64QAM)ソリューションとCFP2-DCOトランシーバを実現しています。次のステップは、2020年から最大100kmの400Gリンクで計画されている費用対効果の高い400G ZRトランシーバーを可能にする7nm DSPの導入です。

これは依然として流動的な市場です。LumentumOclaroの買収を完了し、CiscoはLuxtera の買収を完了し、そしていくつかの中国の光トランシーバーベンダーはデータセンターで400Gへの請求に参加しました。データセンターの100Gシングルラムダと400Gに必要なPAM4 PHYデバイスは、配信が非常に困難であることが証明されています。28nmおよび14 / 16nmテクノロジのPAM4 PHYソリューションは、6か月以上サンプリングされており、これらは現在7nmソリューションによって統合されています。

関連記事:50G PAM4ベースの光トランシーバ技術

What Is PAM4?

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) is one of PAM modulation technologies that uses 4 different signal levels for signal transmission. Each symbol period can represent 2 bits of logic information (0, 1, 2, 3), that is, four levels per unit time.

In the data center and short-distance optical fiber transmission, the modulation scheme of NRZ is still adopted, that is, the high and low signal levels are used to represent the (1, 0) information of the digital logic signal to be transmitted, and one bit of logical information can be transmitted per signal symbol period.

However, as the transmission rate evolves from 28Gb/s to a higher rate, the electrical signal transmission on the backplane will cause more severe loss to the high-frequency signal, and higher-order modulation can transmit more data in the same signal bandwidth. Therefore, the industry is increasingly calling for higher-order PAM4 modulation. The PAM4 signal uses four different signal levels for signal transmission, and each symbol period can represent 2 bits of logical information (0, 1, 2, 3). Since the PAM4 signal can transmit 2 bits of information per symbol period, to achieve the same signal transmission capability, the symbol rate of the PAM4 signal only needs to reach half of the NRZ signal, so the loss caused by the transmission channel is greatly reduced. With the development of future technologies, the possibility of using more levels of PAM8 or even PAM16 signals for information transmission is not ruled out.

NRZ vs. PAM4: The comparison of waveforms and eye diagrams between NRZ and PAM4 signals

And then, if the optical signal can also be transmitted by using the PAM4, the clock recovery and pre-emphasized PAM4 signal can be directly realized when the electro-optical transmitting is performed inside the optical module, therefore, the unnecessary step of converting the PAM4 signal into the NRZ signal of 2 times the baud rate and then performing related processing is eliminated, thereby saving the chip design cost.

Why PAM4?

The end-to-end transmission system includes fiber optic and fiber-optic transmission systems. Since the fiber transmission can easily reach the rate of 25Gbd so that the research progress of transmitting PAM4 on the fiber has been progressing slowly. For fiber-optic transmission systems, from NRZ moving to PAM4 is considered in terms of cost. If you do not need to consider the cost, there are other related modulation technologies can be used in the long-distance range, such as DP-QPSK, which can transmit the baud rate signal above 50Gbd for several thousand kilometers. However, in the data center field, the transmission distance is generally only 10km or less. If the optical transceiver using PAM4 technology is adopted, the cost can be greatly reduced.

For 400GE, the largest cost is expected to be optical components and related RF packages. PAM4 technology uses four different signal levels for signal transmission. It can transmit 2 bits of logic information per clock cycle and double the transmission bandwidth, thus effectively reducing transmission costs. For example, 50GE is based on a single 25G optical device, and the bandwidth is doubled through the electrical layer PAM4 technology, which effectively solves the problem of high cost while satisfying the bandwidth improvement. The 200GE/400GE adopts 4/8 channel 25G devices, and the bandwidth can be doubled by PAM4 technology.

For data center applications, reducing the application of the device can significantly reduce costs. The initial goal of adopting higher order modulation formats is to place more complex parts on the circuit side to reduce the optical performance requirements. The use of high-order modulation formats is an effective way to reduce the number of optics used, reduce the performance requirements of optics, and achieve a balance between performance, cost, power, and density in different applications.

In some application scenarios, high-order modulation formats have been used for several years on the line side. However, since the client side needs are different from the line side, so other considerations are needed.

For example, on the client side, the main consideration is the test cost, power consumption and density. On the line side, spectrum efficiency and performance are mainly considered, and cost reduction is not the most important consideration. By using linear components on the client side and the PAM4 modulation format that is directly detected, companies can greatly reduce test complexity and thus reduce costs. Among all high-order modulation formats, the lowest cost implementation is PAM4 modulation with a spectral efficiency of 2 bits/s/Hz.

PAM4

Conclusion

As a popular signal transmission technology for high-speed signal interconnection in next-generation data centers, PAM4 signals are widely used for electrical and optical signal transmission on 200G/400G interfaces. Gigalight has a first-class R&D team in the industry and has overcome the signal integrity design challenges of PAM4 modulation. Gigalight's 200G/400G PAM4 products include 200G QSFP56 SR4, 200G QSFP56 AOC, 200G QSFP56 FR4, 400G QSFP56-DD SR8, 400G QSFP56-DD AOC, etc.

All of the PAM4 products from Gigalight can be divided into digital PAM4 products and analog PAM4 products. The digital PAM4 products adopt DSP solutions which can support a variety of complex and efficient modulation schemes. The electric port has strong adaptability and good photoelectric performance. And the analog PAM4 products simulate CDR with low power consumption and low cost. Gigalight always adheres to the concept of innovation, innovative technology, and overcomes difficulties. It invests a lot of human resources and material resources in the research and development of next-generation data center products.

Originally published at 5gnetwork.loger.ir

PAM4エンコーディングテクノロジでは、各サンプリングサイクル内で50G PAM4ベースの光トランシーバで送信される情報量が2倍になります。25Gの光コンポーネントを使用して50Gbpsの伝送速度を達成し、光トランシーバのコストを削減することができます。

50G PAM4は、シングルレーン50GE PAM4光トランシーバ4レーン200GE光トランシーバ8レーン400GE光トランシーバなど、複数のシナリオに適用されます。

関数

このセクションでは、シングルレーン50GE PAM4光トランシーバの機能を紹介します。

50GE PAM4光トランシーバの動作原理

50GE PAM4光トランシーバの動作原理

50GE PAM4光トランシーバの動作原理は、次のとおりです。

  • 送信方向では、PAM4エンコーディングチップは2つの25Gbit / s NRZ信号を1つの25GBaud PAM4信号に集約します。レーザー駆動チップはPAM4信号を増幅し、25Gbpsレーザーは電気信号を25GBaud(50Gbps)の単一波長光信号に変換します。
  • 受信方向では、ディテクタは25GBaudの単一波長光信号を電気信号に変換します。電気信号は整形および増幅された後、PAM4デコードチップに出力されます。PAM4デコードチップは信号を2つの25Gbps NRZ信号に変換します。

50GE PAM4光トランシーバは、QSFP28カプセル化モード、LC光インターフェイス、およびシングルモード光ファイバを使用します。伝送距離は10kmまたは40km、最大消費電力は4.5Wです。

仕様

50GE PAM4光トランシーバの光インタフェース上の送信機および受信機の性能は、IEEE 802.3bsおよびIEEE 802.3cd規格に準拠する必要があります。

光トランシーバは、N 25 Gbpsの電気的インタフェースを提供します。50GE光トランシーバの場合、2つの電気レーンはSFF-8436_MSA規格で指定されているTX1 / RX1およびTX2 / RX2信号を送信します。電気的インタフェースの性能は、CEI-28G-VSR LAUI-2規格に準拠する必要があります。

単一波長で50 Gbpsの伝送速度を持つ光トランシーバは、50 GE、200 GE、および400 GEのインターフェイスをサポートします。次の表に、50GE、200GE、および400GEの技術ソリューションのパラメータを示します。

50GE、200GE、および400GEテクニカルソリューションのパラメータ

技術ソリューション

光学部品および駆動チップ

50G PAM4光トランシーバは、成熟した25Gbpsオプトエレクトロニクスチップを使用して費用対効果の高いソリューションを提供します。で50GBASE-LR 10キロのシナリオ、パッケージTOと非冷却の直接変調レーザー(DML)トランスミッタ光サブアセンブリ(のTOSA)が使用されています。このようなソリューションは、成熟したテクノロジ、低コスト、低消費電力、および簡単な大量生産を特徴としています。線形DMLドライバチップは、入力PAM4電圧電気信号をレーザを直接駆動することができる電流信号に変換することができる。そのようなチップは高帯域幅を供給し、大きな駆動電流を出力する。彼らの最大稼働率は28GBaudに達することができます。受信側では、TOパッケージの付いたReceiver Optical Sub-Assemble(ROSA)が使用されます。25Gbpsピンとリニアトランスインピーダンスアンプ(TIA)チップがROSAに統合されています。

50GBASE-LRシナリオの光学部品

50GBASE-LRシナリオの光学部品

50GBASE-ER 40 kmのシナリオでは、BOXパッケージの25 Gbps電界吸収変調レーザー(EML)TOSAが使用されます。外部共振器変調分布帰還(DFB)レーザ、アイソレータ、モニタリングダイオード、サーミスタ、およびEMLコンポーネントはTOSAに統合され、電圧信号によって駆動されます。このようなソリューションは、広い線形ドメイン、高いER、高い出力光パワー、および低いTDECQを特徴としています。リニアEMLドライブチップは入力PAM4信号を増幅して次のEMLに出力することができます。これらのチップは、高帯域幅、小さなジッタ、調整可能な出力ゲイン、および最大28GBaudの動作レートを提供します。受信側では、TO包装付きのAPD ROSAが使用されます。25Gbps APDとリニアTIAチップがROSAに統合されています。このようなROSAは高感度を特徴とし、40kmの長距離伝送に適用されます。

50GBASE-ERシナリオの光学部品

50GBASE-ERシナリオの光学部品

PAM4チップ

PAM4コーデックチップは、トランシーバ内部でNRZ信号とPAM4信号間の変換を実行します。送信方向では、PAM4チップはボードによって出力された2つの25Gbps NRZ信号を1つの25GBaud PAM4信号に整形、増幅、および変換します。受信方向では、PAM4チップは1つの25GBaud信号を2つの25Gbps NRZ信号にデコードするために、アナログ - デジタル変換器(ADC)およびデジタル信号処理(DSP)技術を使用します。

NRZトランシーバとPAM4トランシーバのソリューションの違い

PAM4トランシーバーの光学部品とチップは、NRZトランシーバーのものとは大きく異なります。次の表に、50G QSFP28 LRと25G SFP28 LRの違いを示します。

50G QSFP28 LRと25G SFP28 LRの違い

主な違いは、レーザー駆動チップ、TIAチップ、そしてデータ処理チップです。

  • PAM4コードには4種類のレベルロジックがあるため、レーザー駆動チップとTIAチップはリニア出力が可能です。NRZトランシーバは、振幅制限モードで信号を出力します。
  • PAM4トランシーバーはDSPを使用して50G PAM4信号と2つの25Gbps NRZ信号間の変換を実装します。NRZトランシーバは、Clock&Data Recovery(CDR)チップのみを使用してデータを送信します。

もともとの記事:https://www.gigalight.com/ja/show-1137.html

A significant portion of Data Center Interconnections (DCIs) and telecom router-to-router interconnections rely on simple ZR or 80km transceivers. The former is mostly based on 100Gbps per 100GHz ITU-T window C-band DWDM transceivers, while the latter is mostly 10G or 100G grey wavelength transceivers. In DWDM links, the laser wavelength is fixed to a specified grid, so that with DWDM Mux and Demux 80 or more wavelength channels can be transported through a single fiber. Grey wavelengths are not fixed to a grid and can be anywhere in the C-Band, limiting capacity to one channel per fiber. DCI links tend to use DWDM because they have to utilize the optical fiber bandwidth as much as possible due to the extremely high-volume traffic between data centers.

Another emerging 80km market is the Multi-System Operator (MSO) or the CATV optical access networks. This need emerges because MSOs are running out of their access optical fibers and they need a transmission technology which would allow them to grow to a very large capacity by using the remaining fibers. For this reason they need to use DWDM wavelengths to pack more channels in a single fiber.

The majority of the 10G transceivers on 80km links will be replaced by 100G or 400G transceivers in the coming years. For that to happen, there are two modulation techniques to enable 80km 100G transceivers.

  • 50G PAM4 with two wavelengths in a 100G transceiver
  • Coherent 100G dual-polarization Quadrature Phase Shifted Keying (DP-QPSK)

Generally speaking, PAM4 is a low-cost solution but require active optical dispersion compensation (which could be a big headache as well as extra expense to data center operators) and extra optical amplification to compensate for the dispersion compensators. By contrast, Coherent approaches do not need any dispersion compensation and the price is coming down rapidly, especially when the same hardware can be configured to upgrade the transmission data rate per wavelength from 100G to 200G (by using DP-16QAM modulation).

When 400G per wavelength is needed in a DCI network within a 100GHz ITU-T window, coherent technology is the only cost-effective solution, because it will not be feasible for PAM4 to achieve the same high spectral efficiency of 4 bit/sec/Hz.

On the standards front, many standards organizations are adopting coherent technology for 80km transmission. The Optical Inter-networking Forum (OIF) will adopt coherent DP-16QAM modulation at up to 60Gbaud (400G per wavelength) in an implementation agreement on 400G ZR. This is initially for DCI applications with a transmission distance of more than 80km, and vendors may come up with various derivatives for longer transmission distances. Separately, CableLabs has published a specification document for 100G DP-QPSK coherent transmission over a distance of 80km aimed at MSO applications. In addition, IEEE802.3ct is in the process of adopting coherent technologies for 100G and 400G per wavelength transmissions over 80km.

As data rates increase from 100G to 400G and capacity requirements per fiber are driven by DCI needs, and assisted by volume driven cost reductions in coherent optics and in coherent DSPs, we expect coherent transmission to be the technology of choice for 80km links.