¿Qué es el transceptor LPO?

La industria de las comunicaciones ópticas ha logrado avances significativos en los últimos años, impulsada por 5G y la IA, lo que ha resultado en un rápido crecimiento de la infraestructura óptica. La velocidad de la red del centro de datos se está desarrollando gradualmente de 400G a 800G y 1,6T, e incluso llegará a 3,2T en un futuro próximo. El rápido desarrollo de las redes de centros de datos ha impulsado avances continuos en la velocidad de los módulos ópticos. Sin embargo, para satisfacer las demandas de las redes modernas de alto rendimiento, los transceptores ópticos deben evolucionar en varios aspectos más allá de la velocidad, incluido el consumo de energía, el empaquetado y más. Esto ha llevado a la aparición de varias tecnologías nuevas.

Tabla de contenido

Desafíos en el desarrollo de transceptores

La introducción del transceptor LPO

Las ventajas del transceptor LPO

Los desafíos actuales del transceptor LPO

Conclusión

Desafíos en el desarrollo de transceptores

La iteración tecnológica implica algo más que duplicar números. Después de llegar a la etapa de 400G, resulta imperativo abordar no solo la mejora de la velocidad de transmisión de datos sino también los desafíos asociados con el aumento del consumo de energía y los costos.

Al principio, un transceptor de 10G consumía aproximadamente 1W de potencia. Hasta 400G y 800G, el consumo de energía del transceptor aumentó, alcanzando los 30W, lo que representa el 40% o más del consumo total de energía de la máquina. En comparación con 2010, la potencia total en 2022 se ha multiplicado por 22. El aumento en el consumo de energía de los dispositivos de comunicación óptica supone una carga importante para el uso general de energía y los costos de todo el centro de datos. Para abordar estos desafíos, la industria exploró dos soluciones principales: la óptica enchufable convencional (CPO) y la óptica enchufable de accionamiento lineal (LPO).

La introducción del transceptor LPO

¿Qué es la tecnología LPO?

LPO (Óptica conectable de accionamiento lineal) es una tecnología de empaquetado de transceptores. Utiliza una estrategia de accionamiento lineal para reemplazar los DSP con un amplificador de transimpedancia (TIA) y un chip controlador (DRIVER) con excelentes capacidades de linealidad y ecualización. Utiliza componentes especializados, incluidos sustratos ASIC, ASIC (Retimer) y matriz ASIC, para optimizar el procesamiento de señales y permitir una funcionalidad plug-and-play eficiente en sistemas de comunicación óptica.

Transceptor LPO:Módulos innovadores con tecnología de accionamiento lineal

El transceptor LPO utiliza componentes analógicos lineales en su comunicación de datos, eliminando la necesidad de sistemas CDR o DSP complejos. En comparación con las soluciones DSP, el transceptor LPO muestra importantes ahorros en el consumo de energía y la latencia, lo que los hace adecuados para las necesidades de comunicación de datos de corto alcance, alto ancho de banda, baja potencia y baja latencia en los centros de computación de IA.

¿Qué son DSP y CDR?

No todos los transceptores tradicionales incorporan Procesamiento de Señal Digital (DSP). Sin embargo, en transceptores de alta velocidad donde prevalecen estrictos requisitos de señal, el DSP se vuelve esencial. DSP es un algoritmo de ejecución de chips que resulta crucial para satisfacer las exigentes necesidades de procesamiento de señales de los transceptores de alta velocidad. Tiene una función de recuperación de reloj digital y una función de compensación de dispersión, que pueden reducir la distorsión en el impacto BER del sistema. Sin embargo, también tiene un alto consumo de energía y costos. Por ejemplo, en el transceptor de 400G, que utiliza el DSP de 7 nm, el consumo de energía es de aproximadamente 4 W, lo que representa aproximadamente el 50 % del consumo de energía de todo el módulo.

Clock Data Recovery (CDR) también se utiliza para la restauración de datos. Extrae la secuencia de datos de la señal recibida y recupera la señal de temporización del reloj correspondiente a la secuencia de datos, restaurando así la información específica recibida.

Comprender la tecnología de accionamiento lineal

La tecnología de accionamiento lineal de la solución LPO consiste en retirar el chip DSP/CDR del transceptor e integrar las funciones relacionadas en el chip de conmutación del lado del dispositivo. En el transceptor solo quedan el chip controlador (DRIVER) y el amplificador transimpedancia (TIA) de alta linealidad, mientras que se integran las funciones de ecualización lineal en tiempo continuo (CTLE) y ecualización (EQ), respectivamente, para compensar señales de alta velocidad. hasta cierto punto.

Las ventajas del transceptor LPO

En comparación con los transceptores tradicionales, las ventajas del transceptor LPO se reflejan principalmente en los cuatro aspectos de consumo de energía, costo, latencia y mantenimiento.

Bajo consumo de energía

La ausencia de DSP resulta sin duda en una reducción significativa del consumo de energía. Como lo indican los datos de Macom, un transceptor multimodo de 800G que incorpore funcionalidad DSP puede superar los 13W en consumo de energía. Por el contrario, un transceptor LPO de 800G que aprovecha la tecnología de accionamiento lineal presenta un consumo de energía notablemente menor, midiendo menos de 4W.

Bajo costo

Como se destacó anteriormente, el costo de la lista de materiales (BOM) atribuido al DSP constituye una porción significativa, que oscila entre el 20% y el 40%, y este costo se elimina efectivamente con la eliminación del DSP. La integración de la funcionalidad EQ tanto en el controlador como en TIA introduce un ligero costo incremental. Sin embargo, el gasto global experimenta una reducción neta. Según análisis de la industria, en el contexto de un transceptor de 800G, el costo de la lista de materiales se estima en aproximadamente 600 a 700 dólares, y el chip DSP por sí solo representa un costo de 50 a 70 dólares. La inclusión de la funcionalidad EQ en el controlador y en el TIA da como resultado un aumento marginal del coste, que oscila entre 3 y 5 dólares. A través de este enfoque calculado, el costo total del sistema logra una reducción de aproximadamente el 8%, lo que se traduce en un ahorro de alrededor de 50 a 60 dólares.

Baja latencia

La eliminación de DSP da como resultado una reducción de un paso de procesamiento y, en consecuencia, una disminución de la latencia de transmisión de datos. Esta ventaja tiene especial importancia en escenarios informáticos de IA, donde la latencia minimizada es un factor crucial para un rendimiento óptimo.

Facil mantenimiento

En el marco del CPO, la necesidad de apagar y reemplazar toda la placa en caso de un mal funcionamiento del dispositivo del sistema presenta un inconveniente considerable para las tareas de mantenimiento. Por el contrario, la naturaleza enchufable de los transceptores LPO permite un reemplazo eficiente sin la necesidad de apagar todo el sistema, lo que mejora aún más la conveniencia general de la solución LPO. Esto no sólo simplifica el cableado de fibra sino que también agiliza el mantenimiento de los equipos.

Los desafíos actuales del transceptor LPO

Para los transceptores LPO, actualmente existen dos desafíos principales que deben abordarse.

Distancia de transmisión corta

Hay un costo asociado con la eliminación de DSP. Los chips TIA y de controlador no pueden reemplazar completamente al DSP, por lo que la tasa de error de bits del sistema aumentará. Con una tasa de error de bits mayor, la distancia de transmisión es inevitablemente más corta. La industria generalmente considera que el transceptor LPO solo es apropiado para escenarios de aplicaciones específicos de corta distancia, como la conexión entre servidores y conmutadores dentro de gabinetes de centros de datos. El transceptor LPO puede conectar distancias que van desde unos pocos hasta decenas de metros. En el futuro podrá ampliarse hasta 500 metros.

No hay estandarización de la tecnología LPO

La estandarización de LPO aún se encuentra en sus primeras etapas, por lo que puede haber algunos problemas de interoperabilidad. Por lo tanto, la tecnología LPO actualmente se adapta mejor a sistemas que son razonablemente cerrados y tienen una sola fuente. Las empresas que implementan la tecnología LPO deben tener ciertas capacidades técnicas, incluida la capacidad de diseñar especificaciones y soluciones técnicas, investigar las condiciones límite de dispositivos y transceptores y realizar una cantidad significativa de pruebas de integración e interoperabilidad.

Además, varios expertos han observado que la tecnología LPO presenta importantes problemas de diseño para los canales eléctricos en el lado del sistema. La especificación principal actual de SerDes es 112G, que pronto se actualizará a 224G. Los expertos consideran que la tecnología LPO no puede cumplir con los criterios de 224G SerDes.

Conclusión

El desarrollo de la tecnología LPO marca un salto importante en los transceptores ópticos. El principal diferenciador es el uso de tecnología de accionamiento lineal, que reemplaza el DSP con transceptores estándar y proporciona beneficios tales como menor consumo de energía y precios. Por lo tanto, el transceptor LPO es una alternativa prometedora para mejorar la eficiencia y el rendimiento de los sistemas de comunicación óptica, especialmente en contextos donde el bajo consumo de energía, la rentabilidad, la baja latencia y la facilidad de mantenimiento son preocupaciones esenciales.