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Émetteur-récepteur 800G - Analyse Technique dans le Scénario 4x200G FR4

Mis à jour depuis le 19 juin, 2024 by
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La progression incessante du trafic internet et la recherche constante de débits de données plus élevés ont ouvert la voie à l'avènement de l'émetteur-récepteur 800G. Avec l'évolution de l'infrastructure des réseaux, la mise en œuvre de ces modules optiques avancés devient essentielle pour répondre aux demandes croissantes des centres de données et des réseaux de télécommunications. Cet article se penche sur les subtilités techniques de l'émetteur-récepteur 800G dans le contexte spécifique d'un scénario FR4 4x200G. En explorant les nuances de cet émetteur-récepteur à haute capacité, nous analyserons ses exigences techniques et sa voie d'évolution, et nous présenterons la solution FS 800G FR4.

Analyse des Exigences Techniques dans les Scénarios 800G FR4

La technologie PAM4 (modulation d'amplitude d'impulsion) à canal unique 200G représente une avancée essentielle dans le domaine des interconnexions à modulation d'intensité et à détection directe. Elle est prête à jeter les bases des liaisons quadricanal 800G et à servir de composant essentiel pour les solutions d'interconnexion à 1,6Tb/s à venir. Comme le montre l'image ci-dessous, l'accord multi-sources (MSA) devrait définir une couche complète dépendant du support physique (PMD) et un segment de la couche d'attachement au support physique (PMA). Cela comprend l'introduction de nouveaux schémas de correction d'erreurs (FEC) à faible consommation d'énergie et à faible latence qui s'appuient sur le FEC KP4 existant pour les signaux d'entrée électriques 112G, améliorant le gain de codage net (NCG) des modulateurs.

800G MSA

L'un des principaux objectifs de ce consortium industriel est d'être le fer de lance du développement de nouveaux composants analogiques électriques et optiques à large bande conçus pour les émetteurs et les récepteurs. L'entonnoir de l'innovation comprend des plans ambitieux pour les convertisseurs numérique-analogique (DAC) et analogique-numérique (AD/DA). Pour répondre aux contraintes de puissance des modules enfichables, les puces de traitement numérique du signal (DSP) doivent être conçues à l'aide de procédés CMOS avancés, à faible nanomètre, et incorporer des algorithmes de traitement du signal économes en énergie afin d'obtenir une égalisation optimale des canaux.

Evolution Route OSFP 800G 2xFR4

La configuration actuelle 800G 2xFR4 OSFP utilise deux ensembles de lasers CWDM 100G EML à 4 longueurs d'onde, chacun comprenant 4 lasers. Toutefois, les progrès futurs permettront de passer à une configuration FR4 employant 4 lasers CWDM EML de longueur d'onde 200G.

Ce passage au 800G FR4 nécessite l'utilisation de lasers CWDM à 4 longueurs d'onde dans les solutions photoniques au silicium, ce qui élimine tout avantage en termes de coût. À l'heure actuelle, le schéma EML a la préférence du grand public, et les fabricants n'explorent pas les schémas photoniques au silicium. L'émetteur-récepteur FS OSFP 800G 2xFR4 possède des caractéristiques de pointe telles qu'une puce laser EML 53G auto-développée et une puce DSP Broadcom 7nm intégrée, garantissant des performances et une fiabilité inégalées.

800G 2xFR4 OSFP Evolution Route

Analyse de la solution d'emballage 4x200G

Concernant les modules optiques 4x200G, une réévaluation de l'emballage des émetteurs et des récepteurs est nécessaire pour garantir l'intégrité des signaux à grande vitesse dans la plage de fréquence de Nyquist, qui est d'environ 56 GHz. La figure suivante illustre deux solutions possibles pour la configuration de l'émetteur.

Solution A vs Solution B

La solution A adopte une méthode traditionnelle dans laquelle le pilote du modulateur (DRV) est proche du modulateur. Cette configuration conventionnelle a été la norme dans les conceptions précédentes. D'autre part, la solution B emploie une approche avancée en utilisant une conception flip-chip pour le DRV, qui est co-packagé avec l'unité du processeur de signal numérique (DSP). L'objectif est d'optimiser l'intégrité du signal le long des lignes de transmission RF.

Les deux solutions sont réalisables grâce à une technologie de pointe. Des simulations préliminaires ont suggéré que la solution B peut donner des résultats favorables, en garantissant une largeur de bande supérieure à 56 GHz. L'ondulation observée dans la courbe S21 de la solution A est attribuée aux réflexions à l'entrée du DRV, qui pourraient être atténuées par une conception adaptée du DRV.

En fin de compte, on s'attend à ce qu'en affinant le réseau de correspondance, la performance globale de la solution A puisse être encore améliorée, ce qui représente une avancée significative dans la garantie de la fidélité des signaux de communication dans les modules de données à grande vitesse.

Introduction de la Solution 800G FR4 FS

Pour répondre aux besoins d'un développement commercial rapide, de nombreuses grandes entreprises Internet doivent construire des centres de données 800G ou mettre à niveau leurs centres de données de la vitesse 400G à la vitesse 800G. La solution de module optique FR4 800G pour centre de données de FS peut répondre aux diverses exigences de mise en réseau des clients, les aidant ainsi à obtenir une transmission de données plus efficace et plus stable.

L'Architecture de la Solution 800G FR4 FS

Le switch Cœur est mis à niveau à 800G et adopte des modules 800G 2xFR4/2xLR4. Le switch Spine maintient un débit de 400G et adopte le module FR4/LR4 400G, qui est connecté au switch Cœur en mode Breakout. Le switch Leaf maintient un débit de 400G, utilise 400G DR4 et se connecte à TOR. Dans cette solution Breakout, le module FR4 800G est généralement utilisé pour la couche Spine ou Cœur, supportant des distances de transmission allant jusqu'à 2 km. Il possède quatre ports optiques qui peuvent être utilisés pour connecter deux modules 400G sur un câble Dual CS. En outre, le 800G FR4 prend en charge CMIS5.0, offrant des capacités étendues de surveillance de l'état des modules et de diagnostic des informations, ce qui est très utile pour l'exploitation et la maintenance du réseau. Voici la topologie de la solution qui fait passer le réseau de 400G à 800G en utilisant 2xFR4.

800G FR4 Topology

Principaux avantages de la solution FS 800G FR4

FS fournit des solutions professionnelles aux utilisateurs de grands centres de données qui ont besoin d'une mise à niveau complète vers les taux 800G pour augmenter rapidement la bande passante du réseau du centre de données et répondre à la croissance rapide de leur entreprise. Les solutions complètes de mise en réseau et les exigences des clients en matière de produits permettent non seulement de réduire les coûts, mais aussi de diminuer la consommation d'énergie, ce qui apporte une plus grande valeur ajoutée aux clients.

  • Haute densité : Le déploiement de modules QSFP-DD/OSFP en haute densité augmente la capacité de transmission et peut fournir une bande passante plus élevée.

  • Faible consommation d'énergie : L'utilisation d'une puce DSP plus petite de 7 nm garantit une intégration élevée du produit, ce qui permet d'obtenir une consommation d'énergie inférieure à la moyenne de l'industrie et de réduire les coûts d'investissement des clients.

  • Déploiement flexible: Il existe différents modes de déconnexion ou de connexion directe, qui sont plus nombreux, plus souples et plus pratiques pour assurer une transition sans heurts vers une mise à niveau ultérieure.

Liste des produits de la solution 800G FR4

Type de produit Part Number Paramètres
Optical Module OSFP-2FR4-800G PAM4 1310nm 2km DOM Duplex LC/UPC SMF
QDD-FR4-400G PAM4 1310nm 2km DOM Duplex LC/UPC SMF
QSFP-DR-100G Lambda Unique 1310nm 500m DOM LC/UPC Duplex SMF
DAC Cable QSFP-100G-PC01 1 mètre, Passif, QSFP28 à QSFP28, 30AWG
Câble à Fibre Optique HD-SMFULCDX 1m (3ft) LC UPC à LC UPC Duplex OS2
Serveur TS4620 Serveur Tour 6U, 4 Baies de Disques SAS/SATA/SSD 3,5''/2,5'' Remplaçables à Chaud, 2 ports RJ45 1GbE, 550W redondant
Switch MSN4410-WS2FC 24 x QSFP28-DD 100Gb, avec 8 x QSFP-DD 400Gb

Codage avec correction d'erreur directe (FEC) dans un canal unique 200G

Pour répondre aux exigences de sensibilité d'un récepteur PAM 200G, qui implique un seuil de performance du taux d'erreur binaire pré-FEC de 2E-3, un FEC plus puissant est nécessaire. La figure suivante illustre la comparaison entre les schémas terminés et les schémas concaténés (en série).

FEC in Single Channel 200G

Dans la première option, le KP4 sera supprimé et remplacé par un nouveau FEC qui a un surdébit plus élevé. Ce schéma présente des avantages en termes de gain net de codage (NCG) et de surcharge. Dans la deuxième option, le schéma concaténé conserve le KP4 comme code extérieur et le combine avec un nouveau code intérieur. Cette approche de concaténation en cascade offre des avantages en termes de latence et de consommation d'énergie, ce qui la rend plus adaptée au scénario d'application 800G-FR4.

Résumé

Au fur et à mesure que l'industrie progresse, l'innovation continue dans les domaines de la photonique et de l'électronique entraînera sans aucun doute des améliorations dans la technologie 800G. Le scénario FR4 4x200G n'est qu'un début, avec des normes en évolution et des cas d'utilisation en expansion qui devraient ouvrir de nouvelles frontières dans le monde des télécommunications. L'intégration réussie de ces modules à grande vitesse ouvrira la voie à des capacités de transmission de données sans précédent, ancrant l'épine dorsale des réseaux de la prochaine génération qui alimenteront les applications gourmandes en données de demain.

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