Qu'est-ce qu'un Émetteur-récepteur LPO ?

L'industrie des communications optiques a réalisé des avancées significatives ces dernières années, alimentées par la 5G et l'IA, ce qui a entraîné une croissance rapide de l'infrastructure optique. La vitesse du réseau des centres de données passe progressivement de 400G à 800G et 1,6T, et atteindra même 3,2T dans un avenir proche. Le développement rapide des réseaux de centres de données a entraîné des progrès constants dans la vitesse des modules optiques. Cependant, pour répondre aux exigences des réseaux modernes à haute performance, les émetteurs-récepteurs optiques doivent évoluer sur différents aspects, au-delà de la vitesse, notamment la consommation d'énergie, l'emballage, etc. Cela a conduit à l'émergence de plusieurs nouvelles technologies.

Table of Contents

Les défis du développement des émetteurs-récepteurs

Présentation de l'émetteur-récepteur LPO

Les avantages de l'émetteur-récepteur LPO

Les défis actuels de l'émetteur-récepteur LPO

Conclusion

Les défis du développement des émetteurs-récepteurs

L'itération technologique ne se limite pas à doubler les chiffres. Après avoir atteint le stade du 400G, il devient impératif de s'attaquer non seulement à l'amélioration de la vitesse de transmission des données, mais aussi aux défis liés à l'augmentation de la consommation d'énergie et des coûts.

À ses débuts, un émetteur-récepteur 10G consommait à peine 1 W d'énergie. Jusqu'aux réseaux 400G et 800G, la consommation d'énergie des émetteurs-récepteurs a grimpé en flèche, atteignant 30 W et représentant 40 % ou plus de la consommation totale d'énergie de la machine. Par rapport à 2010, la puissance totale en 2022 a été multipliée par 22. L'augmentation de la consommation d'énergie des dispositifs de communication optique pèse lourdement sur l'utilisation globale de l'énergie et sur les coûts de l'ensemble du centre de données. Pour relever ces défis, l'industrie a exploré deux solutions principales, l'optique enfichable conventionnelle (CPO) et l'optique enfichable à transmission linéaire (LPO).

Présentation de l'émetteur-récepteur LPO

Qu'est-ce que la technologie LPO ?

LPO (Linear-drive Pluggable Optics) est une technologie de conditionnement des émetteurs-récepteurs. Elle utilise une stratégie d'entraînement linéaire pour remplacer les DSP par un amplificateur à transimpédance (TIA) et une puce d'entraînement (DRIVER) avec d'excellentes capacités de linéarité et d'égalisation. Elle utilise des composants spécialisés, notamment des substrats ASIC, des ASIC (Retimer) et des puces ASIC, pour optimiser le traitement des signaux et permettre une fonctionnalité plug-and-play efficace dans les systèmes de communication optique.

Émetteur-récepteur LPO : Modules innovants avec technologie à transmission linéaire

L'émetteur-récepteur LPO utilise des composants analogiques linéaires dans sa communication de données, ce qui élimine le besoin de systèmes CDR ou DSP complexes. Par rapport aux solutions DSP, l'émetteur-récepteur LPO présente d'importantes économies en termes de consommation d'énergie et de latence, ce qui le rend adapté aux besoins de communication de données à courte portée, à large bande passante, à faible consommation d'énergie et à faible latence dans les centres de calcul d'intelligence artificielle.

Qu'est-ce que la DSP et le CDR ?

Pas tous les émetteurs-récepteurs traditionnels intègrent le traitement numérique du signal (DSP). Cependant, dans les émetteurs-récepteurs à grande vitesse où les exigences en matière de signaux sont très strictes, le DSP est essentiel. Le DSP est un algorithme exécuté par la puce qui s'avère crucial pour répondre aux besoins exigeants de traitement des signaux des émetteurs-récepteurs à grande vitesse. Il dispose d'une fonction de récupération de l'horloge numérique et d'une fonction de compensation de la dispersion, ce qui permet de réduire la distorsion sur l'impact du taux d'erreur binaire (BER) du système. Cependant, sa consommation d'énergie et ses coûts sont élevés. Par exemple, dans l'émetteur-récepteur 400G, le DSP 7nm utilisé consomme environ 4W, ce qui représente environ 50% de la consommation d'énergie de l'ensemble du module.

La récupération des données d'horloge (CDR) est également utilisée pour la restauration des données. Elle extrait la séquence de données du signal reçu et récupère le signal de synchronisation de l'horloge correspondant à la séquence de données, rétablissant ainsi les informations spécifiques reçues.

La technologie de la transmission linéaire

La technologie de transmission linéaire proposée par le LPO consiste à supprimer la puce DSP/CDR dans l'émetteur-récepteur et à intégrer les fonctions correspondantes dans la puce de commutation du côté de l'appareil. Dans l'émetteur-récepteur, il ne reste que la puce d'attaque (DRIVER) et l'amplificateur de trans-impédance (TIA) à haute linéarité, tandis que les fonctions d'égalisation linéaire en temps continu (CTLE) et d'égalisation (EQ) sont intégrées, respectivement, pour compenser les signaux à grande vitesse dans une certaine mesure.

Les avantages de l'émetteur-récepteur LPO

Par rapport aux émetteurs-récepteurs traditionnels, les avantages de l'émetteur-récepteur LPO se reflètent principalement dans les quatre aspects que sont la consommation d'énergie, le coût, la latence et la maintenance.

Faible consommation électrique

L'absence de DSP se traduit sans aucun doute par une réduction significative de la consommation d'énergie. Comme l'indiquent les données de Macom, un émetteur-récepteur multimode 800G intégrant la fonctionnalité DSP peut consommer plus de 13 W. En revanche, un émetteur-récepteur 800G LPO utilisant la technologie d'entraînement linéaire affiche une consommation remarquablement faible, inférieure à 4 W. En revanche, un émetteur-récepteur 800G LPO utilisant la technologie d'entraînement linéaire présente une consommation d'énergie remarquablement plus faible, inférieure à 4W.

Faible coût

Comme indiqué précédemment, le coût de facturation des matériaux (BOM) attribué au DSP constitue une part importante, allant de 20 à 40 %, et ce coût est effectivement éliminé avec la suppression du DSP. L'intégration de la fonction d'égalisation dans le pilote et la TIA entraîne un léger surcoût. Toutefois, les dépenses globales connaissent une réduction nette. Selon les analyses de l'industrie, dans le contexte d'un émetteur-récepteur 800G, le coût de la nomenclature est estimé à environ 600-700 dollars, la puce DSP représentant à elle seule une fourchette de coûts de 50-70 dollars. L'inclusion de la fonctionnalité EQ dans le pilote et la TIA entraîne une augmentation marginale du coût, comprise entre 3 et 5 dollars. Grâce à cette approche calculée, le coût global du système est réduit d'environ 8 %, ce qui se traduit par des économies de l'ordre de 50 à 60 dollars.

Faible latence

L'élimination du DSP se traduit par une réduction d'une étape de traitement, ce qui diminue le temps de latence de la transmission des données. Cet avantage revêt une importance particulière dans les scénarios de calcul de l'intelligence artificielle, où la minimisation de la latence est un facteur crucial pour une performance optimale.

Maintenance simple

Dans le cadre du CPO, la nécessité d'éteindre et de remplacer la carte entière en cas de dysfonctionnement d'un dispositif du système constitue un inconvénient considérable pour les tâches de maintenance. En revanche, la nature enfichable des émetteurs-récepteurs LPO permet un remplacement efficace sans qu'il soit nécessaire d'éteindre l'ensemble du système, ce qui améliore encore la commodité globale de la solution LPO. Cela simplifie non seulement le câblage en fibre optique, mais aussi la maintenance des équipements.

Les défis actuels de l'émetteur-récepteur LPO

Pour les émetteurs-récepteurs LPO, deux défis principaux doivent être relevés.

Distance de transmission courte

La suppression de la DSP implique un coût. Les puces TIA et les pilotes ne peuvent pas remplacer entièrement le DSP, ce qui entraîne une augmentation du taux d'erreur binaire du système. Avec un taux d'erreur binaire plus élevé, la distance de transmission est inévitablement plus courte. L'industrie considère généralement que l'émetteur-récepteur LPO n'est approprié que pour des scénarios d'application spécifiques à courte distance, tels que la connexion entre les serveurs et les switchs à l'intérieur des armoires des centres de données. L'émetteur-récepteur LPO peut connecter des distances allant de quelques mètres à quelques dizaines de mètres. À l'avenir, il pourrait être étendu à une distance de 500 mètres.

Absence de normes en matière de technologie LPO

La normalisation LPO n'en est qu'à ses débuts et certains problèmes d'interopérabilité peuvent donc survenir. Par conséquent, la technologie LPO est actuellement mieux adaptée aux systèmes qui sont raisonnablement fermés et qui n'ont qu'une seule source. Les entreprises qui mettent en œuvre la technologie LPO doivent disposer de certaines capacités techniques, notamment la capacité de concevoir des spécifications et des solutions techniques, d'étudier les conditions limites des appareils et des émetteurs-récepteurs et de mener un nombre important de tests d'intégration et d'interopérabilité.

En outre, de nombreux experts ont noté que la technologie LPO présente des problèmes de conception importants pour les canaux électriques du côté du système. La spécification principale actuelle de SerDes est 112G, qui sera bientôt mise à jour à 224G. Les experts estiment que la technologie LPO ne peut pas répondre aux critères du SerDes 224G.

Conclusion

Le développement de la technologie LPO marque une étape importante dans le domaine des émetteurs-récepteurs optiques. Le principal facteur de différenciation est l'utilisation de la technologie d'entraînement linéaire, qui remplace le DSP dans les émetteurs-récepteurs standard et offre des avantages tels que la réduction de la consommation d'énergie et des prix. L'émetteur-récepteur LPO est donc une solution prometteuse pour améliorer l'efficacité et les performances des systèmes de communication optique, en particulier dans les contextes où la faible consommation d'énergie, la rentabilité, la faible latence et la facilité d'entretien sont des préoccupations essentielles.