PAM4 : Découvrez l'Ethernet 400G à partir d'ici

Mis à jour depuis le 16 avr, 2022 by

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Le PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulation) est une technologie de modulation qui s'adapte à l'interconnexion du signal de haute vitesse dans les centres de données de la nouvelle génération. Il ouvre une voie à l'Ethernet 400G dans les centres de données.

Compréhension du PAM4

La signalisation PAM4 est une modulation d'impulsions en amplitude à 4 niveaux, qui est un type de modulation PAM. Pour la modulation PAM4, un débit en baud transmet deux bits par intervalle de transmission. Les deux bits peuvent être 00, 01, 10 ou 11, comme illustré dans la figure suivante. Le PAM réalise plus de données sur les fibres existantes. En d'autres termes, il est possible d'augmenter la largeur de bande en utilisant la technologie de modulation avancée PAM4 pour augmenter le débit de donnée au lieu de configurer le centre de données avec plus de fibres. En fait, le signal PAM4 a été pris comme un type de modulation alternatif pour l'Ethernet 100G. Cependant, il n'a pas été mis en service en raison du coût plus élevé et de l'immaturité technique. Actuellement, les PAM4 à 25Gbaud et 50Gbaud sur le marché sont pour de nouvelles applications d'introduction dans les centres de données.

NRZ vs PAM4.jpg

Pourquoi utiliser le PAM4 dans l'Ethernet 400G ?

Le PAM4 n'a pas été immédiatement appliqué dans 400G. La norme IEEE 802.3bs 400G, l'une des premières normes de 200G/400G, a normalisé l'interface du 400G SR16 en utilisant 25Gbps NRZ. Le premier 400GBASE SR16 utilise le schéma de modulation NRZ conventionnel basé sur VSCEL à 25Gb/s pour atteindre une distance jusqu'à 100m en augmentant le parallélisme de 4 canaux optiques pour 100G à 16 canaux optiques pour 400G. Mais, cette application nécessite un grand nombre de fibres, ce n'est donc pas une option économiquement viable. De plus, les 16 canaux optiques pour la transmission parallèle nécessitent à la fois une grande taille et une grande consommation d'énergie, ce qui n'est pas approprié pour l'application Ethernet 400G dans les centres de données. Par conséquent, les interfaces 400G SR16 ne devraient pas être déployées sur le marché.

Remarque : La signalisation NRZ utilise deux niveaux de signal dans lesquels la tension positive définit le bit 1 et la tension zéro définit le bit 0. Le signal à 1 bit est transmis pendant un cycle d'horloge.

Comme la largeur de bande que le NRZ nécessite est deux fois plus grande que celle du PAM4 pour les mêmes données et le débit de donnée 25Gbit/s par voie utilisant la signalisation NRZ atteint déjà sa limite, lorsqu'on a discuté la norme IEEE 802.3bs de 400GE, la technologie PAM4 a été proposée pour remplacer le NRZ. Cette proposition a finalement été adoptée après l'analyse et la certification. La norme 400G LR8/FR8 devient la première norme d'interface 400G PAM4, puis la modulation PAM4 est largement appliquée dans les modules optiques 400G. Au lieu d'utiliser 16 NRZ au taux en baud 25G pour 400G Ethernet, la modulation PAM4 fournit une voie d'Ethernet 100G utilisant un taux en baud 4 x 25G à Ethernet 400G via une architecture d'un taux en baud 8 x 25G, ce qui signifie que des liaisons Ethernet 400G via une solution du débit binaire 8 x 50G peuvent diminuer à la fois le coût de fibre et la perte de liaison.

PAM4 dans les applications de module 400G

Les interfaces optiques 400G utilisant la modulation PAM4 4 × 100G ou 8 × 50G qui répond à la norme IEEE sont dans le graphique suivant :

Norme	Types de module	Distance de liaison	Type de média	Voies	Encodage
IEEE 802.3bs	400GBASE-DR4	500m	SMF	4× 100G	PAM4
	400GBASE-FR8	2km	SMF	8× 50G	PAM4
	400GBASE-LR8	10km	SMF	8× 50G	PAM4
IEEE P802.3cm	400GBASE-SR8	100m	MMF	8× 50G	PAM4
IEEE P802.3cm	400GBASE-SR4.2	100m	MMF	8× 50G	PAM4
IEEE P802.3cn	400GBASE-ER8	40km	SMF	8× 50G	PAM4
100G Lambda MSA	400GBASE-FR4	2km	SMF	4× 100G	PAM4
100G Lambda MSA	400GBASE-LR4	10km	SMF	4× 100G	PAM4

Le PAM4 est la tendance du développement des interfaces d'interconnexion à haute vitesse, promouvant le développement des centres de données 400G. Comme le marché évolue vers la modulation basée sur PAM4, de plus en plus de fabricants de puces et de fournisseurs de modules fabriquent de nouveaux produits 400G en utilisant le PAM4, appliquant la théorie à la pratique. La 400G basée sur 50G PAM4 ou 100G PAM4 deviendra certainement le taux de base d'Ethernet de la nouvelle génération et se démarquera par sa haute performance et ses potentiels.

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