HPC如何助推800G光模組發展？

更新於 2024年04月18日 by

George

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大型計算模型及相關應用的蓬勃發展，使得算力成為HPC產業的關鍵基礎設施。 800G光模組的開發對於確保通信基礎設施能夠管理計算模型所需的快速數據處理和交換至關重要。

800G光模組的演進

不斷增加的帶寬需求

計算驅動的端到端用戶流量的增加，導致800G光模組需求激增，這也表明了市場對網絡帶寬並發性和實時性提出了更高的要求。隨着帶寬需求的不斷增加，800G bit/s光模組隨即出現，以其性能優勢逐步佔據主流市場，預計到2025年實現規模部署。

LPO技術

線性驅動可插拔光學器件 (LPO) 技術採用線性驅動方法，用跨阻放大器 (TIA) 和具有高線性度和EQ功能的DRIVER（驅動芯片）取代DSP。雖然DSP提供了數字時鐘恢復和色散補償等功能，能夠以較低的錯誤率實現信號恢復，但也意味着較高的功耗和成本。

LPO技術

與傳統解決方案相比，LPO模塊在數據接口中僅使用線性模擬元件，無需DSP架構。因此，LPO模塊可以將系統功耗和延遲降低約50%，同時會影響系統錯誤率和傳輸距離。這顯然適合現代計算中心的短距離、高帶寬、低功耗、低延遲的數據通信需求。

800G光模組分類

800G光模組主要有兩種分類方式，即按封裝分類或按電接口通道數分類。從封裝來看，800G光模組主要有雙密度四通道小封裝可插拔800G QSFP-DD和八通道小封裝可插拔800G OSFP 兩種類型。

類型	QSFP-DD型號	OSFP型號	距離
以太網	QDD-SR8-800G	OSFP-SR8-800G	50m
	QDD-DR8-800G	OSFP-DR8-800G	500m
	/	OSFP-2FR4-800G	2km
	QDD800-PLR8-B1	OSFP-PLR8-B1	10km
		OSFP-PLR8-B2	10km
		OSFP-2LR4-A2	10km
InfiniBand	/	OSFP-SR8-800G	50m
	/	OSFP-DR8-800G	500m
	/	OSFP-2FR4-800G	2km

按照通道數分類，主要有以下三種：

8×100G PAM4光模組

PAM4（四級脈衝幅度調製）調製允許在每個符號中對多個位進行編碼，確保光通信網絡上高效、高速的數據傳輸。

8×100G PAM4光模組採用8通道配置運行，每個通道承載100G數據流。下圖為使用MTP®-16 APC（母頭）至8 LC UPC雙工分支線纜進行800G XDR8到8×100G FR 連接的實例。

8×100G PAM4光模組

2×400G PAM4光模組

2×400G PAM4光模組採用兩個獨立的通道，每個通道承載400G數據流。下面是800G 2FR4 到2×400G FR4光纖跳線的連接實例。

PAM4光模組

800G相干光模組

800G相干光收發器採用先進的相干通信原理，調製幅度和相位以實現高效的數據傳輸。它通過相干檢測和QAM等複雜的調製格式實現高數據速率。

在實際應用中，其工作速率為128Gbd，採用16QAM調製，利用四對DAC和ADC、一個激光器和一對光收發器，並且可以在數據中心相干光模組中使用固定波長激光器以降低成本和功耗。

800G光模組當前趨勢

據預測，到2025年800G光模組將逐漸出現並得到廣泛部署，以其更好的性能佔據主流市場。800G以太網未來三大增長趨勢如下：

單模光接口解決方案遷移

多模光纖帶寬限制將100G PAM4 VCSEL+多模光纖的傳輸距離限制為50m。如果使用OM5光纖，那麼系統成本將會上升。因此，未來將轉向單模光學接口解決方案，這將有利於SiPh技術的發展。

200Gbit/s單波到來

儘管112Gbd EML技術發展迅速，但原型已經問世，表現出的55GHz帶寬資源略顯不足。SiPh調製器和硅基薄膜鈮酸鋰在200G PAM4上有着廣泛的應用。

相干技術解決方案的應用擴展

隨着傳輸速率的提高，相干技術解決方案將能夠在80km傳輸距離的基礎上，將其應用擴展到40km、20km、10km等更短的距離。與此同時，非相干的解決方案正試圖在更遠的距離上發展。

高數據傳輸率和低延遲

服務器要求高數據傳輸速率和低延遲，因此需要與底層帶寬保持一致的架頂交換機。這些交換機可能還需要延遲冗餘，也就是需要高速光學模塊。 GPU服務器專為密集型機器學習任務而設計。一般情況下，集群中的每臺服務器配置4個高性能GPU。為了實現無縫連接並處理來自眾多服務器的數據流量，集群的架頂交換機端口必須支持至少4×800G，以保持數據交換的最佳速度和效率。