400G以太網中的PAM4是什麼？與NRZ有什麼區別？

在快速增長的網絡流量需求下，400G傳輸方案相繼被提出，而PAM4作為下一代數據中心高速互連的熱門信號傳輸技術，被廣泛應用於400G接口的電信號或光信號傳輸。您對PAM4了解多少？它與NRZ有什麼區別？400G以太網為什麼要採用該項技術？本文將為您解疑答惑。

PAM4是什麼？與NRZ有什麼區別？

PAM4（四電平脈衝幅度調製）是一種PAM（脈衝幅度調製）調製技術。與NZR信號傳輸技術（PAM2）不同的是，PAM4採用4個不同的信號電平來進行信號傳輸，每個符號周期可以表示2個bit的邏輯信息（0、1、2、3），也就是一個時間單位內是四個電平。因此，在相同的波特率下，PAM4吐吞量是NRZ的兩倍，也就是說，PAM4可以在不另外新增光纖的基礎上增加網絡帶寬，有效提升帶寬利用率。

註：NRZ採用兩種信號電平來進行信號傳輸，每個符號周期可傳輸1bit的邏輯信息（1、0）。

與此同時，PAM4採用高階調製格式，可降低光學器件的採用數量，降低對光學器件性能的要求，以及不同因公場合的性能，使成本、功耗以及密度達到平衡。

其實，早在制定100以太網標準時，PAM4就被視為可替代的調製技術，但當時由於成本較高且技術不夠成熟，導致它並未在100G以太網的技術中真正被應用。但現在25G波特率和50G波特率的PAM4被廣泛應用於數據中心中，如200G/400G以太網。

400G以太網為什麼要採用PAM4技術？

起初，在制定新一代的200G/400G接口標準時，如400GBASE-SR16，也沒有考慮到PAM4技術，而是採用的NRZ技術，通過並行16條25Gbps達到400G傳輸速率，但是該方案需要大量的光纖，不夠經濟可行，而且該方式的收發芯片時間裕量、傳輸鏈路損耗以及尺寸都無法滿足400G以太網的訴求，因此，400GBASE-SR16接口的設計並不符合400G數據中心應用，且將不會得到正式商用。

考慮到上述原因，在IEEE協會制定802.3bs標準時，提出了由PAM4替代NRZ，經過多方對PAM4信號的特性及參數測試進行深入的研究，該提案最終被通過。隨後基於PAM4技術的400GBASE-LR8/400GBASE-FR8接口標準頒布，成為了第一個400G接口標準。該接口標準採用了8*50Gbps PAM4技術實現400G傳輸，不再像NRZ一樣，需要使用16條25G通道實現400G傳輸，這樣一來，既能節省光纖成本又能降低鏈路損耗。

PAM4在400G光模組中的應用

目前，4*100G PAM4和8*50G PMA4的400G接口標準已由IEEE工作組正式提出，並應用在400G光模組中。具體如下：

總結

隨着大數據和雲計算的到來，流量的快速增長迫使信號調製技術朝着更複雜發展，PAM4作為目前最高效的調製技術，已然成為了400G高速連接接口發展的必然趨勢，而隨着PAM4信號調製技術的日益成熟，越來越多的芯片製造商以及光模組供應商開始利用PAM4信號調製技術研發生產200G/400G產品，讓其從理論轉戰到實際應用中。未來， PAM4將憑藉著自身的優勢（如高性能等）成為400G以太網信號調製的主流方式。