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400Gネットワーク構築の礎となるPAM4 光モジュール

Larry

翻訳者 ともや
2019年12月20日 に投稿された


PAM4を理解する

PAM4(4 Pulse Amplitude Modulation)は、データセンターの400Gイーサネットへの道を切り開く次世代データセンターの高速信号相互接続に適合する変調技術です。PAM4シグナリングは、PAM変調の一種である4レベルのパルス振幅変調を指します。PAM4変調では、1ボーレートが送信間隔ごとに2ビットを送信します。次の図に示すように、2ビットは00、01、10、または11のいずれかです。PAMは既存のファイバーでより多くのデータを取得できるため、データセンターの帯域幅を増やすことなく、高度な変調PAM4テクノロジを使用して帯域幅を増やすことをお勧めします。実際、100Gイーサネットを作成する際、PAM4信号が代替変調タイプとして使用されます。ただし、コストと技術の未熟さが原因で使用されませんでした。25Gbaudおよび50GbaudのPAM4は、新しいイントロデータセンターアプリケーション向けに現在市場に出回っています。

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400GイーサネットでPAM4を使用する理由

PAM4は400Gにすぐには適用されませんでした。初期の200G/400G標準の1つである400G IEEE 802.3bsは、25Gbps NRZを使用して400G SR16のインターフェースを標準化しました。初期の400GBASE SR16は、成熟した25Gb/s VSCELベースの従来のNRZ変調方式を利用して、100Gの4つの光チャネルから400Gの16の光チャネルへの並列性を高めることで最大100mの距離を実現します。しかし、このアプリケーションには多数のファイバーが必要なため、経済的に実行可能なオプションではありません。また、パラレル伝送用の16の光チャネルには、サイズと消費電力の両方が明らかに必要であり、データセンターの400Gイーサネットアプリケーションには適していません。したがって、400G SR16インターフェイスは市場に展開することは期待されていません。



 ご注意ください:NRZシグナリングは、正電圧がビット1を定義し、ゼロ電圧がビット0を定義する2つの信号レベルを使用します。1ビット信号はクロックサイクル中に送信されます。

 NRZの帯域幅は、全体で同じデータに対してPAM4の2倍を必要とし、NRZシグナリングを使用したレーンあたり25Gbpsのデータレートがすでに限界に達しているため、400GE IEEE 802.3bs標準が議論されたときに、NRZを置き換えるPAM4テクノロジーが提案されました。分析と認証の後、この提案は最終的に可決されました。400G LR8 /FR8規格が最初の400G PAM4インターフェース規格になり、PAM4変調が400Gトランシーバーに広く適用されます。400Gイーサネットに16個の25GボーレートNRZを使用する代わりに、PAM4変調は、4x25Gボーレートを使用する100Gイーサネットから8x25Gボーレートアーキテクチャを介した400Gイーサネットへのパスを提供します。ファイバのコストとリンク損失の両方を削減します。

400GトランシーバーアプリケーションのPAM4

IEEEタスクフォースによって標準化された4×100G PAM4または8×50G PAM4を使用した400G光インターフェイスは、次のグラフに示されています。

標準
トランシーバーの種類
リンク距離

メディアタイプ

レーン
エンコーディング
IEEE 802.3bs

400GBASE-DR4

400GBASE-FR8

400GBASE-LR8

500m

2km

10km

SMF

SMF

SMF

4× 100G

8× 50G

8× 50G

PAM4
IEEE P802.3cm

400GBASE-SR8


400GBASE-SR4.2

100m

100m

MMF

MMF

8× 50G

8× 50G

PAM4
IEEE P802.3cn
400GBASE-ER8
40km
SMF
8× 50G
PAM4
100G Lambda

400GBASE-FR4

2km
SMF
4× 100G
PAM4
MSA
400GBASE-LR4
10km
SMF
4× 100G
PAM4

PAM4は、高速相互接続インターフェースの開発動向であり、データセンターを最大400Gまで高速化することを推進しています。市場がPAM4ベースの変調に移行するにつれて、ますます多くのチップメーカーとトランシーバベンダーがPAM4を使用して新しい400G製品を製造し、400G PAM4を理論から実践に移行しています。50G PAM4または100G PAM4に基づく400Gは、確かに次世代イーサネットの基本レートになり、その高いパフォーマンスと可能性で際立っています。

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