PAM4: узнайте 400G Ethernet здесь | FS Сообщество
Отмена
https://media.fs.com/images/community/uploads/post/202204/27/post26-1577670580-erde7df76b-ymcnhiderf.jpg

PAM4: узнайте 400G Ethernet здесь

Larry

Переводчик Сергей Милованов
27 апрель 2022 г.

По мере того, как в нашем обществе растет потребность в данных, причем не только в большем количестве данных, но и в более высоких скоростях передачи данных, старая NRZ модуляция становится все неадекватными. А поставщики услуг центров обработки данных могут обеспечивать интерфейс с более быстрой скоростью через 400G Ethernet сеть, основанную на 4-уровневой амплитудно-импульсной модуляции(PAM4 модуляция). PAM4 модуляция очень важна для построения 400G Ethernet сети. В этой статье представлены определение и приложений PAM4.


Понимание PAM4 модуляции

PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulation) - это технология модуляции, что подходит для высокоскоростного межсоединения сигналов в дата-центре следующего поколения, который прокладывает путь к 400G Ethernet в ЦОД.

Сигнализация PAM4 относится к 4-уровневой амплитудно-импульсной модуляции, которая является одним из видов модуляции PAM. В PAM4 модуляции, бит имеет четыре уровня амплитуды, два бита сгруппированы в один символ. Скорость передачи данных в бодах передает два бита за интервал передачи. Два бита могут быть 00, 01, 10 или 11, как показано на следующем рисунке. PAM4 модуляция (амплитудно-импульсная модуляция с четырьмя уровнями амплитуды) позволяет увеличивать пропускную способность при неизменной полосе. Другими словами, это говорит о том, что возможно увеличить пропускную способность путем использования передовой технологии модуляции PAM4 для увеличения скорости передачи данных без необходимости конфигурировать ЦОД с большим количеством волокон. Фактически, сигнал PAM4 был принят как альтернативный тип модуляции при создании 100G Ethernet. 400G Ethernet может быть реализован с четырьмя линиями PAM4 (8×50 Гбит/с). Это эффективно удваивает скорость передачи данных в сети, позволяя использовать 400G PAM4 модуляцию для передачи на короткие и большие расстояния. Однако, он не был введен в использовании из-за более высокой стоимости и незрелости техники. PAM4 на 25Gbaud и 50Gbaud в настоящее время доступны на рынке для новых приложений в ЦОД.

NRZ vs PAM4.jpg

Зачем использовать PAM4 модуляцию в 400G Ethernet?

PAM4 модуляция не был применен была примена в 400G сразу. 400G IEEE 802.3bs представляет собой один из начальных стандартов 200G/400G, что стандартизировал интерфейс 400G SR16 с использованием 25 Гбит/с NRZ. В ранней версии 400GBASE SR16 использовалась зрелый 25 Гбит/с VSCEL на основе традиционой схемы модуляции NRZ для достижения расстояния до 100м путем увеличения параллельности с 4 оптических каналов для 100G до 16 оптических каналов для 400G. Но применение требует большого количества волокон, так что это не экономически выгодный вариант. Кроме того, 16 оптических каналов для параллельной передачи явно требуют большого размера и энергопотребления, что не подходит для приложения 400G Ethernet в ЦОД. Таким образом, интерфейсы 400G SR16 не предполагается развертывать на рынке.

Но поскольку пропускная способность NRZ требует в два раза больше, чем PAM4 модуляция для одних и тех же данных по всему, и скорость передачи данных 25 Гбит/с на каждую полосу с использованием сигнализации NRZ уже достигла своего предела, когда обсуждался стандарт 400GE IEEE 802.3bs, PAM4 модуляция была предложена вместо NRZ. Предложение было принято в конце концов после анализа и сертификации.

Преимущество PAM4 модуляции

Стандарт 400G LR8/FR8 становится первым стандартом интерфейса 400G PAM4, а затем модуляция PAM4 широко применяется в модулях 400G. Вместо использования 16 25G скорость передачи в бодах NRZ для 400G Ethernet, модуляция PAM4 предлагает путь от 100G Ethernet с использованием 4×25G скорость передачи в бодах до 400G Ethernet через архитектуру со скоростью передачи в бодах 8×25G, что означает линии связи 400G Ethernet через решение с 8×50G битовой скоростью, что снижает стоимость волокон и потери соединения.

PAM4 сигнал vs NRZ сигнал

Высокая пропускная способность: cигнализация NRZ использует два уровня сигнала, на которых положительное напряжение определяет бит 1, а нулевое напряжение определяет бит 0. 1 бит сигнала передается во время тактового цикла. В PAM4 cигнализации, бит имеет четыре уровня амплитуды, два бита сгруппированы в один символ. Скорость передачи данных в бодах составляет половину скорости передачи битов. Например, 28 бод PAM4 соответствует 56 NRZ. Таким образом, PAM4 обеспечивает вдвое большую пропускную способность, используя половину пропускной способности по сравнению с NRZ.

Низкая частота ошибок по битам: в PAM4 модуляции одновременно могут происходить два перехода. Эти переходы могут привести к двум ошибкам в каждом символе. Если стандартная сигнализация PAM-4 преобразуется в код Грея, то частота ошибок по битам снижается до одного бита на символ, и общая частота ошибок по битам уменьшается вдвое.

Низкая потеря сигнала: при более высокой скорости передачи данных потери канала будут увеличиваться, и те же технологии канала не могут использоваться для более высокой пропускной способности. Поскольку скорость передачи данных PAM4 составляет только половину скорости сигнала NRZ, потери сигнала ниже при том же битовом режиме.

PAM4 модуляция в приложениях модулей 400G

Оптические интерфейсы 400G используют 4×100G PAM4 или 8×50G PAM4, которые были стандартизированы рабочими группами IEEE, представлены на следующем графике:

Cтандарт Тип модуля Расстояние связи Тип носителя Дорожки Ограждающие
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
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
400GBASE-LR4 10km SMF 4× 100G PAM4

Заключение

PAM4 модуляция является тенденцией развития высокоскоростных интерфейсов межсоединений, продвигая ЦОД на скорости до 400G. По мере того как рынок переходит к PAM4 на основе модуляции, все больше производителей микросхем и поставщиков трансиверов производят новые продукции 400G с использованием PAM4 модуляции, переводя 400G PAM4 из теории в практику. 400G на основе 50G PAM4 или 100G PAM4, безусловно, станет базовой скоростью Ethernet следующего поколения и будут выделяться своей высокой эффективностью и возможностями.

2.1k

Вас также может заинтересовать