通往400G光網(wǎng)絡(luò)的道路

永不滿足——這個(gè)詞非常恰當(dāng)?shù)孛枋隽巳蚪K端用戶不斷增長(zhǎng)的帶寬需求。然而，一旦我們準(zhǔn)備好超越100G并擁抱200G的潛力，對(duì)于光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的許多人來說，400G已經(jīng)成為一種必需品。

看看一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：光是閱讀報(bào)告就顯示，僅在2017年，全球視頻流時(shí)間就增長(zhǎng)了100%以上。隨著更廣泛的電信領(lǐng)域期待在虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能甚至5G領(lǐng)域?qū)嵤┬碌膭?chuàng)新，400G所提供的速度和容量需求將相應(yīng)激增，尤其是對(duì)于數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等短期使用情況。在這篇博客中，我們將從更高的層次來審視PAM4，這是一種使短距離400G網(wǎng)絡(luò)成為可能的調(diào)制方案，并討論這項(xiàng)技術(shù)將如何塑造我們所知道的光網(wǎng)絡(luò)的未來。

成本效益驅(qū)動(dòng)啟用PAM4的400G

長(zhǎng)期以來，網(wǎng)絡(luò)工程師一直在使用1G、10G和25G的不歸零（NRZ）調(diào)制，使用主機(jī)端前向糾錯(cuò)（FEC）來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。為了從40G到100G，業(yè)界簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)向了10G/25G NRZ調(diào)制的并行化，同時(shí)也利用主機(jī)端FEC來實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的距離。當(dāng)達(dá)到200G/400G和更快的速度時(shí)，這些標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)不再具有成本效益。因此，光網(wǎng)絡(luò)工程師轉(zhuǎn)向PAM4調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)這些超高帶寬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

基本上，PAM4是一種調(diào)制方案，它將兩個(gè)比特組合成一個(gè)具有四個(gè)幅度電平的符號(hào)。這有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率，使400G的短途傳輸成為可能。因此，它有效地滿足了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)NRZ根本無法提供的具有成本效益的解決方案的需求。而且，對(duì)于那些想知道400G的相干技術(shù)潛力的人，這是我們計(jì)劃下次再討論的話題。不過，目前這種調(diào)制技術(shù)還不能完全與PAM4相媲美，因?yàn)樗m合長(zhǎng)途400G網(wǎng)絡(luò)。重點(diǎn)是，對(duì)于短途400克，PAM4是一種必需的設(shè)備，多年來將作為光網(wǎng)絡(luò)的骨干。

部署時(shí)間表：為400G升級(jí)網(wǎng)絡(luò)

盡管PAM4使光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商能夠追求短程400G傳輸，但它確實(shí)會(huì)對(duì)信噪比（SNR）造成損害。這就是為什么傳輸距離變短，在長(zhǎng)達(dá)10公里的范圍內(nèi)。同時(shí)，F(xiàn)EC也有更大的需求來減輕信號(hào)完整性的損失。盡管傳輸距離較短，但PAM4并不一定意味著需要更多設(shè)備。然而，它確實(shí)要求在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中需要更多的信號(hào)處理、更多的糾錯(cuò)和更高性能的組件。

能夠達(dá)到400G的光收發(fā)器也往往比100G及更小的光收發(fā)器需要更多的功率。我們還看到需要新一代網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，支持PAM4的400G收發(fā)器可以插入其中。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)400G傳輸?shù)呐d趣仍然很高，但我們可能還需要一段時(shí)間才能看到這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

事實(shí)上，幾個(gè)月前，F(xiàn)acebook表示，盡管用戶需要帶寬，但它還沒有準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)換到400G。該公司給出的理由是，在團(tuán)隊(duì)看來，該技術(shù)尚未準(zhǔn)備好進(jìn)行大規(guī)模部署。然而，與此同時(shí)，At&T正忙于投資將其網(wǎng)絡(luò)升級(jí)至400G，以支持5G承諾產(chǎn)生的前所未有的流量浪潮。從5G的角度來看，我們預(yù)計(jì)隨著運(yùn)營(yíng)商/服務(wù)提供商希望利用日益增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化，短途400G數(shù)據(jù)中心互連將變得尤為突出。盡管400G尚處于起步階段，但必須滿足全球網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)帶寬的需求。因此，Precision OT團(tuán)隊(duì)正準(zhǔn)備推出新的400G光學(xué)收發(fā)器，以滿足對(duì)高質(zhì)量下一代光學(xué)器件日益增長(zhǎng)的需求。

目前，工程師正在使用兩種不同的形狀因子（QSFP-DD和OSFP）測(cè)試400G光收發(fā)器。我們的QSFP-DD收發(fā)器類似于QSFP光學(xué)器件，但有一排額外的觸點(diǎn)，允許8個(gè)電氣數(shù)據(jù)通道。因此，這種收發(fā)器模型將支持網(wǎng)絡(luò)流量的持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)仍然向后兼容現(xiàn)有的QSFP光學(xué)器件。

我們的另一個(gè)收發(fā)機(jī)模型是基于OSFP形狀因子的，它使用了一個(gè)新的硬件標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)更好的熱管理。與QSFP收發(fā)器相比，OSFP型號(hào)略高、略寬，能夠處理高達(dá)800G的前瞻性數(shù)據(jù)速率。與QSFP-DD形狀因子一樣，OSFP光學(xué)器件還采用8個(gè)數(shù)據(jù)通道進(jìn)行PAM4調(diào)制，為希望采用400G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供了一個(gè)有效的選擇。