未来数据中心网络的创新光互连解决方案

随着应用场景的发展,企业对数据中心网络及光模块的需求也在不断变化。对于长距离波分复用应用,企业优先考虑性能,追求更长的传输距离和更高的光谱效率。相比之下,对于数据中心内部的短距离应用,企业更注重成本,关注距离、体积和功耗等因素。

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英特尔联合创始人戈登·摩尔提出了摩尔定律,该定律预测集成电路上的晶体管数量每18个月将实现翻倍,这一原则指导了半导体行业超过五十年。类似地,在光电子领域,“光学摩尔定律”指出,短距离光模块大约每4年会经历显著的技术进步,从而使每比特的成本和功耗减少一半。

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为了实现更高的数据传输速率,光模块通常采用三种策略:提升光模块速率(更高的波特率)、增加通道数量(多通道)以及采用先进的调制技术。这些方法有助于降低每比特的传输成本,从而满足“光学摩尔定律”的要求。

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采用PAM4高级调制技术

PAM4(4阶脉冲振幅调制)技术是一种高效的调制方法,显著提高了光模块的带宽利用率。PAM4信号在传输领域正逐渐取代NRZ(不归零)编码方法,应用广泛。 NRZ信号使用两个信号电平,高电平和低电平,分别表示数字逻辑信号1和0,每个时钟周期传输1比特的信息。相比之下,PAM4信号使用4个不同的信号电平,可以在每个时钟周期传输2比特的信息,表示为00、01、10和11。因此,在相同的波特率下,PAM4信号的比特率是NRZ信号的2倍,显著提高了传输效率并降低了成本。 在400G光模块中采用PAM4调制技术将提升传输效率,并有助于降低光模块的成本。

增加通道数量(多通道)

历史数据表明,超过8个通道的解决方案(如10/16个通道)可能面临通道产量和可靠性方面的挑战,难以成为主流解决方案。经济高效的多通道架构通常依赖于x4或x8配置。 例如,基于4x25G架构的100G CWDM4和100G SR4光模块已成为上一代数据中心光互连的主流解决方案。

更高波特率的光电芯片

数据中心的100G光模块基于25Gbaud光电芯片产业链(DML、VCSEL),采用NRZ信号,在4通道架构下实现了广泛的市场应用。目前,25Gbaud光电芯片(DML、EML、VCSEL)正朝向更高的56Gbaud波特率发展。56Gbaud EML 产业链已经成熟,而56Gbaud DML和VCSEL仍在研发中。

数据中心网络中的芯片需求

应用场景

100G解决方案

400G解决方案

TOR到叶架构(100m)

100G SR4 4通道:25GbaudVCSEL+NRZ

400G SR8

8通道:25Gbaud VCSEL+PAM4

叶架构到脊结构(500m)

100G PSM4/CWDM4 4通道:25Gbaud SiP/DML+NRZ

400G DR4

4通道:56Gbaud EML/SiP+PAM4

叶架构到脊结构(2km)

100G CWDM4 4通道:25Gbaud DML+NRZ

400G FR4/DR4+

4通道:56Gbaud EML/SiP+PAM4

结论

展望未来,随着持续的技术创新和进步,我们预计将会出现更多突破性的光互连解决方案,为数据中心网络提供出色的性能并实现总拥有成本降低。选择合适的数据中心网络解决方案至关重要。飞速(FS)提供可靠的数据中心网络解决方案和高质量的数据中心光模块。

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