Распаковка синергии PAM4 и интегрированных оптических модулей

Мощная комбинация приводов современных высокоскоростных центров обработки данных: технология pam4 и интегрированные оптические модули. Такие приложения, как ИИ и высокопроизводительные вычисления, создают огромный спрос на более высокую пропускную способность. Решение является двойным. Сигнал PAM4 эффективно удваивает скорость передачи данных, а высокая степень интеграции делает физически возможной требуемую архитектуру сети 400g. Эта синергия подпитывает рынок, который, по прогнозам, достигнетМиллиарды в стоимости.

Итак, как PAM4 и интеграция работают вместе, чтобы решить головоломку 400G?🧩

Ключевые выходы

• Технология PAM4 удваивает скорость передачи данных. Он отправляет два бита данных одновременно. Это помогает сетям обрабатывать больше информации.
• Интегрированные оптические модулиУпаковать много деталей в одно маленькое устройство. Это делает возможными сети 400G. Это экономит пространство и электроэнергию.
• PAM4 иИнтегрированные модулиРаботать вместе. Они делают центры обработки данных быстрее и эффективнее. Это помогает с ИИ и большими данными.
• Эта технология позволяет больше соединений в небольшом пространстве. Это также снижает стоимость за гигабит. Это способствует росту центров обработки данных.
• Эти модули готовят сети к будущему. Они облегчают обновление до 800G и более высокие скорости. Это защищает сетевые инвестиции.

Основные технологии: PAM4 и интеграция

Чтобы понять решение 400G, мы должны взглянуть на его два основополагающих столпа. Первый-это продвинутый метод сигнализации. Второй-чудо миниатюрной инженерии. Вместе они обеспечивают беспрецедентную скорость в компактном и эффективном корпусе.

Понимание технологии PAM4

Традиционные сети использовали простой метод, называемый Non-Return-to-Zero (NRZ). Он отправляет один бит данных (0 или 1) за цикл сигнала. Технология pam4, или 4-уровневая импульсная амплитудная модуляция, является гораздо более продвинутой. Он используетЧетыре различных уровня сигнала для кодирования двух битов данных(00, 01, 10 или 11) в том же цикле. Это мгновенно удваивает скорость передачи данных без необходимости увеличения пропускной способности.

Однако, эта скорость приходит с проблемой. Сжатие четырех уровней в одно и то же пространство напряжения делает сигнал pam4 намного более чувствительным к шуму. Это приводит кБолее низкое отношение сигнал/шум (SNR), Со штрафом за производительность около9,5 дБПо сравнению с НРЗ.

Вы можете визуализировать эту разницу с помощью диаграммы глаз.Сигнал NRZ создает один большой открытый «глаз», показывая, что он устойчив к шуму. Сигнал pam4 создает три меньших, сложенных «глаза», указывая на гораздо меньший предел для ошибки.

Чтобы преодолеть это, технология pam4 полагается на мощный цифровой сигнальный процессор (DSP) для выполненияПрямое исправление ошибок (FEC). FEC добавляет избыточные данные к сигналу, позволяя приемнику обнаруживать и исправлять ошибки на лету, гарантируя, что связь остается стабильной и надежной.

Роль высокой интеграции-

Высокая интеграция-это то, что делает современные модули 400G физически возможными. Он включает в себя упаковку всех основных оптических и электрических компонентов в один крошечный трансивер. Этот процесс во многом обеспечивается благодаряКремниевая фотоника, которая использует методы производства зрелых полупроводников (CMOS)Построить оптические детали на кремниевой пластике. Этот метод позволяет дляТестирование на уровне пластин и снижает затраты за счет эффекта масштаба.

Ключевые компоненты, интегрированные в единый модуль, включают:

• ЛазерыДля создания светового сигнала.
• МодуляторыКодировать данные на свет.
• Ge/Si фотодетекторыЧтобы преобразовать полученный свет обратно в электрический сигнал.
• АЦифровой сигнальный процессор (DSP)Для управления сложным сигналом.

DSP-это мозг операции. Он выполняет важные функции, такие какИсправление ошибок, выравнивание сигнала для компенсации искажений и восстановление тактовых импульсов. Для этих расширенных функций необходимы ведущие решения. Как партнер по решениям, назначенный HiSilicon,Нова Технология Компания (HK) Limited)Специализируется на использовании этих мощных возможностей DSP для предоставления надежного и надежного сетевого оборудования. Эта тесная интеграция компонентов является ключом к производству компактных, энергоэффективных и экономичных модулей 400G.

Ключевые преимущества PAM4-Integration Синергия

Партнерство между сигнализацией PAM4 и интегрированной оптикой обеспечивает больше, чем просто лежачий полицейский. Это создает мощный набор преимуществ, которые непосредственно касаются основных проблем современных центров обработки данных.Эта синергия разблокируетБолее высокая пропускная способность сети обеспечивает практический баланс ключевых операционных показателей и прокладывает четкий путь для будущего роста.

Более высокая плотность и емкость сети

Самым непосредственным преимуществом является значительное увеличение плотности сети. Интегрированные модули упаковывают возможности 400G вКомпактные форм-факторы вроде QSFP-DD. Это позволяет производителям коммутаторов создавать оборудование с невероятной пропускной способностью в небольшом физическом пространстве. Один коммутатор 1RU теперь может обеспечивать огромную коммутационная способность.

• Переключатель Top-of-Rack (ToR) может предложить8,0 терабит в секунду (Тбит/с).
• Переключатель позвоночника большего размера может обеспечить общую коммутационная способностьДо 25,6 Тбит/с.

Этот скачок в потенциале еще более усиливается за счетПрорывная способность модулей 400G. Режим прорыва позволяет разделить один высокоскоростной порт 400G на несколько низкоскоростных каналов, таких как четыре отдельных канала 100G. Эта функция имеет важное значение для гибкого и эффективного проектирования сети.

Конфигурации коммутации позволяют подключаться между сетевыми устройствами с различной скоростью порта. Переключатель с портами 400G может подключаться к нескольким серверам с портами 100G. Этот подход оптимизирует использование полосы пропускания и увеличивает количество соединений, которые может поддерживать один коммутатор.

Влияние на плотность портов является значительным. Переключатель, предназначенный для функции прорыва, может поддерживать гораздо больше нисходящих каналов связи по сравнению с традиционным дизайном, что обеспечивает гораздо более эффективныйРазвертывание с высокой плотностью.

В конечном счете, эта технология уменьшает общее количество требуемых оптических волокон, разъемов и коммутационных панелей. Это упрощает управление сетью и приводит к значительной экономии средств.

Балансировка производительности, мощности и стоимости

Скорость важна, но операторы центров обработки данных также должны управлять затратами и энергопотреблением. СинергияТехнология PAM4И интеграция дает сильное экономическое дело.Стоимость за гигабит для оптики 400G существенно ниже, чем у предыдущих поколений.

Это снижение затрат идет с компромиссом: более высоким энергопотреблением.Один модуль 400G может потреблять до 15 Вт мощности.. Управление теплом, выделяемым десятками этих модулей в коммутаторе, является серьезной инженерной задачей. Различные форм-факторы предлагают разные решения.Например, форм-фактор OSFP включает в себя встроенный радиатор для лучшей обработки тепловых нагрузок, что делает его подходящим для самых требовательных приложений, таких как кластеры AI.ОбработкаТрафик с низкой задержкой.

Два ведущих форм-фактора, QSFP-DD и OSFP, Представить различные подходы к этому балансу.

Выбор между ними зависит от конкретных потребностей центра обработки данных, уравновешивая плотность порта с тепловым оголовкой.

Включение обновлений сети Future-Proof

Внедрение технологии 400G-это не просто краткосрочное решение. Это стратегический шаг, который готовит сети к будущему. Одной из ключевых особенностей являетсяОбратная совместимость. ПопулярныйQSFP-DD форм-фактор предназначен для работы со старыми модулями QSFP28 (100G). Это позволяет сетевым операторам модернизировать свои основные коммутаторы до 400G, постепенно перенося серверы и другие конечные точки с течением времени.

Что еще более важно, базовая технология 400GPAM4Модули прокладывает путь для 800G и далее.Эти модули часто используют электрический интерфейс 100G-per-lane. Модуль 800G можно построить, просто используя восемь из этих полос 100G. Это создает прямой и логичный путь обновления, защищая первоначальные инвестиции.

Отраслевые органы по стандартизации формализовали этот путь.

• IEEE 802.3ckОпределяет стандарты для электрических полос 100G.
• The OIF (оптический межсетевой форум)И различныеСУУ (соглашения с несколькими исходными коами)Разрабатывают спецификации для модулей 800G и даже 1,6 T.

Заглядывая еще дальше, отрасль готовится к пределам подключаемой оптики.Поскольку пропускная способность коммутатора приближается к 51,2 Тбит/с и выше, Новая технология под названиемСовместно упакованная оптика (CPO)Станет необходимым. CPO интегрирует оптический движок непосредственно в тот же корпус, что и микросхема коммутатора, решая будущие проблемы мощности и целостности сигнала.

Нынешнее поколениеPAM4Интегрированные модули обеспечивают основу сегодня, в то время как CPO представляет собой следующий логический шаг в эволюции сетей центров обработки данных.

Практическое применение в центрах обработки данных

Синергия между передовой сигнализацией и интеграцией не только теоретическая. Это напрямую позволяет создавать мощные и масштабируемые сетевые проекты, на которые полагаются современные центры обработки данных. Эти технологии являются строительными блоками для всего, от внутренних серверных стоек до соединений между целыми кампусами центров обработки данных.

Архитектуры позвоночника-листьев

Большинство современных центров обработки данных используют топологию «позвоночник-лист». Такая конструкция обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку между любыми двумя точками в сети. Компактный форм-фактор является основным компонентом для построения позвоночника и листовых слоевАрхитектура сети 400g.

Для коротких каналов связи, таких как подключение серверов к коммутатору Top-of-Rack, сетевые инженеры часто развертывают модули 400G-SR8. Эта оптика являетсяЭкономически эффективное решениеДля расстояний до100 метров.

• Они используют восемь параллельных полос, каждая из которых работает со скоростью 50 Гбит/с.
• Для этой конструкции требуются MPO-16 оптоволоконные кабели.
• Они идеально подходят для новых центров обработки данных, где можно эффективно планировать прокладку кабелей.

Для соединений лист-к-позвоночник, модули 400G-DR4 популярный выбор. Эти модули используют четыре параллельных 100GPAM4Полосы движения, а также может работать в режиме прорыва, чтобы обеспечить четыре отдельных соединения 100G. Эта гибкость имеет решающее значение вКластеры высокопроизводительных вычислений (HPC) и AI, Где одному серверу GPU нужен массивныйВысокоскоростной оптический интерконнект. КакHiSilicon-назначенный партнер по решениям,НоваТехнологическая компания (HK) Limited)Предоставляет эти передовые оптические решения DR4, обеспечивающие надежные и масштабируемые сетевые ткани с искусственным интеллектом.

Соединение центров обработки данных (DCI)

Межкомпонентные соединения центров обработки данных (DCI)-это соединения, которые соединяют отдельные здания центров обработки данных, часто в милях друг от друга. Для этих больших расстояний, различные типы интегрированных модулей необходимы. Выбор полностью зависит от требуемой досягаемости.

Для еще более длинных линий DCI протяженностью до 120 км отрасль быстро принимает когерентную оптику 400ZR и 400ZR. Эти модули представляют собойМежсоединение центра обработки данных следующего поколения, Упаковывая сложную обработку сигналов в подключаемый форм-фактор. Рынок этой технологии быстро расширяется, подготавливаяЦентр обработки данных следующего поколенияДля будущих потребностей.

Ожидается, что рынок 400ZR/ZR + будет расти с совокупным годовым темпом роста (CAGR) на 18,7% с 2025 по 2033 год. Ожидается, что объем рынка увеличится с 1,43 млрд долларов США в 2024 году до примерно 6,12 млрд долларов США к 2033 году, что обусловлено взрывным ростом облачных сервисов.

---

Синергия между сигнализацией PAM4 иИнтегрированная оптикаЭто фундаментальная необходимость для современных центров обработки данных. Это мощное партнерство обеспечивает скорость, плотность и масштабируемость, необходимые для обработки огромных нагрузок данных. Технологическая основа, построенная для 400G, напрямую прокладывает путь для скоростей 800G и 1,6 T. Эта эволюция будет поддерживать центр обработки данных следующего поколения и будущие приложения, такие какДополненная реальность и Интернет вещей (IoT). Отраслевые группы уже разрабатывают новые стандарты для преодоления будущих проблем, таких какЭнергопотребление и сложность изготовления.

Часто задаваемые вопросы

В чем основное различие между PAM4 и NRZ?

Технология NRZ отправляет один бит данных (0 или 1) на сигнал. Технология PAM4 более продвинутая. Он посылает два бита данных (00, 01, 10 или 11) в одном и том же сигнале. Этот метод эффективно удваивает скорость передачи данных без использования большей полосы пропускания.

Почему DSP необходим для сигналов PAM4?

Сигналы PAM4 очень чувствительны к шуму. Цифровой сигнальный процессор (DSP)-это мозг, который решает эту проблему. Он использует Forward Error Correction (FEC) для поиска и исправления ошибок данных. Это гарантирует, что сетевое соединение остается стабильным и надежным, несмотря на чувствительность сигнала.

Как центры обработки данных выбирают между QSFP-DD и OSFP?

Выбор уравновешивает плотность и потребности в охлаждении.

• QSFP-DDОбеспечивает более высокую плотность портов и обратную совместимость. Он идеально подходит для сетей общего назначения.
• OSFPОбеспечивает лучшие тепловые характеристики для мощных модулей. Он подходит для требовательных кластеров AI и HPC.

Что режим «прорыва» делает для порта 400G?

Режим прорыва позволяет разделить один высокоскоростной порт на несколько низкоскоростных каналов. Например, один порт 400G может стать четырьмя отдельными каналами 100G. Эта функция обеспечивает большую гибкость при подключении различных сетевых устройств и улучшает использование порта коммутатора.