800G光模塊技術(shù)背景

對(duì)于800G光模塊接口技術(shù)，有兩個(gè)主要的組織，一個(gè)是800G Pluggable MSA工作組，另一個(gè)是QSFP-DD800 MSA?；?00G Pluggable MSA工作組發(fā)布的800G技術(shù)白皮書(shū)，其主要應(yīng)用場(chǎng)景是基于數(shù)據(jù)中心下的SR 百米級(jí)左右場(chǎng)景的8x100G解決方案、FR約2km場(chǎng)景的4x200G解決方案，以及在DR 約500m場(chǎng)景下800G可能的解決方案。今天要解讀的是SR場(chǎng)景下的8x100G技術(shù)。

當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)主要可以派生出兩種主要體系結(jié)構(gòu)：

一種是超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心3層結(jié)構(gòu)，各層之間呈一定的收斂比，比如說(shuō)3：1，而在Spine層之上，通過(guò)ZR類(lèi)型的相干光互連方案來(lái)實(shí)現(xiàn)與其它數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)，如下圖所示。這個(gè)結(jié)構(gòu)是一個(gè)流量融合的網(wǎng)絡(luò)，通常取決于服務(wù)要求與Capex優(yōu)化之間的平衡。

另一種是基于AI集群的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)2層體系結(jié)構(gòu)，如下圖所示。它的層級(jí)比第一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要少，層與層之間沒(méi)有收斂，也意味著大數(shù)據(jù)的流量更大。這種結(jié)構(gòu)下每個(gè)Leaf直接對(duì)接服務(wù)器接口，但流量交互就要小的多。同時(shí)，它的部署速度也要比第一種結(jié)構(gòu)要快，幾乎沒(méi)有任何的流量融合。

那么以上結(jié)構(gòu)在什么情況下要800G的接口需求？按照白皮書(shū)的建議：在第一種典型的結(jié)構(gòu)中，如果Server到TOR之間的速率達(dá)到200G，那么再往上就得上800G（4x200G）。對(duì)于第二種數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)場(chǎng)景，當(dāng)Server到Leaf的數(shù)量流量達(dá)到2x200G時(shí)，Leaf層往上才能用到800G寬帶接口。

另外，在以上兩種結(jié)構(gòu)中，業(yè)務(wù)到Leaf的距離通常是機(jī)架內(nèi)4m/跨機(jī)架20m，TOR到Leaf層大約在60m-100m，而Leaf層到Spine通常在500m-2km不等，最后Spine到DCI以及之間的互聯(lián)在80km-120km左右。如文章開(kāi)頭所說(shuō)，MSA要解決的其一就是SR場(chǎng)景下800G接口技術(shù)，也就是覆蓋100m左右的SR 8x100G技術(shù)，其二是要解決500m-2km的FR與DR場(chǎng)景。

SR場(chǎng)景下的8x100G技術(shù)分析

對(duì)于MSA或者相關(guān)廠商來(lái)說(shuō)，它們的目標(biāo)都是開(kāi)發(fā)出低成本的8x100G光模塊，而這種低成本的思路是定義一種通過(guò)高度集成的方式使成本線性下降的發(fā)射機(jī)技術(shù)。對(duì)于當(dāng)前潛在的交換機(jī)端口不斷增長(zhǎng)，每個(gè)機(jī)架服務(wù)器數(shù)量不斷減少的趨勢(shì)，也可以通過(guò)低成本的800G S提供串行100G服務(wù)器連接來(lái)支持。傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)是通過(guò)支持30-50m的VCSEL多模傳輸技術(shù)，而MSA側(cè)是基于100G PAM4技術(shù)的單模光纖互連，不再采用基于VCSEL的多模方案，而是采用并行單模SMF傳輸PSM8，調(diào)制格式為PAM4的方式（內(nèi)置DSP芯片）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)800G SR場(chǎng)景需求，如下圖所示。

為了保證基于單模SMF下800G-SR8的低成本和功耗優(yōu)勢(shì)，MSA為800G-SR8定義合理的PMD層標(biāo)準(zhǔn)確立了三個(gè)方面的原則：

• 多種方案的發(fā)射機(jī)技術(shù)，如DML,EML及硅光SiPh；
• 器件所有的潛能都能被充分利用，以達(dá)到目標(biāo)鏈路性能；
• 只要滿足可靠的鏈路性能，盡可能放松PMD層的參數(shù)指標(biāo)。

基于SMF的800G-SR8的解決方案的功率預(yù)算與IEEE 400G-SR8中定義的相似，區(qū)別在于新增PSM8連接器的插損，即基于當(dāng)前400GE DSP ASIC以及成熟的光學(xué)電子元件就可以保障SR8的功率預(yù)算。除此以外，800G-SR8 PMD的最大挑戰(zhàn)就在于找到合適的發(fā)射機(jī)光調(diào)制幅度（OMA)，消光比（ER)，發(fā)射機(jī)眼圖閉合代價(jià)（TDECQ)以及接收機(jī)靈敏度。MSA工作組通過(guò)對(duì)比不同的發(fā)射機(jī)的BER性能，以找到合適的這些參數(shù)指標(biāo)，如下圖所示。

（a）采用商用400G DSP芯片測(cè)試的EML發(fā)射機(jī)的BER與OMA結(jié)果；

（b）采用商用400G DSP芯片測(cè)試SiPh發(fā)射機(jī)的BER與OMA結(jié)果；

（c）采用商用400G DSP芯片測(cè)試DML發(fā)射機(jī)的BER與OMA結(jié)果。

以上比較都是基于400G DSP芯片上的測(cè)試結(jié)果。其中a和b方案已經(jīng)廣泛討論，c方案中DML的BER性能表明，在這種情況下，OMA的靈敏度與EML,SiPh的靈敏度相當(dāng)。考慮到SiPh的發(fā)射功率較低，以及三種方案的靈敏度都?jí)蚋撸梢赃m當(dāng)放寬800G-SR8中的最低OMA要求。同時(shí)考慮SR場(chǎng)景下靈敏度要求相對(duì)較低，以及800G模塊的功耗限制，MSA也建議使用低復(fù)雜的DSP模式。另一個(gè)參數(shù)是誤碼率ER，它也與功耗直接相關(guān)，通常情況下只要ER不會(huì)影響鏈路的可靠性，ER越小越好。

基于以上分析，在800G-SR方案中，基于SMF單模的低成本和功耗的解決方案也是可行的。下回看一看4x200G的解決方案。