适用于400G超大规模数据中心的互连方案

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PAM4技术

封装形式的选择

解决方案

为了实现更高的吞吐量，未来社会海量的现实数据业务促使数据中心向更高速率的400Gb/s互联网络演进。

出于对成本的考量，数据中心运营商需要低功耗、高密度的光互连部署：

功耗方面，他们希望400G的产品功耗仅为100G现有模块的2.5倍甚至更少；

封装尺寸方面，需要达到器件的体积更小、交换机内部的互联密度更高的要求。

PAM4技术

为了支持400Gbit/s速率传输，有一种被业界普遍接受的方案是使用PAM调制的4通道X100Gbit/s/λ传输，这种方法可以降低收发机的设计复杂度和能量功耗；另外一些单通道100Gbit/s的方案相继被提出。

值得注意的是，相对于基于外部调制的马赫曾德调制器(MZM), 使用电吸收光调制器(EML)、直接调制激光器(DML)的内调制方案成本较低，设计也更为简单。

但是，对于PAM4方案有两方面的瓶颈限制了系统的性能：光电设备的调制带宽限制造成了链路的灵敏度问题，调制、解调过程中会产生非线性损伤等。数字信号处理(DSP)方法被提出用以解决这两种限制，例如判决反馈均衡、非线性沃尔泰拉均衡等。

如下图的自适应线性均衡器，通常可用于实现噪声和回声消除、正弦抑制、均衡等作用。

封装形式的选择

400G光学元件比100G光学元件需要更多的功率，其中许多光学元件不适用于现有的QSFP光学元件。根据400G光学技术的规定，400G光收发模块的初始功率范围在7.5瓦到15瓦之间。

当前支持400Gb/s以太网链路的高密度可插拔光收发器主要包括两种封装类型

QSFP-DD（四通道小型可插拔-双密度）封装支持每通道50Gb/s的PAM4信号传输，提供高达400Gb/s的以太网解决方案。

OSFP（八路小型可插拔）支持8X50Gb/s的传输形式，用于400Gb/s的以太网。

QSFP-DD可在单个交换机插槽中实现高达14.4Tbps的总带宽，支持数据中心流量的持续增长；并且使用QSFP-DD模块设计的系统将向后兼容，允许支持现有的QSFP模块，为用户和系统设计人员提供了灵活性。

OSFP具有八个高速通道，比QSFP略宽和深，需要选用更高功率的光学引擎，相比于QSFP-DD适用于机架顶端到核心交换机的一对一连接场景，OSFP在远程连接上拥有较大优势。

◮两个不同的QSFP-DD插头连接器端

解决方案

面向下一代200G/400G数据中心的互连，易飞扬(Gigalight)可提出一整套的解决方案。目前我们基于PAM4调制和DSP技术研制出400G QSFP-DD AOC产品，在封装形式上，我们选择QSFP-DD作为我们未来的技术路径。

◮

下一代数据中心的基本架构

下一代云数据中心网络架构主流为三层：

超核心交换机(Spine Core)

模组核心交换机(Edge Core)

架顶交换机(ToR)

从接入交换机到服务器网卡NIC, 传输距离一般小于5m。200G方案采用25G/50G DAC/AOC互连，400G方案采用50G/100G DAC/AOC互连。

从架顶交换机(ToR)到模组核心交换机(Edge Core), 传输距离小于100m, 可以用光模块+MPO, 更多用AOC。400G方案采用400G QSFP DD AOC, 8x53Gbps PAM4调制技术。

从模组核心交换机(Edge Core)到超核心区交换机(Spine Core), 传输距离小于2Km，采用FR4, DR4光模块。400G方案的光模块有400G QSFP-DD DR4, 400G QSFP-DD FR8, 400G QSFP-DD FR4.

易飞扬(Gigalight)已在现有的产品基础上研发生产出一部分400G产品，进一步完善了数据中心互连体系。在接下来的一段时间还将研发生产出中长距离的400G LR4以及基于相干技术的400G ZR产品。