NRZ, PAM4, dan DSP: retimer, gearbox, LPO, koheren

Hingga 25G per lane, transceiver memindahkan bit dengan menyalakan dan mematikan laser lalu membaca hasilnya dengan komparator. Di atas itu, optik tidak bisa lagi dipercepat secara murah, sehingga industri membuat setiap simbol membawa lebih banyak informasi — PAM4 — dan memasang prosesor sinyal digital di dalam modul agar bentuk gelombang empat-level yang berisik dapat dibaca. DSP kini mendominasi daya, biaya, dan latensi modul 400G+, itulah sebabnya desain-desain terbaru mencoba menghilangkannya lagi (LPO) atau memindahkannya lebih dalam (koheren). Halaman ini menjelaskan apa yang dilakukan rantai pemrosesan sinyal dan apa arti setiap variannya bagi host dan diagnostik.

Format modulasi

Format	Bit per simbol	Contoh lane	Kebutuhan penerima	Penalti vs NRZ
NRZ (on/off, 2 level)	1	1G, 10G, 25G, 40G (4×10), 100G (4×25)	penguat pembatas + CDR	—
PAM4 (4 level)	2	50G, 100G, 200G per lane; 400G (8×50 atau 4×100), 800G	front end linier, ADC, ekualiser DSP; RS-FEC wajib	≈ 9,5 dB bukaan mata lebih kecil → perlu FEC dan ekualisasi
Koheren (QPSK, 8QAM, 16QAM pada dua polarisasi)	4–8 per simbol	100G–800G per panjang gelombang (ZR, ZR+)	laser osilator lokal, hybrid 90°, PD seimbang, ADC 4-kanal + DSP berat + FEC	keunggulan OSNR besar pada bentangan panjang

Kualitas mata PAM4 diukur sebagai TDECQ (transmitter dispersion eye closure quaternary), bukan sebagai mask sederhana — sebuah angka turunan DSP tentang seberapa keras ekualiser acuan harus bekerja untuk memulihkan level-levelnya. Standar dan pemasangan dengan FEC: FEC, AN & pelatihan link.

Apa yang dilakukan DSP

lane host ─► SerDes Rx ─► (retiming) ─► gearbox ─► DAC ─► driver ─► laser/modulator
serat optik ─► PD/TIA (linier) ─► ADC ─► ekualiser CTLE/FFE/DFE ─► slicer ─► (FEC pada koheren) ─► gearbox ─► SerDes Tx ─► host

Fungsi	Tujuan	Catatan
Retiming	clock bersih di kedua sisi — tugas CDR, diserap ke dalam DSP	CDR
Ekualisasi — CTLE, FFE, DFE, kadang MLSE	membatalkan batasan bandwidth laser, fotodioda, serat optik, dan jalur PCB sehingga keempat level terpisah kembali	adaptif; konvergen dalam hitungan ms saat link-up
Gearbox	mengubah jumlah lane: 8 × 50G PAM4 dari host ↔ 4 × 100G PAM4 ke optik (400G DR4/FR4); 4 × 25G NRZ ↔ 2 × 50G PAM4 (100G DR)	alasan modul 400G memiliki 8 lane elektrik dan 4 lane optik
Pre-distortion / pembentukan driver	mengompensasi nonlinieritas laser agar keempat level berjarak sama rata	disetel per modul saat produksi
Pemantauan	estimasi BER pra-FEC, SNR, metrik mata — sumber VDM CMIS	VDM & metrik FEC
FEC (khusus koheren)	oFEC / CFEC di dalam modul; modul Ethernet menyerahkan RS-FEC ke host	400ZR: CFEC; OpenZR+: oFEC

Biaya: DSP 400G menyerap 3–6 W (setengah dari anggaran daya modul), menambah ~50–100 ns latensi dan puluhan dolar. Ia juga mengikat modul pada aplikasi yang menjadi tujuan rancangannya — dari situlah muncul model aplikasi CMIS (CMIS).

Retimed, linier, setengah-retimed

Arsitektur	Isi modul	Daya (kelas 400G)	Persyaratan host	Status
DSP / fully retimed	ADC, DSP, DAC di kedua arah	8–12 W	host yang sesuai standar apa pun — modul menyajikan antarmuka yang bersih	mainstream 400G/800G
LPO — linear pluggable optics	hanya driver + TIA linier; tanpa DSP, tanpa CDR	4–6 W	SerDes host harus mengekualisasi seluruh kanal termasuk optiknya; perlu ASIC yang mumpuni dan penyetelan per link	link pendek AI/HPC; LPO MSA (2023+)
LRO / HALO — half-retimed	DSP hanya pada sisi Tx (host→optik)	6–8 W	menengah	kompromi yang baru muncul
CPO — co-packaged optics	optik pada kemasan ASIC switch; tanpa pluggable	terendah per bit	desain switch baru	penerapan awal

Bagi diagnostik, perbedaan ini penting: modul LPO tidak memiliki DSP untuk melaporkan BER pra-FEC atau SNR, sehingga counter FEC host menjadi satu-satunya pandangan pada level bit, dan kualitas link bergantung pada pengaturan ekualiser host sama besarnya dengan pada optiknya.

Modul koheren secara singkat

QSFP-DD atau OSFP 400ZR/ZR+ berisi laser yang dapat disetel (nano-ITLA) yang dipakai baik sebagai sumber pemancar maupun sebagai osilator lokal, modulator IQ (empat bagian Mach-Zehnder, fotonika silikon atau InP) yang digerakkan oleh DAC milik DSP, penerima koheren terintegrasi (hybrid 90°, fotodioda seimbang, TIA), dan DSP yang melakukan kompensasi dispersi kromatik, demux polarisasi, pemulihan pembawa, dan FEC — dahulu berupa transponder kartu jalur, kini dalam 15–20 W. Monitornya (OSNR, CD, DGD, faktor-Q, daya sinyal Rx) muncul di VDM CMIS (Koheren & jarak jauh).

Modul NRZ: rantai klasik

Pada modul 1G–25G rantainya pendek — driver, laser, fotodioda, TIA, penguat pembatas, CDR opsional — dan semuanya analog. Fleksibilitas rate berasal dari bypass CDR atau switching bandwidth rate-select (Rate select); diagnostiknya adalah daya Rx dan counter CRC/FEC milik host; latensinya beberapa nanodetik. Kesederhanaan inilah sebabnya optik 10G dan 25G tetap murah dan sebabnya ia masih menjadi mayoritas dari apa yang dilihat programmer.

Konsekuensi bagi host

Topik	Modul NRZ	Modul DSP PAM4	LPO
Link-up	langsung	konvergensi DSP + inisialisasi data-path CMIS (ratusan ms hingga detik)	pelatihan ekualiser host
FEC	opsional/host	RS-FEC wajib (host)	RS-FEC wajib (host)
Breakout	per lane, jika optiknya paralel	hanya aplikasi yang dinyatakan	bergantung host
Kelas daya	1–3	4–7 (QSFP28 LR4) / CMIS 5–8	CMIS 3–5
Risiko interop	rendah	pengaturan DSP host/modul, versi CMIS	tinggi — penyetelan host per jenis modul

Bring-up dan kegagalan: Apa yang dilakukan host, Masalah CMIS, Kecepatan & rate.

Di CodingBox

Identitas modul memberi tahu rantai mana yang dimiliki sebuah modul: kode pengkodean NRZ vs PAM4, bit CDR, aplikasi CMIS beserta ID interface host dan media-nya, serta kelas daya yang mengungkap keberadaan DSP. Untuk modul CMIS, layar DDM menambahkan sudut pandang DSP itu sendiri — BER pra-FEC dan SNR VDM per lane — di samping monitor optik klasik.

Sisi elektrik modul LPO dan DSP — titik kepatuhan C2M, OIF CEI-112G-Linear, siapa mengekualisasi apa per generasi: XGMII, XAUI, dan keluarga AUI.

Jika Anda menemukan ketidakakuratan atau kesalahan dalam artikel ini, pilih bagian teks yang bersangkutan lalu tekan Ctrl+Enter untuk .