NRZ، PAM4 اور DSP: ری ٹائمرز، گیئر باکسز، LPO، کوہیرنٹ

ہر لین پر 25G تک ٹرانسیور لیزر کو آن اور آف کرکے بٹس منتقل کرتا اور کمپیریٹر سے نتیجہ پڑھتا تھا۔ اس کے بعد آپٹکس کو کم لاگت میں تیز کرنا ممکن نہ رہا، اس لیے صنعت نے ہر سمبل میں زیادہ معلومات رکھی — PAM4 — اور شور بھرے چار سطحوں والے ویوفارم کو قابلِ پڑھائی بنانے کے لیے ماڈیول میں ڈیجیٹل سگنل پروسیسر رکھ دیا۔ DSP اب 400G+ ماڈیولز کی پاور، قیمت اور تاخیر پر حاوی ہے، اسی لیے نئے ڈیزائن اسے دوبارہ ہٹانے (LPO) یا مزید اندر منتقل کرنے (کوہیرنٹ) کی کوشش کرتے ہیں۔ یہ صفحہ سگنل پروسیسنگ کی زنجیر کے کام اور ہر قسم کے ہوسٹس اور تشخیص پر اثر کی وضاحت کرتا ہے۔

موڈیولیشن فارمیٹس

فارمیٹ	ہر سمبل کے بٹس	لین کی مثالیں	ریسیور کو درکار	NRZ کے مقابل آپٹیکل نقص
NRZ (آن/آف، 2 سطحیں)	1	1G، 10G، 25G، 40G (4×10)، 100G (4×25)	لیمیٹنگ ایمپلیفائر + CDR	—
PAM4 (4 سطحیں)	2	فی لین 50G، 100G، 200G؛ 400G (8×50 یا 4×100)، 800G	لینیئر فرنٹ اینڈ، ADC، DSP ایکولائزر؛ RS-FEC لازمی	≈ 9.5 dB کم آئی اوپننگ → FEC اور ایکولائزیشن درکار
کوہیرنٹ (دو پولرائزیشنز پر QPSK، 8QAM، 16QAM)	فی سمبل 4–8	فی طول موج 100G–800G (ZR، ZR+)	لوکل اوسیلیٹر لیزر، 90° ہائبرڈ، بیلنسڈ PDs، 4 چینل ADC + زیادہ حسابی کام والا DSP + FEC	طویل اسپینز پر بہت بڑا OSNR فائدہ

PAM4 کے آئی ڈایاگرام کے معیار کو سادہ ماسک کے بجائے TDECQ (ٹرانسمیٹر ڈسپرشن آئی کلوزر کواٹرنری) سے ناپا جاتا ہے — یہ DSP سے حاصل ہونے والا عدد ہے کہ سطحوں کو بازیافت کرنے کے لیے حوالہ جاتی ایکولائزر کو کتنا کام کرنا پڑتا ہے۔ معیارات اور FEC کی جوڑ بندی: FEC، AN اور لنک ٹریننگ۔

DSP کیا کرتا ہے

host lanes ─► SerDes Rx ─► (retime) ─► gearbox ─► DAC ─► driver ─► laser/modulator
fibre ─► PD/TIA (linear) ─► ADC ─► CTLE/FFE/DFE equaliser ─► slicer ─► (FEC in coherent) ─► gearbox ─► SerDes Tx ─► host

فعل	مقصد	نوٹس
ری ٹائمنگ	دونوں سمتوں میں صاف کلاک — CDR کا کام، جو DSP میں شامل ہے	CDR
ایکولائزیشن — CTLE، FFE، DFE، کبھی MLSE	لیزر، فوٹو ڈائیوڈ، فائبر اور PCB ٹریسز کی بینڈوڈتھ حدود کے اثرات دور کرتا ہے تاکہ چار سطحیں پھر الگ ہوں	موافق حالات کے مطابق خود بدلتا ہے؛ لنک قائم ہونے پر ms میں مستحکم ہوتا ہے
گیئر باکس	لینوں کی تعداد تبدیل کرتا ہے: ہوسٹ سے 8 × 50G PAM4 ↔ آپٹکس کے لیے 4 × 100G PAM4 (400G DR4/FR4)؛ 4 × 25G NRZ ↔ 2 × 50G PAM4 (100G DR)	اسی لیے 400G ماڈیول میں 8 الیکٹریکل اور 4 آپٹیکل لینز ہوتی ہیں
پری ڈسٹورشن / ڈرائیور شیپنگ	لیزر کی غیر خطیت کی تلافی کرتا ہے تاکہ چار سطحیں یکساں فاصلے پر ہوں	پیداوار میں ہر ماڈیول کے لیے ٹیون کیا جاتا ہے
نگرانی	pre-FEC BER کا تخمینہ، SNR، آئی میٹرکس — CMIS VDM کا ماخذ	VDM اور FEC میٹرکس
FEC (صرف کوہیرنٹ)	ماڈیول کے اندر oFEC / CFEC؛ Ethernet ماڈیولز RS-FEC کو ہوسٹ پر چھوڑتے ہیں	400ZR: CFEC؛ OpenZR+: oFEC

قیمت: 400G DSP 3–6 W لیتا ہے (ماڈیول کے بجٹ کا نصف)، ~50–100 ns تاخیر اور دسیوں ڈالرز کا اضافہ کرتا ہے۔ یہ ماڈیول کو ان ایپلیکیشنز تک بھی محدود کرتا ہے جن کے لیے اسے ڈیزائن کیا گیا ہے — اسی لیے CMIS ایپلیکیشن ماڈل ہے (CMIS)۔

ری ٹائمڈ، لینیئر، نصف ری ٹائمڈ

ساخت	ماڈیول میں موجود	پاور (400G کلاس)	ہوسٹ کا تقاضا	حیثیت
DSP / مکمل ری ٹائمڈ	دونوں سمتوں پر ADC، DSP، DAC	8–12 W	کوئی بھی معیار کے مطابق ہوسٹ — ماڈیول صاف انٹرفیس پیش کرتا ہے	400G/800G میں عام رائج ساخت
LPO — لینیئر پلگ ایبل آپٹکس	صرف ڈرائیور + لینیئر TIA؛ DSP، CDR نہیں	4–6 W	ہوسٹ SerDes کو آپٹکس سمیت پورا چینل ایکولائز کرنا ہوتا ہے؛ موزوں ASIC اور ہر لنک کے لیے ٹیوننگ درکار	AI/HPC مختصر لنکس؛ LPO MSA (2023+)
LRO / HALO — نصف ری ٹائمڈ	صرف Tx (host→optics) سمت پر DSP	6–8 W	درمیانی	ابھرتا ہوا درمیانی حل
CPO — کو پیکیجڈ آپٹکس	سوئچ ASIC پیکیج پر آپٹکس؛ کوئی پلگ ایبل نہیں	فی بٹ سب سے کم	نئے سوئچ ڈیزائن	ابتدائی تنصیبات

تشخیص کے لیے فرق اہم ہے: LPO ماڈیول میں pre-FEC BER یا SNR رپورٹ کرنے کے لیے DSP نہیں ہوتا، اس لیے ہوسٹ کے FEC کاؤنٹرز ہی بٹ کی سطح کی معلومات فراہم کرتے ہیں، اور لنک کے معیار کا انحصار آپٹکس جتنا ہی ہوسٹ کی ایکولائزر سیٹنگز پر ہوتا ہے۔

کوہیرنٹ ماڈیولز مختصراً

400ZR/ZR+ QSFP-DD یا OSFP میں ایک ٹیون ایبل لیزر (nano-ITLA) ہوتا ہے، جو ٹرانسمیٹر کا ماخذ اور لوکل اوسیلیٹر دونوں کے طور پر استعمال ہوتا ہے، ایک IQ موڈیولیٹر (چار Mach-Zehnder حصے، سلیکان فوٹونکس یا InP) جسے DSP کے DACs چلاتے ہیں، ایک انٹیگریٹڈ کوہیرنٹ ریسیور (90° ہائبرڈ، بیلنسڈ فوٹو ڈائیوڈز، TIAs)، اور DSP جو کرومیٹک ڈسپرشن کی تلافی، پولرائزیشن ڈی ملٹی پلیکسر کا عمل، کیریئر ریکوری اور FEC کرتا ہے — سابقہ لائن کارڈ ٹرانسپونڈر 15–20 W میں۔ ان کے مانیٹرز (OSNR، CD، DGD، Q-factor، Rx سگنل پاور) CMIS VDM میں ظاہر ہوتے ہیں (کوہیرنٹ اور لانگ ہال)۔

NRZ ماڈیولز: روایتی زنجیر

1G–25G ماڈیولز پر زنجیر مختصر ہے — ڈرائیور، لیزر، فوٹو ڈائیوڈ، TIA، لیمیٹنگ ایمپلیفائر، اختیاری CDR — اور سب کچھ اینالاگ ہے۔ ریٹ کی لچک CDR بائی پاس یا ریٹ سلیکٹ کے ذریعے بینڈوڈتھ بدلنے سے آتی ہے (ریٹ سلیکٹ)؛ تشخیص Rx پاور اور ہوسٹ کے CRC/FEC کاؤنٹرز ہیں؛ تاخیر چند نینو سیکنڈز ہے۔ یہی سادگی 10G اور 25G آپٹیکل ماڈیولز کو کم قیمت رکھتی ہے اور یہی وہ آپٹکس ہیں جو پروگرامرز کو اب بھی سب سے زیادہ نظر آتے ہیں۔

ہوسٹ کے لیے نتائج

موضوع	NRZ ماڈیول	PAM4 DSP ماڈیول	LPO
لنک قائم ہونا	فوری	DSP کا مستحکم ہونا + CMIS ڈیٹا پاتھ آغاز (سیکڑوں ms سے سیکنڈز)	ہوسٹ ایکولائزر ٹریننگ
FEC	اختیاری/ہوسٹ	RS-FEC لازمی (ہوسٹ)	RS-FEC لازمی (ہوسٹ)
بریک آؤٹ	فی لین، اگر آپٹیکل حصے متوازی ہوں	صرف اعلان کردہ ایپلیکیشنز	ہوسٹ پر منحصر
پاور کلاس	1–3	4–7 (QSFP28 LR4) / CMIS 5–8	CMIS 3–5
باہمی مطابقت کا خطرہ	کم	ہوسٹ/ماڈیول DSP سیٹنگز، CMIS ورژن	زیادہ — ہر ماڈیول قسم کے لیے ہوسٹ ٹیوننگ

آغاز اور خرابیاں: ہوسٹ کیا کرتا ہے، CMIS مسائل، رفتار اور ریٹ۔

CodingBox میں

شناخت بتاتی ہے کہ ماڈیول میں کون سی زنجیر ہے: NRZ بمقابلہ PAM4 انکوڈنگ کوڈز، CDR بٹس، ان کے ہوسٹ اور میڈیا انٹرفیس IDs والی CMIS ایپلیکیشنز، اور وہ پاور کلاس جو DSP کو ظاہر کرتی ہے۔ CMIS ماڈیولز کے لیے DDM اسکرین کلاسک آپٹیکل مانیٹرز کے ساتھ فی لین DSP کی اپنی معلومات — VDM pre-FEC BER اور SNR — بھی شامل کرتی ہے۔

LPO اور DSP ماڈیولز کی الیکٹریکل سمت — C2M مطابقت کے مقامات، OIF CEI-112G-Linear، ہر نسل میں کون کس کی ایکولائزیشن کرتا ہے: XGMII، XAUI اور AUI فیملی۔

اگر آپ کو اس مضمون میں کوئی غلطی یا عدم درستی ملے تو متعلقہ حصہ منتخب کریں اور Ctrl+Enter دبا کر ۔