English 
简体中文 
繁體中文 
Русский 
Español 
Deutsch 
Français 
Português 
Italiano 
Türkçe 
Polski 
Nederlands 
日本語 
한국어 
Bahasa Indonesia 
Bahasa Melayu 
العربية 
हिन्दी 
Tiếng Việt 
ภาษาไทย 
বাংলা 
اردو 
Kiswahili 
Oʻzbekcha 
አማርኛ 
فارسی NRZ, PAM4 và DSP: retimer, gearbox, LPO, coherent
Ở tốc độ đến 25G trên mỗi làn, transceiver truyền bit bằng cách bật/tắt laser và đọc kết quả bằng một bộ so sánh. Vượt quá mức đó, phần quang học không thể nhanh hơn với chi phí hợp lý, nên ngành công nghiệp làm cho mỗi ký hiệu mang nhiều thông tin hơn — PAM4 — và đặt một bộ xử lý tín hiệu số (DSP) vào module để đọc được dạng sóng bốn mức đầy nhiễu. DSP hiện chiếm phần lớn công suất, chi phí và độ trễ của các module từ 400G trở lên, đó là lý do các thiết kế mới nhất cố loại bỏ nó (LPO) hoặc đưa nó vào sâu hơn (coherent). Trang này giải thích chuỗi xử lý tín hiệu làm gì và mỗi biến thể có ý nghĩa gì đối với host và việc chẩn đoán.
Các định dạng điều chế
| Định dạng | Số bit trên mỗi ký hiệu | Ví dụ về làn | Yêu cầu đối với bộ thu | Mức phạt so với NRZ |
|---|---|---|---|---|
| NRZ (bật/tắt, 2 mức) | 1 | 1G, 10G, 25G, 40G (4×10), 100G (4×25) | bộ khuếch đại giới hạn + CDR | — |
| PAM4 (4 mức) | 2 | 50G, 100G, 200G trên mỗi làn; 400G (8×50 hoặc 4×100), 800G | khối đầu vào tuyến tính, ADC, bộ cân bằng DSP; RS-FEC bắt buộc | kém khoảng 9,5 dB độ mở mắt → cần FEC và cân bằng tín hiệu |
| Coherent (QPSK, 8QAM, 16QAM trên hai phân cực) | 4–8 trên mỗi ký hiệu | 100G–800G trên mỗi bước sóng (ZR, ZR+) | laser dao động nội, bộ ghép lai 90°, photodiode cân bằng, ADC 4 kênh + DSP nặng + FEC | lợi thế OSNR rất lớn trên các đoạn dài |
Chất lượng mắt tín hiệu của PAM4 được đo bằng TDECQ (độ khép mắt bốn mức do tán sắc của bộ phát) thay vì một mặt nạ đơn giản — một chỉ số do DSP tính ra, cho biết một bộ cân bằng tham chiếu phải làm việc bao nhiêu để khôi phục lại các mức tín hiệu. Tiêu chuẩn và cách ghép với FEC: FEC, AN và huấn luyện liên kết.
DSP làm những gì
làn host ─► SerDes Rx ─► (tái định thời) ─► bộ chuyển đổi làn ─► DAC ─► driver ─► laser/bộ điều chế
sợi quang ─► PD/TIA (tuyến tính) ─► ADC ─► bộ cân bằng CTLE/FFE/DFE ─► bộ phân ngưỡng ─► (FEC trong coherent) ─► bộ chuyển đổi làn ─► SerDes Tx ─► host| Chức năng | Mục đích | Ghi chú |
|---|---|---|
| Tái định thời | làm sạch xung nhịp ở cả hai phía — công việc của CDR, nay nằm trong DSP | CDR |
| Cân bằng tín hiệu — CTLE, FFE, DFE, đôi khi MLSE | khử giới hạn băng thông của laser, photodiode, sợi quang và đường mạch PCB để bốn mức tách biệt trở lại | thích ứng; hội tụ trong vài ms khi liên kết khởi động |
| Bộ chuyển đổi làn | thay đổi số làn: 8 × 50G PAM4 từ host ↔ 4 × 100G PAM4 sang phần quang học (400G DR4/FR4); 4 × 25G NRZ ↔ 2 × 50G PAM4 (100G DR) | vì sao một module 400G có 8 làn điện và 4 làn quang |
| Tiền méo dạng / định hình driver | bù phi tuyến của laser để bốn mức cách đều nhau | được tinh chỉnh riêng cho từng module khi sản xuất |
| Giám sát | ước tính BER trước FEC, SNR, các chỉ số mắt tín hiệu — nguồn của VDM trong CMIS | Chỉ số VDM và FEC |
| FEC (chỉ ở coherent) | oFEC / CFEC bên trong module; các module Ethernet để RS-FEC cho host xử lý | 400ZR: CFEC; OpenZR+: oFEC |
Chi phí: một DSP 400G tiêu thụ 3–6 W (một nửa ngân sách công suất của module), thêm khoảng 50–100 ns độ trễ và vài chục đô la chi phí. Nó cũng gắn chặt module vào các ứng dụng mà nó được thiết kế cho — đó là lý do có mô hình ứng dụng của CMIS (CMIS).
Tái định thời, tuyến tính, bán tái định thời
| Kiến trúc | Module chứa | Công suất (nhóm 400G) | Yêu cầu đối với host | Tình trạng |
|---|---|---|---|---|
| DSP / tái định thời toàn phần | ADC, DSP, DAC theo cả hai chiều | 8–12 W | mọi host tuân thủ chuẩn — module trình ra một giao diện sạch | phổ biến ở 400G/800G |
| LPO — module quang cắm rút tuyến tính | chỉ có driver + TIA tuyến tính; không DSP, không CDR | 4–6 W | SerDes của host phải cân bằng toàn bộ kênh, kể cả phần quang học; cần ASIC đủ mạnh và tinh chỉnh riêng cho từng liên kết | các liên kết ngắn cho AI/HPC; LPO MSA (từ 2023) |
| LRO / HALO — bán tái định thời | DSP chỉ ở phía Tx (host→quang học) | 6–8 W | trung gian | giải pháp thỏa hiệp đang nổi lên |
| CPO — quang học đóng gói chung | phần quang học nằm trên gói ASIC của switch; không ở dạng module cắm rút | thấp nhất tính trên mỗi bit | các thiết kế switch mới | mới triển khai bước đầu |
Với chẩn đoán, khác biệt này có ý nghĩa quan trọng: module LPO không có DSP để báo cáo BER trước FEC hay SNR, nên bộ đếm FEC của host là góc nhìn duy nhất ở mức bit, và chất lượng liên kết phụ thuộc vào cấu hình bộ cân bằng của host nhiều như phụ thuộc vào phần quang học.
Sơ lược về module coherent
Một QSFP-DD hoặc OSFP 400ZR/ZR+ chứa một laser điều chỉnh được (nano-ITLA) dùng vừa làm nguồn phát vừa làm dao động nội, một bộ điều chế IQ (bốn đoạn Mach-Zehnder, silicon photonics hoặc InP) được điều khiển bởi các DAC của DSP, một bộ thu coherent tích hợp (bộ ghép lai 90°, photodiode cân bằng, TIA) và một DSP thực hiện bù tán sắc màu, giải ghép phân cực, khôi phục sóng mang và FEC — một transponder từng chiếm trọn một line-card, nay gói gọn trong 15–20 W. Các giám sát của chúng (OSNR, CD, DGD, Q-factor, công suất tín hiệu Rx) xuất hiện trong VDM của CMIS (Coherent và đường dài).
Module NRZ: chuỗi cổ điển
Trên các module 1G–25G, chuỗi xử lý ngắn — driver, laser, photodiode, TIA, bộ khuếch đại giới hạn, CDR tùy chọn — và mọi thứ trong đó đều là analog. Tính linh hoạt về tốc độ đến từ việc bỏ qua CDR hoặc chuyển băng thông bằng chọn tốc độ (Chọn tốc độ); chẩn đoán dựa vào công suất Rx và bộ đếm CRC/FEC của host; độ trễ chỉ vài nano giây. Sự đơn giản này là lý do quang học 10G và 25G vẫn rẻ, và vì sao chúng vẫn chiếm phần lớn những gì bộ lập trình gặp phải.
Hệ quả đối với host
| Chủ đề | Module NRZ | Module DSP PAM4 | LPO |
|---|---|---|---|
| Thiết lập liên kết | ngay lập tức | DSP hội tụ + khởi tạo đường dữ liệu CMIS (vài trăm ms đến vài giây) | huấn luyện bộ cân bằng của host |
| FEC | tùy chọn/do host | RS-FEC bắt buộc (host) | RS-FEC bắt buộc (host) |
| Breakout | theo làn, nếu phần quang học là song song | chỉ các ứng dụng đã công bố | tùy host |
| Cấp công suất | 1–3 | 4–7 (QSFP28 LR4) / CMIS 5–8 | CMIS 3–5 |
| Rủi ro tương thích | thấp | cấu hình DSP của host/module, phiên bản CMIS | cao — host phải tinh chỉnh riêng theo từng loại module |
Khởi động và sự cố: Host làm gì, Sự cố CMIS, Tốc độ và tốc độ truyền.
Trong CodingBox
Thông tin nhận dạng cho biết module có chuỗi xử lý nào: mã hóa NRZ so với PAM4, các bit CDR, các ứng dụng CMIS cùng ID giao diện host và giao diện media, và cấp công suất tố cáo sự có mặt của DSP. Với module CMIS, màn hình DDM bổ sung góc nhìn riêng của DSP — BER trước FEC và SNR theo từng làn từ VDM — bên cạnh các giám sát quang học cổ điển.
Phía điện của module LPO và DSP — các điểm tuân thủ C2M, OIF CEI-112G-Linear, bên nào cân bằng phần nào theo từng thế hệ: Họ giao diện XGMII, XAUI và AUI.