对于数据中心内的通信,特别是在112Gbps的速率下,光分组交换提供了一种高效节能的方式。业界已经使用PAM4和PAM8进行预失真分析,并查看了三种光接收器。使用PAM8及一个半导体光放大器(SOA)-PIN和62.5GHz栅格,单级系统可连接48台服务器。若使用两级配置,可连接的服务器数量激增到1488个。可连接的服务器数量受两个参数的限制:(1)光功率预算,它取决于光接口的类型;(2)波长信道的数量,它可以针对所用激光器的调谐频带、调谐机制的分辨率以及信道频谱占用率来解决。
内部DC互连网络占数据中心总功耗的23%;大多数网络使用电分组交换机(EPS),它们通过光学连接,速度高达10Gbps。但是,现在可以实现40至100+Gbps的比特率。性能/成本比在这里很重要;目前的系统多使用4×25Gbps,或10×10Gbps等并行链路,有的甚至采用基于强度调制和直接检测(IM-DD)的多电平格式。
我很高兴地看到,使用低功耗模拟(电路或分组级)光交换降低了功率消耗,而数字(比特级)光交换则成了“数字白痴”。另外,光交换应该有助于降低由DC连接内部引入的延迟。
《Dimensioning of 112G Optical-Packet-Switching-Based Interconnects for Energy-Efficient Data Centers(用于高能效数据中心的112G光分组交换互连的尺寸确定)》一文的作者选择使用光分组交换(OPS)来废止数据中心连接中的EPS。无源光pod互连(POPI)具有一个简单的使用光学星形耦合器的无源基础架构。根据所需的传输容量,POPI可用于连接机架和服务器(图1)。
Inphi公司在2015年面向云互连开发出了首款千兆以太网PAM4 IC芯片。由于100G数据中心到目前为止是采用四根25Gbps光纤/波长,这种100GHz光学PAM4调制方案通过在相同波特率下将比特/符号数加倍,可减少光纤数量。采用PAM4编码、实时DSP和前向纠错(FEC)技术,可以将复杂功能转换到CMOS中。与目前使用的NRZ解决方案相比,这种方法可以以更低的成本提高带宽。
《First demonstration of PAM4 transmissions for record reach and high-capacity SWDM links over MMF using 40G/100G PAM4 IC chipset with real-time DSP(使用带实时DSP的40G/100G PAM4 IC芯片组在多模光纤(MMF)上使用PAM4传输实现创纪录的距离和大容量短波波分复用(SWDM)链路的首次演示)》一文中使用了新的PAM4芯片组,针对标准的OM4和宽带多模光纤(WBMMF)对采用实时DSP的链路性能及由此带来的更小的芯片尺寸进行了研究,从而获得40/50Gbps和100/200Gbps的速度升级。PAM4传输通过使用Ge/Si雪崩光电二极管(APD),能够达到550m的比例纪录,并通过实时的DSP处理,在WBMMF上实现212.5Gbps的汇总速率纪录(图2)。
上世纪90年代后期,我曾是Burr-Brown公司的北电(Nortel)客户经理/应用工程师,看到了北电开发的业界第一款相干光转发器以40Gbps的速度运行。那时电信行业对于40G还没有做好准备,因为电信运营商认为,地下已经铺设太多“暗”光纤,他们希望在投资更快的系统之前先将这些数据管道填补好。
在过去10年左右,开发人员用正交幅度调制(QAM)尝试了各种不同的波特率。最近的研究工作主要集中在带DSP处理的相干QAM系统,以便在更高比特率下达到更长的传输距离。
上述系统中可以看到色散(CD)和偏振模式色散(PMD)问题——根据《Volterra and Wiener Equalizers for Short-Reach 100G PAM-4 Applications(沃尔泰拉和维纳均衡器在短距离100G PAM-4上的应用)》一文,它们可分别由固定和自适应的线性均衡器校正(图3)。