Transceivers koerenti jeħtieġu teknoloġija avvanzata

 

Transceivers koerenti jikkodifikaw data bl-użu ta 'modulazzjoni ta' amplitudni, fażi u polarizzazzjoni, li teħtieġ proċessuri tas-sinjali diġitali sofistikati u integrazzjoni fotonika. Dawn l-apparati jiksbu rati tad-dejta minn 100G sa 1.6T filwaqt li jżommu l-integrità tas-sinjal fuq mijiet ta’ kilometri.

It-teknoloġija tgħaqqad tliet innovazzjonijiet fundamentali: ċipep DSP speċjalizzati mibnija fuq nodi ta 'proċess ta' 7nm li jikkunsmaw madwar 50% tal-qawwa tat-transceiver, skemi ta 'modulazzjoni avvanzati bħal 16-QAM u 64-QAM li jikkodifikaw bits multipli għal kull simbolu, u pjattaformi fotonika tas-silikon li jintegraw komponenti ottiċi fuq skala kompatibbli ma' CMOS.

 

 

Għaliex l-Ipproċessar tas-Sinjal Diġitali Jiddefinixxi Prestazzjoni Koerenti

 

Iċ-ċippa DSP tiffunzjona bħala l-qalba elettronika ta 'sistemi ta' trasmissjoni koerenti. F'ġeometrija ta 'proċess ta' 7nm, dawn il-proċessuri jimmaniġġjaw konverżjoni analoga-għa-diġitali, kumpens ta 'dispersjoni kromatika li jaqbeż il-50,000 ps/nm, mitigazzjoni ta' dispersjoni tal-mod ta 'polarizzazzjoni, u korrezzjoni ta' żball 'il quddiem-kollha filwaqt li jżommu d-dissipazzjoni tal-enerġija taħt 10W għal fatturi ta' forma pluggable.

DSPs moderni jimplimentaw issawwar kostellazzjoni probabilistika, teknika li tottimizza d-distribuzzjoni tal-enerġija bejn is-simboli tal-modulazzjoni. Minflok ma tuża s-16-il punt kollha f'kostellazzjoni ta' 16-QAM b'mod ugwali, PCS jiffavorixxi punti ta' kostellazzjoni ta' ġewwa ta' enerġija baxxa b'mod aktar frekwenti. Dan l-approċċ jestendi l-firxa tat-trasmissjoni b'20-30% mingħajr ma żżid ir-rata tas-simbolu jew teħtieġ amplifikazzjoni addizzjonali.

L-intensità tal-komputazzjoni tispjega għaliex l-avvanz tad-DSP imexxi evoluzzjoni koerenti. Il-mixja minn nodi tal-proċess 16nm għal 7nm naqqas il-konsum tal-enerġija b'aktar minn 75% filwaqt li ppermettiet rati ta 'baud ogħla. Kumpaniji bħal Marvell kisbu dan bl-arkitettura Canopus tagħhom, ikkampjunaw tard fl-2019 u ppermettew l-ewwel moduli negozjant 400G ZR. Iċ-ċippa tappoġġja tħaddim b'ħafna-rata f'100G, 200G, 300G, u 400G, b'modi ta' softwer-selezzjoni għal rekwiżiti differenti ta' firxa.

L-arkitettura tal-ipproċessar hija importanti daqs id-daqs tan-nodu. Id-DSP fih blokki distinti: ċirkwiti serializzatur-deserializer li jikkonvertu data parallela f'erba 'kanali koerenti, l-unità attwali tal-ipproċessar tas-sinjal li tikkodifika u jiddekodifika l-informazzjoni fi proprjetajiet ħfief, magni tal-qafas għal protokolli Ethernet u OTN, u equalizers adattivi li jikkumpensaw għal indebolimenti tal-fibra f'-ħin reali. Kull blokka teħtieġ proprjetà intellettwali speċjalizzata, u huwa għalhekk li bejjiegħa integrati vertikalment bħal Nokia, Infinera, u Cisco iżommu l-kapaċitajiet tad-disinn DSP internament.

L-effiċjenza tal-enerġija tibqa' r-restrizzjoni kritika. B'DSPs li jikkunsmaw bejn wieħed u ieħor nofs il-qawwa totali tat-transceiver, il-ġestjoni termali ssir importanti ħafna f'fatturi ta' forma kompatti bħal QSFP-DD u OSFP. Il-baġit ta 'l-enerġija ta' 15W għal dawn il-moduli jħalli biss 5-7W għall-operazzjoni DSP wara li jiġu kkunsidrati l-komponenti ottiċi u s-sewwieqa. Dan ir-restrizzjoni mbotta l-industrija lejn nodi ta 'proċess ta' 5nm għal applikazzjonijiet ta '800G, fejn l-Orion DSP ta' Marvell jimmira qawwa saħansitra aktar baxxa għal kull bit.

 

Skemi ta' Modulazzjoni Avvanzati Jippermettu Effiċjenza Spettrali

 

Transceivers koerenti jisfruttaw modulazzjoni tal-amplitudni tal-kwadratura biex jikkodifikaw id-densità tal-informazzjoni. F'format 16-QAM, kull simbolu jirrappreżenta erba' bits permezz ta' kombinazzjonijiet ta' stati ta' amplitudni u fażi. Implimentazzjoni ta 'polarizzazzjoni doppja effettivament tirdoppja din il-kapaċità, billi tittrasmetti tmien bits għal kull simbolu f'modi ta' polarizzazzjoni ortogonali separati b'90 grad.

L-ordni tal-modulazzjoni tinnegozja direttament bejn ir-rata tad-dejta u r-rekwiżiti tal-proporzjon tas-sinjal ottiku-għall--l-istorbju. Il-modulazzjoni QPSK, li tikkodifika żewġ bits għal kull simbolu, tittollera OSNR baxxi daqs 12-14 dB u tippermetti distanzi ta 'trażmissjoni li jaqbżu l-4,000 km b'rati ta' 100G. It-titjib għal 16-QAM jikkwadrupla t-throughput għal 400G iżda jeħtieġ OSNR 'il fuq minn 22 dB, li jillimita l-firxa għal madwar 1,000-1,500 km skont il-kwalità tal-fibra. Ordnijiet ogħla bħal 64-QAM jimbuttaw ir-rati tad-dejta għal 600G f'wavelength wieħed, iżda l-firxa effettiva tinżel taħt il-200 km minħabba rekwiżiti OSNR li jaqbżu t-28 dB.

Din ir-relazzjoni bejn il-kumplessità tal-modulazzjoni u l-firxa tifforma strateġiji ta' skjerament tan-netwerk. Interkonnessjonijiet taċ-ċentru tad-dejta li jkopru 80-120 km komunement jużaw 16-QAM għal applikazzjonijiet 400G taħt l-istandard 400ZR. Netwerks tal-metro li jestendu 300-500 km jistgħu jagħżlu 8-QAM biex jibbilanċjaw il-kapaċità u d-distanza. Kejbils tas-sottomarini fit-tul li jaqsmu l-oċeani tipikament jerġgħu lura għal QPSK għal reżiljenza massima, u jaċċettaw kapaċità aktar baxxa għal kull wavelength bi skambju għal medda ta 'bosta eluf ta' kilometri.

Il-multiplexing tal-polarizzazzjoni jirdoppja l-bandwidth effettiv billi jittratta polarizzazzjonijiet orizzontali u vertikali bħala kanali tad-dejta indipendenti. Id-DSP tar-riċevitur għandu jiddemultiplexa dawn il-polarizzazzjonijiet u jikkumpensa għat-tixrid tal-mod ta 'polarizzazzjoni li jikkawża dewmien ta' propagazzjoni differenti. Dan iżid il-kumplessità tal-komputazzjoni iżda jibqa' essenzjali għall-kisba ta' rati ta' data kummerċjali-mingħajr polarizzazzjoni doppja, transceiver 400G ikun jeħtieġ ir-rata tas-simbolu li tirdoppja jew jimxu għal ordnijiet ta' modulazzjoni għolja b'mod projbittiv.

Riċerka reċenti tesplora formati ta' ordnijiet saħansitra ogħla-. Dimostrazzjonijiet ta' 256-QAM kisbu trażmissjoni netta ta' 1 Tbps fuq 80 km bl-użu ta' iffurmar probabilistiku biex jimmaniġġja l-istorbju tal-fażi minn lasers bi prezz baxx. Filwaqt li tali formati jibqgħu sperimentali għall-iskjerament tal-produzzjoni, jindikaw mogħdijiet ta 'skala futuri hekk kif is-saħħa tal-ipproċessar tad-DSP u l-preċiżjoni tal-komponenti ottiċi jitjiebu.

 

L-integrazzjoni tal-fotonika tas-silikon tnaqqas id-daqs u l-ispiża

 

Il-fotonika tas-silikon tippermetti integrazzjoni monolitika ta 'funzjonijiet ottiċi bl-użu ta' proċessi ta 'fabbrikazzjoni CMOS. Sotto--assemblaġġ ottiku koerenti tipiku jgħaqqad modulaturi, fotodetectors, splitters tar-raġġi tal-polarizzazzjoni, u miksers koerenti fuq ċippa waħda tas-silikon li tkejjel ftit millimetri kwadri. Din l-integrazzjoni qabel kienet teħtieġ komponenti diskreti mmuntati b'allinjament preċiż tal-fibra-proċess inkompatibbli mal-manifattura ta'-volum għoli u fatturi ta' forma pluggable.

It-teknoloġija tisfrutta l-kapaċitajiet maturi tal-funderija tas-semikondutturi. Il-proċess PH18 tat-Tower Semiconductor, użat minn Coherent għall-prodotti tat-transceiver tagħhom, jintegra ditekters ottiċi, waveguides, u modulaturi li jużaw silikon-fuq-wejfers iżolaturi. Dawn il-funderiji diġà joperaw fuq skala għal ċipep elettroniċi, li jippermettu volumi ta 'produzzjoni fotonika li jkunu impossibbli b'linji speċjalizzati ta' fabbrikazzjoni ottika.

Il-bandgap indiretta tas-silikon tippreżenta limitazzjoni fundamentali-ma tistax temetti jew tiskopri dawl b'mod effiċjenti f'tul ta' mewġ tal-komunikazzjoni. Is-soluzzjonijiet jinvolvu integrazzjoni eteroġenja ma' materjali III-V bħall-fosfid tal-indju għal sorsi tal-lejżer u fotodetectors tal-ġermanju. Xi implimentazzjonijiet jużaw edge-coupling biex jisseparaw l-assemblaġġi tal-lejżer mill-PIC tas-silikon, filwaqt li oħrajn isegwu t-twaħħil dirett tal-wejfer ta 'III-V dies fuq is-silikon. Kull approċċ jibdel id-densità tal-integrazzjoni mal-kumplessità u l-ispiża tal-manifattura.

L-effiċjenza tal-modulazzjoni tmexxi ħafna mill-pjan direzzjonali tal-iżvilupp tal-fotonika tas-silikon. Il-modulaturi ta' dispersjoni tal-plażma standard-ibbażati fuq injezzjoni ta' trasportatur jipprovdu prestazzjoni adegwata għal ħafna applikazzjonijiet iżda jissieltu ma' tħaddim ta'-veloċità għolja, ta' vultaġġ-baxx meħtieġ għar-rati ta' 800G u 1.6T tal--ġenerazzjoni li jmiss. Din il-limitazzjoni xprunat investigazzjoni ta' materjali tal-effett Pockels-. Nijobat tal-litju tal-film irqiq-magħqud ma' sottostrati tas-silikon joffri vultaġġi tas-sewqan aktar baxxi u bandwidth ogħla mis-silikon waħdu, għalkemm b'kumplessità akbar tal-proċess.

Il-każ ekonomiku jsir konvinċenti fil-volum. Is-settijiet tal-maskri fotoniċi inizjali jiswew miljuni ta 'dollari, u ċ-ċikli tad-disinn ikopru 12-18-il xahar. Madankollu, l-ispejjeż tal-ipproċessar tal-wejfer jibqgħu komparabbli maċ-ċipep elettroniċi ladarba jiġu amortizzati tul il-produzzjonijiet li jaqbżu l-100,000 unità fis-sena. Għal transceivers taċ-ċentru tad-dejta li jbaħħru f'miljuni ta 'unitajiet, il-fotonika tas-silikon tagħti tnaqqis fl-ispejjeż 2-3x meta mqabbla ma' approċċi ta 'assemblaġġ diskreti.

L-istabbiltà tat-temperatura tirrappreżenta vantaġġ ieħor. Il-modulaturi tas-silikon juru ċaqliq tal-wavelength ta 'madwar 0.08 nm għal kull grad Celsius, maniġġabbli permezz tal-irfinar tal-wavelength fil-laser oxxillatur lokali. Dan elimina rekwiżiti għal coolers termoelettriċi f'ħafna disinji, u naqqas b'mod sinifikanti l-konsum tal-enerġija. Transceivers stmati għal meded ta 'temperatura industrijali (-40 grad sa 85 grad) issa jiksbu din l-ispeċifikazzjoni bl-użu ta' fotonika tas-silikon mingħajr tkessiħ attiv.

 

 

Rata tal-Baud u Kumplessità tal-Ipproċessar tas-Simbolu

 

Ir-rata tas-simbolu tiddetermina l-veloċità tal-arloġġ fundamentali tas-sistema ta 'trasmissjoni koerenti. Il-moduli koerenti attwali ta '400G joperaw f'64 gigabaud, li jfisser li d-DSP jipproċessa 64 biljun simbolu kull sekonda. Flimkien ma 'kodifikazzjoni 16-QAM (4 bits għal kull simbolu) u polarizzazzjoni doppja (2x), dan jagħti r-rata ta' dejta aggregata 400G: 64 GBd × 4 bits × 2 polarizzazzjonijiet=512 Gbps kapaċità mhux maħduma, imnaqqsa għal 400 Gbps wara overhead ta 'korrezzjoni ta' żball 'il quddiem.

Żieda fil-baud rate direttament tiskala throughput iżda tiltaqa 'ma' limiti fiżiċi. B'90 gigabaud, murija mill-arkitettura PSE-V ta' Nokia, l-istess format 16-QAM jagħti kapaċità ta' 600G. Madankollu, interkonnessjonijiet elettriċi bejn DSP u komponenti ottiċi jiffaċċjaw limitazzjonijiet tal-bandwidth. L-integrità tas-sinjal tiddegrada hekk kif it-tulijiet tat-traċċa u l-inductances tal-wajer tal-bond jintroduċu telf u dispersjoni f'dawn il-frekwenzi. Dan mexxa lill-industrija lejn approċċi ta 'integrazzjoni 3D fejn DSP, amplifikaturi tas-sewwieq, u magna fotonika tas-silikon jiġbru vertikalment b'distanza minima ta' interkonnessjoni.

Ir-relazzjoni bejn l-interfaces elettriċi u ottiċi toħloq restrizzjonijiet tad-disinn. Transceiver 400G-ZR jippreżenta interface elettriku standard 400GbE lis-sistema ospitanti-tmien korsiji 50G bl-użu tas-sinjalar PAM{-4. Internament, id-DSP jikkonverti dan għal erba' kanali ottiċi ta' 64-GBd. Dan in-nuqqas ta 'qbil fir-rata jeħtieġ funzjoni ta' "gearbox", tradizzjonalment implimentata fil-firmware DSP. Il-konverżjoni tintroduċi latenza, tipikament 200-500 nanosekondi, aċċettabbli għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet iżda problematika għal sistemi ta' kummerċ b'latenza ultra baxxa jew loops ta' kontroll f'ħin reali.

Rati ogħla ta 'simboli jitolbu wkoll kwalità aħjar tal-fibra. B'64 GBd, fibra standard ta'-modalità unika turi dispersjoni kromatika maniġġabbli madwar 17 ps/nm/km. Iż-żieda għal 90 GBd tgħolli t-tixrid-indotta tat-twessigħ tas-sinjal, li teħtieġ jew ekwalizzazzjoni DSP aktar aggressiva jew medda ta' trażmissjoni iqsar. Dan joħloq limitu prattiku ta' madwar 100 GBd b'infrastruttura tal-fibra attwali, għalkemm tipi ta' fibra mtejba u DSPs aktar qawwija jistgħu jimbuttaw din il-fruntiera.

Il-korrezzjoni tal-iżbalji bil-quddiem żżid overhead li tiskala mal-kumplessità tas-simbolu. FEC ta'-deċiżjoni iebsa sempliċi tista' żżid 7% overhead, filwaqt li algoritmi avvanzati soft-deċizjoni li jipprovdu gwadann akbar ta' kodifikazzjoni jikkunsmaw 20-25% overhead. Għal sistema ta' 64-GBd, 16-QAM li tiġġenera 512 Gbps mhux ipproċessat, overhead FEC ta' 20% jagħti kapaċità netta ta' 410 Gbps-qrib il-mira ta' 400G. Id-DSP għandu jipproċessa din il-korrezzjoni f'ħin reali b'latenzi taħt mikrosekonda 1, li jqiegħed talbiet enormi fuq l-arkitettura tal-ipproċessar.

 

Kumpens tad-Dispersjoni Kromatika u tal-Polarizzazzjoni

 

Il-fibra ottika tferrex b'mod inerenti wavelengths differenti b'veloċitajiet differenti, effett imsejjaħ dispersjoni kromatika mkejjel f'picoseconds għal kull nanometru għal kull kilometru. Aktar minn 100 km ta' fibra standard ta'-modalità unika, sinjal ta' 1550 nm jakkumula madwar 1,700 ps/nm ta' dispersjoni. Mingħajr kumpens, dan it-tixrid tal-polz jeqred l-integrità tas-sinjal għal rati tad-dejta 'l fuq minn 10 Gbps.

Is-sistemi DWDM tal-wirt indirizzaw dan bl-użu ta' moduli ta' kumpens ta' dispersjoni-spools ta' fibra speċjali b'karatteristiċi ta' dispersjoni negattiva. Dawn l-apparati passivi żiedu telf ta 'inserzjoni, kienu jeħtieġu inġinerija preċiża għal kull medda ta' rabta, u okkupaw spazju sinifikanti ta 'rack. DSPs koerenti eliminaw dan ir-rekwiżit billi kkalkulaw il-funzjoni tat-trasferiment tad-dispersjoni inversa u applikaw filtrazzjoni diġitali għal sinjali riċevuti. L-algoritmu sempliċement ireġġa' lura r-rotazzjoni tal-fażi li t-tixrid kromatiku jagħti tul il-bandwidth tas-sinjal.

DSPs koerenti moderni jikkumpensaw għal dispersjoni kromatika li taqbeż il-100,000 ps/nm, ekwivalenti għal 600 km ta 'fibra standard b'marġni. Il-komputazzjoni tinvolvi filtrazzjoni tad-dominju tal-frekwenza-, komputazzjoni effiċjenti permezz ta' algoritmi ta' trasformazzjoni ta' Fourier veloċi. Madankollu, it-tul tal-filtru u r-rata tal-aġġornament jikkunsmaw ir-riżorsi DSP, u huwa għalhekk li s-sistemi koerenti bikrija operaw b'rati baud aktar baxxi minn apparati attwali. Hekk kif il-qawwa tal-ipproċessar tad-DSP kibret bil-progressjoni tal-Liġi ta 'Moore, il-firxa tal-kumpens espandiet filwaqt li l-konsum tal-enerġija naqas.

Id-dispersjoni tal-mod ta' polarizzazzjoni tirriżulta minn birefringence żgħira f'modi ta' polarizzazzjoni orizzontali u vertikali tal-fibra-jivvjaġġaw b'veloċitajiet mikroskopikament differenti. PMD ivarja b'mod każwali tul it-tul tal-fibra u jinbidel bit-temperatura u l-istress, li jagħmilha impossibbli li tikkumpensa b'filtri statiċi. Il-kobor PMD tipikament ikejjel 0.1-0.5 ps/√km, jakkumula għal 3-15 ps fuq medda ta '1,000 km.

Id-DSP jindirizza PMD permezz ta' ekwalizzazzjoni adattiva bl-użu tal-algoritmu tal-modulu kostanti jew approċċi simili. Dawn l-algoritmi jsegwu r-rotazzjoni tal-polarizzazzjoni u d-dewmien tal-grupp differenzjali f'-ħin reali, jaġġornaw il-koeffiċjenti tal-equalizer kull ftit mikrosekondi biex isegwu l-bidliet ambjentali. L-ekwalizzazzjoni teħtieġ multiplikazzjoni tal-matriċi għal kull kampjun, li tikkonsma madwar 20% tal-kapaċità tal-ipproċessar tad-DSP. Transceivers jispeċifikaw PMD massimu tollerabbli, tipikament 50 ps għal moduli 400G, li jillimitaw l-iskjerament fuq impjanti tal-fibra qodma ħafna jew stressati.

L-effetti mhux lineari jippreżentaw it-tielet sfida. F'potenzi ottiċi għoljin, l-indiċi refrattiv tal-fibra jsir dipendenti fuq l-intensità-, u jikkawża modulazzjoni tal-fażi awto- u modulazzjoni tal-fażi trans- bejn il-kanali WDM. Dawn l-effetti jikbru bit-tul tal-fibra u l-qawwa ottika, u fl-aħħar mill-aħħar jillimitaw il-qawwa tat-tnedija li tista 'tintuża. Filwaqt li DSPs jistgħu jikkumpensaw għal indebolimenti lineari bħat-tixrid kromatiku, il-kumpens tan-nonlinearità jeħtieġ algoritmi ferm aktar kumplessi li jbassru t-distorsjoni tas-sinjal ibbażata fuq forom tal-mewġ trażmessi. Xi implimentazzjonijiet avvanzati japplikaw pre-kumpens tan-nonlinearità fit-trasmettitur, u jgħawġu deliberatament is-sinjal trażmess sabiex in-nonlinearity tal-fibra ġġib lura għall-forma korretta fir-riċevitur.

 

Evoluzzjoni tal-Fattur tal-Forma u Limitazzjonijiet tal-Qawwa

 

Transceivers koerenti bdew bħala implimentazzjonijiet ta' line-card li jikkunsmaw mijiet ta' watts fuq slots tax-chassis multipli. Il-fattur tal-forma tas-CFP, introdott madwar l-2010, kiseb madwar 100W ta 'enerġija f'modulu kbir pluggable. Il-moduli CFP2 naqqsu dan għal 40-60W sal-2014, u ppermettew interfaces koerenti ta'-slot wieħed. L-avvanz fil-formati QSFP-DD (15W) u OSFP (20-25W) kien jeħtieġ il-bidliet arkitettoniċi deskritti hawn fuq: DSPs 7nm, integrazzjoni tal-fotonika tas-silikon, u ottimizzazzjoni aggressiva tal-qawwa.

Il-pakkett tal-enerġija QSFP-DD ta' 15W jkisser bejn wieħed u ieħor: 6-7W għad-DSP, 2-3W għall-magna fotonika tas-silikon inklużi modulaturi u riċevituri, 3-4W għal amplifikaturi tas-sewwieq u amplifikaturi trans-impedenza, u 1-2W għall-laser tunable. Dan il-baġit strett iġġiegħel bosta kompromessi tad-disinn. Karatteristiċi bħal tħaddim b'rata doppja jew algoritmi FEC imtejba jżidu tagħbija ta 'proċessar li tista' ma tkunx taqbel fil-limiti tal-qawwa. Il-ġestjoni termali ssir kritika-15W imxerrda minn modulu żgħir teħtieġ disinn bir-reqqa tas-sink tas-sħana u l-fluss tal-arja tas-sistema ospitanti.

Id-daqs akbar ta' OSFP u l-baġit ta' enerġija ta' 20-25W ​​jippermettu implimentazzjonijiet aktar kapaċi. L-ispeċifikazzjoni OpenZR+ li timmira għan-netwerks tal-metro topera f'format OSFP, li tappoġġja qawwa ogħla tal-ħruġ permezz ta 'amplifikazzjoni ottika integrata, algoritmi DSP aktar sofistikati, u meded ta' temperatura estiżi. Il-5-10W addizzjonali jippermettu karatteristiċi bħall-iffurmar probabilistiku u l-FEC ta 'qligħ ogħla li jtejbu l-firxa minn 120 km għal 500+ km meta mqabbla ma' implimentazzjonijiet bażiċi ta '400ZR.

L-ottika ko-ippakkjata tirrappreżenta l-fruntiera ta' integrazzjoni li jmiss. Pjuttost milli moduli pluggable, CPO ipoġġi dies fotoniċi direttament ħdejn is-silikon tal-iswiċċ, u jelimina s-serializzaturi elettriċi-deserializers u l-konsum tal-enerġija assoċjat tagħhom. Fl-arkitetturi CPO, il-magna ottika koerenti tista' tinħela 5W għal kapaċità ta' 400G, meta mqabbla ma' 15W f'fattur ta' forma pluggable. Dan it-tnaqqis tal-qawwa 3x ġej minn mogħdijiet elettriċi iqsar u l-eliminazzjoni ta 'stadji żejda ta' kondizzjonament tas-sinjali. Madankollu, CPO tissagrifika s-sostituzzjoni tal-kamp, ​​u tikkomplika l-manifattura u l-loġistika tas-servizz.

Il-korpi tal-istandards jaħdmu biex jibbilanċjaw l-interoperabbiltà mal-innovazzjoni. Il-ftehim ta' implimentazzjoni OIF 400ZR jiddefinixxi subsett speċifiku ta' kapaċitajiet koerenti-64 GBd symbol rate, DP-modulazzjoni 16QAM, algoritmu FEC speċifikat li jiżgura interoperabilità ta' diversi bejjiegħa għal applikazzjonijiet ta' interkonnessjoni taċ-ċentru tad-dejta. OpenZR+ jestendi dan għal distanzi tal-metro b'parametri aktar flessibbli. Implimentazzjonijiet proprjetarji bħall-pjattaformi WaveLogic ta' Ciena jew ICE ta' Infinera jimbuttaw il-prestazzjoni aktar iżda jeħtieġu tagħmir li jaqbel fiż-żewġt itruf tal-link.

 

 

Baġits tal-Prestazzjoni fit-Twal-u l-Enerġija Ottika

 

Il-firxa tat-trażmissjoni tiddependi fundamentalment fuq il-baġit tal-qawwa ottika-id-differenza bejn il-qawwa mnedija u s-sensittività tar-riċevitur. Modulu 400G-ZR tipikament jikseb qawwa ta 'tnedija ta' 0 dBm permezz ta 'amplifikaturi ottiċi semikondutturi integrati u juri sensittività tar-riċevitur -20 dBm, li jagħti baġit ta' enerġija ta '20 dB. Wara li tammonta għal telf ta 'konnettur ta' 3-4 dB, attenwazzjoni tal-fibra ta '0.2 dB/km, u marġni meħtieġ, dan jippermetti madwar 80 km jilħqu.

Transceivers ottimizzati tal-Metro-estendu l-firxa permezz ta' qawwa ogħla tal-varar u sensittività mtejba tar-riċevitur. L-implimentazzjonijiet ta' OpenZR+ jiksbu tnedija ta' +4 dBm permezz ta' amplifikaturi integrati aktar kapaċi u sensittività ta' -24 dBm permezz ta' algoritmi DSP imtejba u fotodetectors b'inqas ħsejjes. Il-baġit imtejjeb ta' 28 dB jippermetti medda ta' 400 km b'amplifikazzjoni ottika, jew 1,000+ km b'amplifikaturi tal-fibra drogati bl-erbju kull 80-100 km.

Is-sistemi ta' sottomarini ta'-long-haul joperaw b'mod differenti. Minflok transceivers pluggable, dawn jużaw implimentazzjonijiet tal-linja-card b'amplifikaturi esterni ta' qawwa għolja- li jiġġeneraw qawwa tal-varar ta' +10 għal +15 dBm. L-ispazjar tal-amplifikaturi ottiċi kull 50-80 km iżomm is-saħħa tas-sinjal fuq distanzi transoċeaniċi. Il-metrika ewlenija ssir effiċjenza spettrali-kemm bits kull sekonda għal kull Hz ta' bandwidth ottiku. Implimentazzjonijiet avvanzati jiksbu 8-10 bits/s/Hz permezz ta 'PCS, QAM ta' ordni għoli meta OSNR jippermetti, u FEC sofistikat li jipprovdi qligħ ta 'kodifikazzjoni ta' 11-12 dB.

Il-multiplexing DWDM jaggrega kanali ta' wavelength multipli fuq fibri singoli. Is-sistemi moderni jappoġġaw 96 kanal bi spazjar ta' 50 GHz fil-medda C-, jew 192 kanal fi spazjar ta' 25 GHz b'filtrazzjoni aktar stretta. Sistema ta 'faxxa C+L mgħobbija bis-sħiħ tista' ġġorr 200+ wavelengths, kull wieħed f'400G, li tagħti kapaċità aggregata ta '80 Tbps fuq par ta' fibra. Transceivers koerenti għandhom jeżistu flimkien ma 'kanali li jmissu ma' crosstalk minimu, li jeħtieġu filtrazzjoni ottika qawwija u stabbiltà preċiża tal-wavelength.

Multiplexers ottiċi add-drop konfigurabbli mill-ġdid jippermettu rotta ta' wavelength flessibbli mingħajr konverżjoni ottika-elettrika-ottika. Transceivers koerenti jaħdmu ma 'ROADMs permezz ta' kontroll bir-reqqa tal-wavelength u qawwa ta 'tnedija adegwata biex jegħlbu t-telf ta' inserzjoni ta 'ROADM, tipikament 10-15 dB għal netwerks ta' malji kumplessi. Il-lejżers sintonizzabbli f'moduli koerenti jappoġġaw ir-rikonfigurazzjoni tal-wavelength f'minuti aktar milli jeħtieġu bidliet fiżiku tal-modulu, fattur ewlieni li jippermetti netwerks adattivi.

 

Sfidi ta' Implimentazzjoni u Skambju ta' Disinn-offs

 

L-integrazzjoni tal-komponenti tippreżenta sfidi persistenti. Il-fotonika tas-silikon teħtieġ kontroll preċiż tal-ħxuna tas-saffi tal-gwida tal-mewġ-varjazzjonijiet ta' 1-2 nanometri iċċaqilqu t-tul ta' mewġ reżonanti u jiddegradaw il-prestazzjoni. L-integrazzjoni eteroġenja tal-lejżers III-V fuq sottostrati tas-silikon titlob allinjament sub-mikron u akkoppjar ottiku b'telf baxx. Ir-rendiment tal-manifattura jibqa' sensittiv għall-varjazzjonijiet tal-proċess, għalkemm jitjieb bl-esperjenza tal-funderija.

Il-ġestjoni termali tikkomplika l-fatturi tal-forma kompatti. Id-dissipazzjoni tal-qawwa kkonċentrata ta '15W f'modulu QSFP-DD toħloq hotspots li jaqbżu t-80 grad fil-junctions tal-komponenti. Din iż-żieda fit-temperatura tbiddel il-wavelengths tal-lejżer, tvarja t-tulijiet tal-mogħdijiet ottiċi fil-waveguides tas-silikon, u tħaffef it-tixjiħ tal-komponenti. It-tixrid tas-sħana permezz ta 'heatsinks tal-metall u disinn termali tal-PCB bir-reqqa jtaffu dawn l-effetti, iżda r-restrizzjonijiet termali ta' spiss jillimitaw il-prestazzjoni massima.

L-ittestjar u l-kwalifika jestendu l-iskedi taż-żmien tal-iżvilupp. Transceivers koerenti għandhom juru rati ta 'żball tal-bit taħt 10^-15 f'meded ta' temperatura, grilji ta 'wavelength, u tipi ta' fibra. L-ittestjar tal-konformità tal-Protokoll jivverifika l-qafas tal-Ethernet, l-inkapsulament OTN, u l-interfaces tal-ġestjoni. Il-validazzjoni tal-interoperabbiltà teħtieġ ttestjar ma' diversi bejjiegħa tat-tagħmir. Dan il-proċess tipikament jikkonsma 18-24 xahar mill-ewwel silikon sal-ħruġ tal-produzzjoni.

L-istruttura tal-ispiża tvarja minn ottika ta' skoperta diretta-. Id-DSP speċjalizzat, l-integrazzjoni fotonika, u l-komponenti tal-lejżer tunable joħolqu spejjeż ta 'bażi ​​ogħla, ikkumpensati billi jeliminaw il-kumpens tad-dispersjoni esterna u jappoġġaw firxa itwal. Il-volumi tal-manifattura jmexxu l-ispejjeż tal-unità-b'100,000 unità fis-sena, il-fotonika tas-silikon tikseb parità tal-ispiża b'assemblaġġ diskret; f'miljuni ta 'unitajiet, is-silikon iwassal tnaqqis fl-ispiża ta' 50-60%.

Il-frammentazzjoni tal-istandards tikkomplika l-iskjerament. Filwaqt li 400ZR kiseb adozzjoni wiesgħa, estensjonijiet bħal OpenZR + u formati proprjetarji jifframmentaw is-suq. It-tagħmir li jeħtieġ implimentazzjonijiet ta' transceiver li jaqblu joħloq lock tal-bejjiegħ-in u jikkomplika netwerks ta' diversi-bejjiegħa. Konsorzji industrijali jaħdmu lejn standardizzazzjoni akbar, iżda d-differenzjazzjoni tal-prestazzjoni inċentivi estensjonijiet proprjetarji.

L-iskala tal-enerġija għal 800G u 1.6T timbotta l-limiti kollha simultanjament. L-irduppjar tar-rata tad-dejta filwaqt li jinżammu l-baġits tal-enerġija teħtieġ DSPs ta '5nm jew 3nm, formati ta' modulazzjoni mtejba, u integrazzjoni fotonika aħjar. Sempliċement skalar ta 'arkitetturi 400G b'mod lineari jaqbeż il-pakketti tal-enerġija u l-limiti termali. Tekniki ġodda bħall-ipproċessar tas-sinjali analogi, ekwalizzazzjoni tad-dominju ottiku, u arkitetturi chiplet eteroġenji għandhom l-għan li jiksru dawn ir-restrizzjonijiet.

 

Dinamika tas-Suq u Segmenti ta' Applikazzjoni

 

L-applikazzjonijiet ta' interkonnessjoni taċ-ċentru tad-dejta wasslu għall-adozzjoni inizjali li tista' tiġi pplaggjata koerenti. Fornituri tal-cloud li jgħaqqdu faċilitajiet 40-120 km 'l bogħod minn xulxin użaw moduli 400ZR f'miljuni ta' unitajiet kull sena, li jissostitwixxu tagħmir tat-trasport iddedikat b'konnessjonijiet diretti bejn router-ma' router. Din l-arkitettura "IP fuq DWDM" simplifikat in-netwerks, naqqset il-konsum tal-enerġija, u tejbet l-ekonomija permezz ta 'inqas tipi ta' tagħmir u mudelli operattivi.

It-trasportaturi tat-telekomunikazzjoni jżommu rekwiżiti differenti. Netwerks tal-metro u reġjonali li jkopru 200-2,000 km jeħtieġu prestazzjoni ogħla milli jagħtu l-moduli ottimizzati DCI. Karatteristiċi ta' grad-Telco jinkludu monitoraġġ imtejjeb, irfinar ta' wavelength bla hit, u standards ta' affidabbiltà tal-klassi ta' trasportatur. OpenZR+ u implimentazzjonijiet koerenti proprjetarji jindirizzaw dawn il-ħtiġijiet b'DSPs aktar kapaċi, prestazzjoni ottika aħjar, u appoġġ estensiv għall-operazzjonijiet.

Is-sistemi tal-kejbil taħt il-baħar jirrappreżentaw il-quċċata tal-prestazzjoni. Ir-rabtiet transoċeaniċi jitolbu kapaċità massima għal kull fibra u l-ogħla affidabbiltà minħabba postijiet ta' skjerament inaċċessibbli. Dawn is-sistemi jużaw implimentazzjonijiet koerenti tad-dwana ottimizzati għall-għażla tal-modulazzjoni speċifika tal-link-ibbażat fuq il-karatteristiċi tal-fibra mkejla, il-gwadann massimu tal-kodifikazzjoni FEC li jittollera medda itwal ta' riġenerazzjoni, u redundancy estensiva. Il-ħajja tal-kejbil ta' 25+ snin jeħtieġu kwalifika tal-komponenti li taqbeż l-istandards kummerċjali tipiċi.

It-trasport 5G joħloq domanda emerġenti għal ottika koerenti. Id-densifikazzjoni tan-netwerk mobbli u t-tkabbir tal-bandwidth imexxu r-rekwiżiti tal-fibra għal konnessjonijiet backhaul tas-sit taċ-ċelluli u midhaul. Transceivers koerenti li jappoġġjaw meded ta 'temperatura industrijali jippermettu skjeramenti fil-beraħ f'kabinetti remoti jew fit-toroq. L-implimentazzjonijiet koerenti ta' 100G f'pakketti kompatti,-effiċjenti tal-enerġija u mwebbsa ambjentalment jimmiraw għal dan is-segment, u jinnegozjaw il-prestazzjoni massima għall-ispiża u r-reżistenza.

In-netwerks tal-intrapriżi storikament użaw ottika ta' skoperta diretta- minħabba distanzi iqsar u rekwiżiti ta' bandwidth aktar baxxi. Madankollu, is-sinsla tal-kampus tal-400G u l-konnessjonijiet bejn il--bini jiġġustifikaw dejjem aktar ekonomija koerenti. Skjerament simplifikat permezz ta 'fatturi ta' forma pluggable u spejjeż li qed jonqsu jespandu s-suq indirizzabbli lil hinn min-netwerks tat-trasportaturi tradizzjonali.

 

Pjan Direzzjonali tat-Teknoloġija u Direzzjonijiet Futuri

 

Transceivers koerenti 800G daħlu fil-produzzjoni fl-2024, impjegaw DSPs 5nm u skemi ta 'modulazzjoni mtejba. B'rata ta 'simbolu ta' 90-100 GBd b'modulazzjoni 16-QAM jew 8-QAM, dawn l-apparati jirdoppjaw il-kapaċità ta '400G f'fatturi ta' forma simili. Il-konsum tal-enerġija żdied għal 18-22W għall-implimentazzjonijiet tal-OSFP, fit-tarf tal-kapaċitajiet ta 'ġestjoni termali. Il-każ ekonomiku jibqa' konvinċenti għal konnessjonijiet ta' kapaċità għolja fejn l-irduppjar tal-kapaċità fuq l-infrastruttura eżistenti tal-fibra jiddifferixxi l-espansjoni għalja tal-impjant tal-fibra.

1.6T koerenti tirrappreżenta l-fruntiera tal-iżvilupp attwali. Id-dimostrazzjonijiet laħqu din ir-rata permezz ta' tħaddim ta' 140 GBd b'modulazzjoni 8-QAM, għalkemm l-iskjerament kummerċjali jistenna d-disponibbiltà tad-DSP ta' 3nm u aktar titjib fl-integrazzjoni fotonika. Alternattivament, l-implimentazzjonijiet ta' trasportatur doppju 800G multiplikaw żewġ kanali 800G f'modulu wieħed. Il-mogħdija ottimali tiddependi fuq l-effiċjenza tal-enerġija, il-miri tal-ispiża, u l-kunsiderazzjonijiet ta'-time to market.

Lil hinn mid-DSPs elettriċi, l-ipproċessar tas-sinjali ottiċi joffri ffrankar potenzjali tal-enerġija. It-twettiq ta 'xi ekwalizzazzjoni, kumpens ta' dispersjoni, jew irkupru tal-fażi fid-dominju ottiku bl-użu ta 'ċirkwiti fotoniċi jista' jnaqqas it-tagħbija komputazzjonali DSP. Madankollu, l-ipproċessar ottiku nieqes mill-flessibbiltà u l-adattabilità tal-algoritmi diġitali, li jillimita l-applikabilità għal indebolimenti speċifiċi,-karatterizzati tajjeb.

Il-komunikazzjoni kwantika tesplora teknoloġija koerenti għad-distribuzzjoni taċ-ċavetta quantum. Il-fażi preċiża u l-kontroll tal-polarizzazzjoni meħtieġa għall-istati quantum jisfruttaw kapaċitajiet koerenti tat-transceiver. Filwaqt li llum niċċa, in-netwerks quantum jistgħu jadottaw ħardwer koerenti bħala pedament, u joħolqu sinerġiji bejn komunikazzjonijiet ottiċi klassiċi u quantum.

L-applikazzjonijiet tal-intelliġenza artifiċjali jimbuttaw ir-rekwiżiti tal-bandwidth ogħla. It-taħriġ ta' mudelli ta' lingwi kbar iqassam il-komputazzjoni fuq eluf ta' GPUs, u jiġġenera traffiku taċ-ċentru tad-dejta tal-Lvant-punent imkejjel f'exabytes kull xahar. Dan it-traffiku juża dejjem aktar ottika koerenti għall-prodott ta' kapaċità superjuri tiegħu-distanza, anke f'bini wieħed. Hekk kif il-piżijiet tax-xogħol tal-AI jikbru, jistgħu jsiru l-mutur dominanti tal-volum koerenti tat-transceiver.

 

Konklużjoni

 

Ir-rekwiżiti tat-teknoloġija avvanzata ta 'transceivers koerenti joħorġu minn restrizzjonijiet fundamentali tal-fiżika u miri ta' prestazzjoni. Il-manipulazzjoni tal-fażi ottika u l-polarizzazzjoni titlob kontroll fuq skala nanometru-tal-istrutturi fotoniċi. L-ipproċessar ta' gigabits għal kull simbolu b'rati ta' multigigahertz jeħtieġ proċessuri ta' sinjali diġitali avvanzati-. L-integrazzjoni ta' dawn il-kapaċitajiet f'pakketti kompatti,-effiċjenti tal-enerġija timbotta t-teknoloġiji tas-semikondutturi, il-fotonika u l-ippakkjar għal-limiti tagħhom.

Il-progress ikompli permezz ta' avvanzi kkoordinati f'diversi dixxiplini. Id-disinjaturi tad-DSP jiċkienu n-nodi tal-proċess u jottimizzaw l-algoritmi. L-inġiniera tal-fotonika jiżviluppaw modulaturi aħjar u integrazzjoni ta'-telf aktar baxxa. Periti tas-sistema jibbilanċjaw formati ta 'modulazzjoni, rati ta' simbolu, u overhead FEC għal applikazzjonijiet fil-mira. Ir-riżultat huwa titjib kostanti fil-kapaċità, il-firxa, u l-kost-effettività li jippermetti l-espansjoni tal-kapaċitajiet tan-netwerk.

Il-fehim għaliex transceivers koerenti jeħtieġu teknoloġija avvanzata bħal din idawwal il-kompromessi tal-inġinerija-li jsawru n-netwerks ottiċi. Kull għażla ta 'disinn-7nm kontra 5nm DSP, silikon kontra modulatur niobat tal-litju, 16-QAM kontra modulazzjoni 8-QAM-jinvolvi analiżi bir-reqqa tal-prestazzjoni, l-enerġija, u l-implikazzjonijiet tal-ispiża. It-teknoloġija tkompli tevolvi malajr, immexxija minn domanda insatiable bandwidth u ppermettiet mill-avvanzi tal-industrija tas-semikondutturi.