Molex于讓塵：單通道100G PAM4技術讓數(shù)據(jù)中心及5G無線光網(wǎng)絡更加高效

  ICCSZ訊 在9月4日舉辦的訊石光纖通訊市場暨技術專題研討會上，全球連接器領導者Molex公司Oplink業(yè)務發(fā)展副總裁兼光電解決方案總經(jīng)理于讓塵(Rang-Chen Yu)博士發(fā)表了《100G Lambda MSA and Data Center/5G Applications》演講報告，于博士講述了單通道100GPAM4技術的發(fā)展及多源協(xié)議會給數(shù)據(jù)中心以及5G網(wǎng)絡創(chuàng)造積極解決方案。Molex公司在2014年收購光器件領導者Oplink公司，Oplink公司由此成為Molex公司的光解決方案部門主力Molex/Oplink在珠海設有研發(fā)和生產(chǎn)基地，在武漢設有大型研發(fā)中心，在臺灣設有器件和硅光研發(fā)部門。于博士表示Molex跟中國電信運營商、數(shù)據(jù)中心運營商開展了廣泛的技術交流與合作，是多個光模塊多源協(xié)議(MSA)的主導者，包括100GLambda,QSFP-DDSFP-DD等，也參加了OSFP, COBO, OIF和NGOF等多源協(xié)議標準組織。Molex公司致力攜手中國運營商和設備商來推動光解決方案的產(chǎn)業(yè)化。

Molex公司于讓塵(Rang-Chen Yu)博士

  如今互聯(lián)網(wǎng)應用繁多，背后是運營商在管道上的大力鋪設以及互聯(lián)網(wǎng)公司在數(shù)據(jù)中心建設上的競爭，北美谷歌、亞馬遜、微軟和Facebook等都在建設數(shù)據(jù)中心上投入了大量的資金，中國的阿里巴巴、騰訊和百度等也在追趕。5G網(wǎng)絡也將催生光器件模塊和光解決方案的巨大需求。于博士認為，數(shù)據(jù)中心和5G在技術上會有共通點。數(shù)據(jù)中心對大帶寬的要求很高，目前數(shù)據(jù)中心主流選擇是100G，之后會向400G切換，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部鏈接一般在500m-2km，而數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)在60km-80km之間，并且DWDM技術會得到部署。5G方面，前傳100G CPRI成本壓力很大，而Nx25G eCPRI會很好的低成本優(yōu)勢，覆蓋距離在2km-20km，回傳對Nx50G和Nx100G都有很高的需求量，覆蓋距離在20km-60km之間。于博士還提到DWDM技術在節(jié)省5G光纖資源方面是很好的技術補充。

  眾所周知，數(shù)據(jù)中心是當前光通信技術更新最快、產(chǎn)品周期最短的應用領域，是推動光器件和光模塊發(fā)展的重要因素，于博士相信數(shù)據(jù)中心從100G向400G切換，會推動帶寬發(fā)展滯后的其他領域，如接入網(wǎng)和城域網(wǎng)。據(jù)Lightcounting預測，數(shù)據(jù)中心100G需求在2018-2023年之間依然會保持高增長，而400G會從2019年開始出現(xiàn)預商用的計劃，于博士認為對于光器件模塊及解決方案廠商來說明年會是400G關鍵年份，2019年激進的數(shù)據(jù)中心運營商會率先部署400G，2020年后400G市場會有明顯的上升。于博士還提到工業(yè)界對200G的共識是“400G切換期的過渡選擇”。在火熱的硅光領域，Molex公司于2011年通過收購業(yè)內(nèi)硅光技術領先者Luxtera 40G 收發(fā)模塊產(chǎn)品線及團隊（注：Luxtera芯片部分繼續(xù)存續(xù)，最近仍獨立運行），成為業(yè)內(nèi)第一個家真正在數(shù)據(jù)中心40G時代硅光大規(guī)模商用的光器件公司。傳統(tǒng)的分立器件方案，當前主流數(shù)據(jù)中心100G分為CWDM4和PSM4兩種路線，通過實踐對比，業(yè)內(nèi)逐漸在選擇CWDM4路線上達成一致，即采用4x25G波分方案來時實現(xiàn)100G鏈路。

  400G的成本十分關鍵，Molex公司推動成立100G Lambda MSA旨在將100G PAM4作為技術平臺推動數(shù)據(jù)中心100G向400G的切換。于博士指出傳統(tǒng)直接調(diào)制激光器成本往往具備最低成本，他認為能使用直調(diào)激光器(DML)解決的事情，用DML是最優(yōu)選擇，但業(yè)內(nèi)向更高速率演進時發(fā)現(xiàn)了瓶頸，直調(diào)激光器在實現(xiàn)更高波特率時難度大，當前業(yè)內(nèi)主流選擇EML和硅光調(diào)制器完成單波100G PAM4。

  于博士闡述了單波100G(單通道100G)來完成400G的優(yōu)勢，他認為八通道和四通道的對比，如果使用八通道就需要組裝8套光器件，產(chǎn)品良率問題十分關鍵。即時單個通道的良率達到95%，八個通道復合后達到的完整良率會降到66%。“模塊通道數(shù)量越多，對良率負面影響越大，這也是業(yè)內(nèi)真正實現(xiàn)大規(guī)模商用化的產(chǎn)品從來沒有超過四通道的原因，超過四通道其實是非常難做的”，于博士說道。

  既然通道數(shù)量會影響良率，那提高單通道速率就成為業(yè)內(nèi)的目標。再造2015年IEEE推動400G標準時，Molex公司思考采用單通道100G的四通道方案實現(xiàn)400G應用，方法是采用四電平調(diào)制，增加一倍比特率，再用50G波特率支持單波100G，DSP會成為該套方案的關鍵。于博士認為DSP會成為光通信的核心技術，無論是相干還是非相干，DSP都無法避免。他說：“未來的最佳解決方案必須是：一個數(shù)字處理器(DSP)+光器件，單純在物理上推動光器件演進已經(jīng)不堪負荷。而用不斷發(fā)展的CMOS工藝制造DSP，并實現(xiàn)高波特率已經(jīng)成為可能。在支撐光通信未來發(fā)展上，DSP將功不可沒”，并期待國產(chǎn)光通信DSP早日出現(xiàn)。

  100G Lambda MSA涵蓋定義了單波100G和4x100G的400G方案，100G FR /LR和400G FR4/LR4，可以補充IEEE 802.3標準。于博士指出IEEE標準進度已經(jīng)趕不上技術演進的需要，而DR8/LR8大規(guī)模部署也面臨極大的成本壓力，100G Lambda減少通道數(shù)量，相比4X25G方案降低了40%的成本，并提高封裝密度。同時CMOS適應大規(guī)模量產(chǎn)可以攤薄成本以及避免方向復用。目前，100G lambda發(fā)展成功吸引了38家全球領先的光器件公司共同參與，約占了光器件GDP的80%。于博士也指出最大的100G還是如何讓產(chǎn)業(yè)鏈接受單通道100G，無論是500m、2km或10km都有單波長100G的用武之地，前提是要通過數(shù)據(jù)中心400G切換來推動發(fā)展，這對5G光模塊低成本商用會帶來很好的技術積累，一旦數(shù)據(jù)中心單通道100G得到商用，其他領域也將收益。

  在數(shù)據(jù)中心架構中，400G光解決方案是采用400G DR4(并行)/FR4(粗波分)和LR4，不同數(shù)據(jù)中心運營商和互聯(lián)網(wǎng)公司可能有不同的選擇。

  100G PAM4成為主流技術平臺后還可以擴展到DWDM，這個是Molex在業(yè)內(nèi)主推的方案，希望把100G PAM4用在非相干的直接檢測上。如果你有好的調(diào)制器，其實只要把相應的光源換成1550nm光源，就用可能做成DWDM應用，當然這里面還會需要高性能DSP，因為到了C波段，細波分對色散是一個很大的挑戰(zhàn)，所以好的DSP對色散會有很好的改善，這是一件很有技術含量的事情。與相干技術相比，其帶來的低成本、低功耗在接入、匯聚等對容量、距離要求不高的場景是一種合適的補充方案。

  于博士還介紹了Molex公司100G PAM4 DWDM QSFP28演示，Molex在一套子系統(tǒng)上使用的100G PAM4 DWDM QSFP28，其采用基于硅光的寬帶MZ調(diào)制器，可以支持25G/50G/100GPAM4調(diào)制，專用DSP具有增強的色散容差水平。而Linebox側可以集成了C波段復用器和光放大器，可以自動色散補償調(diào)整并優(yōu)化整體鏈路性能。

  5G光解決方案，25G灰光會成為前傳主流并進入預商用階段，2019年將有一定的出貨量，而多速率WDM方案(10G/25G/50G)也將成為是重要補充。5G高速率光解決方案的要求是高帶寬、低時延、光纖效率、工作環(huán)境和傳輸距離。大帶寬方面，每個天線+大規(guī)模MIMO的前端移動數(shù)據(jù)速率要高得多，具有200MHz的8x8 MIMO的CPRI需要100Gbps，CPRI功能拆分以減少總帶寬(即eCPRI);時延要求是低于5ms;當光纖稀缺且統(tǒng)一管理時，WDM方案更合適;5G要求工作溫度在-40℃-85℃之間。

  最后，于博士對《100G Lambda和數(shù)據(jù)中心/5G網(wǎng)絡應用》做了總結，他表示100G PAM4技術將在下一代光網(wǎng)絡中成為主流。100G Lambda MSA正在成為行業(yè)規(guī)范，更多公司支持單通道100G，有助于經(jīng)濟實惠的100G/400G部署進下一代數(shù)據(jù)中心。還有100G PAM4在DWDM應用的拓展，在高帶寬數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)和5G無線前傳回傳和匯聚會有應用價值，因為多速率25G/50G/100G PAM4技術將創(chuàng)造靈活高效的光網(wǎng)絡解決方案。