800G光模塊技術背景

對于800G光模塊接口技術，有兩個主要的組織，一個是800G Pluggable MSA工作組，另一個是QSFP-DD800 MSA。基于800G Pluggable MSA工作組發布的800G技術白皮書，其主要應用場景是基于數據中心下的SR 百米級左右場景的8x100G解決方案、FR約2km場景的4x200G解決方案，以及在DR 約500m場景下800G可能的解決方案。今天要解讀的是SR場景下的8x100G技術。

當前的數據中心結構主要可以派生出兩種主要體系結構：

一種是超大規模數據中心3層結構，各層之間呈一定的收斂比，比如說3：1，而在Spine層之上，通過ZR類型的相干光互連方案來實現與其它數據中心的互聯，如下圖所示。這個結構是一個流量融合的網絡，通常取決于服務要求與Capex優化之間的平衡。

另一種是基于AI集群的數據中心網絡2層體系結構，如下圖所示。它的層級比第一種網絡結構要少，層與層之間沒有收斂，也意味著大數據的流量更大。這種結構下每個Leaf直接對接服務器接口，但流量交互就要小的多。同時，它的部署速度也要比第一種結構要快，幾乎沒有任何的流量融合。

那么以上結構在什么情況下要800G的接口需求？按照白皮書的建議：在第一種典型的結構中，如果Server到TOR之間的速率達到200G，那么再往上就得上800G（4x200G）。對于第二種數據中心結構場景，當Server到Leaf的數量流量達到2x200G時，Leaf層往上才能用到800G寬帶接口。

另外，在以上兩種結構中，業務到Leaf的距離通常是機架內4m/跨機架20m，TOR到Leaf層大約在60m-100m，而Leaf層到Spine通常在500m-2km不等，最后Spine到DCI以及之間的互聯在80km-120km左右。如文章開頭所說，MSA要解決的其一就是SR場景下800G接口技術，也就是覆蓋100m左右的SR 8x100G技術，其二是要解決500m-2km的FR與DR場景。

SR場景下的8x100G技術分析

對于MSA或者相關廠商來說，它們的目標都是開發出低成本的8x100G光模塊，而這種低成本的思路是定義一種通過高度集成的方式使成本線性下降的發射機技術。對于當前潛在的交換機端口不斷增長，每個機架服務器數量不斷減少的趨勢，也可以通過低成本的800G S提供串行100G服務器連接來支持。傳統的國內數據中心之間互聯是通過支持30-50m的VCSEL多模傳輸技術，而MSA側是基于100G PAM4技術的單模光纖互連，不再采用基于VCSEL的多模方案，而是采用并行單模SMF傳輸PSM8，調制格式為PAM4的方式（內置DSP芯片）的方式來實現800G SR場景需求，如下圖所示。

為了保證基于單模SMF下800G-SR8的低成本和功耗優勢，MSA為800G-SR8定義合理的PMD層標準確立了三個方面的原則：

• 多種方案的發射機技術，如DML,EML及硅光SiPh；
• 器件所有的潛能都能被充分利用，以達到目標鏈路性能；
• 只要滿足可靠的鏈路性能，盡可能放松PMD層的參數指標。

基于SMF的800G-SR8的解決方案的功率預算與IEEE 400G-SR8中定義的相似，區別在于新增PSM8連接器的插損，即基于當前400GE DSP ASIC以及成熟的光學電子元件就可以保障SR8的功率預算。除此以外，800G-SR8 PMD的最大挑戰就在于找到合適的發射機光調制幅度（OMA)，消光比（ER)，發射機眼圖閉合代價（TDECQ)以及接收機靈敏度。MSA工作組通過對比不同的發射機的BER性能，以找到合適的這些參數指標，如下圖所示。

（a）采用商用400G DSP芯片測試的EML發射機的BER與OMA結果；

（b）采用商用400G DSP芯片測試SiPh發射機的BER與OMA結果；

（c）采用商用400G DSP芯片測試DML發射機的BER與OMA結果。

以上比較都是基于400G DSP芯片上的測試結果。其中a和b方案已經廣泛討論，c方案中DML的BER性能表明，在這種情況下，OMA的靈敏度與EML,SiPh的靈敏度相當。考慮到SiPh的發射功率較低，以及三種方案的靈敏度都夠高，可以適當放寬800G-SR8中的最低OMA要求。同時考慮SR場景下靈敏度要求相對較低，以及800G模塊的功耗限制，MSA也建議使用低復雜的DSP模式。另一個參數是誤碼率ER，它也與功耗直接相關，通常情況下只要ER不會影響鏈路的可靠性，ER越小越好。

基于以上分析，在800G-SR方案中，基于SMF單模的低成本和功耗的解決方案也是可行的。下回看一看4x200G的解決方案。