面向未来网络创新的800G光模块解决方案
面向未来网络创新的800G光模块解决方案
在数据驱动技术与高速通信的时代，对更快、更可靠网络的需求比以往任何时候都更为迫切。云计算、大数据和人工智能的快速发展推动了带宽需求的持续增长，企业和服务提供商需要更先进的以太网技术来适应这一变革。本文将探讨800G光模块所提供的技术解决方案如何满足下一代高性能应用对速度和效率的严苛要求。
从400G到800G光模块的演进
数据流量呈指数级增长，传统的网络速率已难以应对激增的数据处理和传输需求。为应对这一挑战，业界正加速向800G光模块迈进。尽管400G在2023年之前仍占据重要市场地位，但800G预计将在2025年成为主流标准。推动这一网络速率升级的关键因素包括：
- 数据中心现代化：随着云计算服务的普及，数据中心必须升级互连架构，以更高效地处理海量数据流量。
- 高性能计算和AI：HPC和AI应用依赖高速数据传输来处理海量数据集并执行复杂计算，要求更高的网络带宽与低延迟。
- 电信行业扩展：随着5G网络的部署，电信公司需要更快的回传链路来支撑不断增长的移动数据流量和新兴业务。
图1：400G到800G光模块的演进
800G SR8短距离技术方案
在800G短距离应用中，传统多模光纤的传输距离受限，通常不足50m，即使采用最新的OM4或OM5多模光纤，也难以达到100m。鉴于这些限制，业界800G可插拔光模块工作组已决定放弃基于VCSEL的多模方案，并转向基于单模光纤的PSM8（并行单模8通道）技术，以实现更远距离的高速传输。
为支持超高速800G SR8传输，常采用PAM4调制与高性能DSP（数字信号处理器）技术。目前的800G SR8方案主要分为2类：基于DML（直接调制激光器）/EML（电吸收调制激光器）技术和基于硅光（SiPh）技术。详细配置信息见图2和图3。
800G SR8解决方案其中之一是采用8个100G DSP，部分设计也可用模拟CDR（时钟数据恢复）单元替代，以简化架构并提高效率。该方案基于DML或EML光芯片，所有通道工作在相同波长，以确保同步光信号传输。数据传输采用8通道并行单模光纤系统，每端使用8根光纤进行收发，通常搭配24芯或16芯MPO连接器，可实现高效短距高速互连。
图 2 8×100G SR8 DML/EML
另一种800G SR8解决方案采用硅光技术，利用8个SiPh Mach-Zehnder调制器或连续波激光器进行信号调制。该方案通过将SiPh作为发射端，并将调制器与光源分离，实现共享光源架构，从而支持并行多通道传输。
在合理控制插入损耗的情况下，该方案可以使用1至2个光源驱动8个并行通道，相比传统方案，大幅降低了光模块成本，同时提供更高的功耗效率，使其成为800G短距互连的经济高效解决方案。
图 3 8×100G PSM8 SiPh
800G DR/FR中距离互连解决方案
在500m传输距离的800G互连应用中，相较于400G DR4 SiPh解决方案，采用8个100G通道的SiPh技术在成本上并无明显优势，选择4个200G通道的配置反而能更有效降低成本。然而，100G组件的可靠性仍需进一步验证，以确保其在更广泛应用中的可行性。尽管8通道并行方案成本较高，但在MSA（多源协议）框架下仍可能作为初期可行方案。
如图4所示，800G DR4解决方案采用4个200G DSP进行信号处理，并搭配EML或SiPh光芯片，所有通道均工作在相同波长。由于DML在带宽扩展上的局限性，该方案不考虑DML组件。
在光纤连接方面，发送端和接收端均采用4根PSM4（并行单模4通道）光纤，所有通道使用相同波长进行数据传输，并通过12芯MPO连接器实现紧凑高效的光纤互连，确保800G DR/FR方案在中距数据中心互连中的性能与可靠性。
图 4 4x200G PSM4 EML/SiPh
在超过2km的800G数据传输场景下，单通道200G PAM4技术成为光通信领域的新突破，为4通道800G互连奠定了基础。相较于100G，速率提升至200G时，波特率翻倍，但灵敏度略微下降约3dB。为确保接收端灵敏度维持在-5dBm左右，系统引入了强大的前向纠错（FEC），以提升信号质量并高效纠正误码，确保高速传输的稳定性。
800G FR4 EML解决方案采用4个200G DSP和CWDM4 EML芯片，在发送端和接收端均使用波分复用器（WDM），使多个信号高效复用至符合CWDM4标准的单根光纤上。物理连接方面，该方案采用双LC接口，优化带宽利用率，实现高速、高效的长距离数据传输。如图5所示。
图 5 4x200G CWDM4 EML
800G LR/ER/ZR长距离互连解决方案
为满足10km连接的800G传输需求，行业提出了4种考虑色散限制的解决方案。
- 800G LWDM8或nLWDM8：采用长波分复用（LWDM）或窄线宽LWDM（nLWDM）的8通道方案，在提升传输容量的同时，优化色散管理。
- 800G LWDM4或nLWDM4：采用4通道LWDM或nLWDM设置，在传输能力与色散控制之间取得平衡。
- 800G自外差检测（SHD）相干传输：利用自外差相干检测技术，提高信号质量并有效补偿色散效应。
- 800G 相干光通信：采用通用相干光传输技术，提供更大的色散容限和更高的信号完整性，适用于超长距离高速数据传输
如图6所示，800G LR8解决方案采用8个100G DSP与LWDM8 EML光芯片配对。在发送端和接收端均使用波分复用器（WDM），使多个信号高效复用至单根LWDM8光纤，并通过双LC连接器确保光链路的高精度与稳定性。
图 6 8x100G LWDM8 EML
800G LR4解决方案采用4个200G DSP和4个EML光芯片，每个芯片在不同的LWDM4波长下运行，以实现高效的数据传输。
在接收端，该方案采用200G PAM4 雪崩光电二极管（APD），以提高信号检测的灵敏度，确保远距离传输的信号完整性。如图7所示，发送端和接收端均配置了波分复用器（WDM），所有信号经过复用后，传输至单根 LWDM4 光纤。整个系统均采用双LC连接器，以保证高效、稳定的数据传输和接收。
图 7 4×200G LWDM4 EML
目前，波长选择有2种选择方案：LWDM4（波长间隔800GHz）和nLWDM4（更密集的400GHz间隔）。nLWDM4方案在降低色散补偿成本、降低功耗和减少DSP计算复杂度方面具有明显优势。然而，要实现这些优势，需要研发新的EML芯片，这意味着光器件技术仍需创新突破。
对于40km和80km的长距离传输，行业已采用800G相干解决方案。该方案依托专用相干DSP和128Gbaud集成相干发射接收光学子组件（IC-TROSA），结合双LC连接器，确保数据传输的稳定性和高效性。
结论
800G光模块正处于满足日益增长的数据传输速度和效率需求的前沿。其先进技术支持高速、高带宽应用，已成为现代网络基础设施的关键。凭借其出色的性能和可扩展性，800G光模块将重塑各行各业的网络连接。
文章来源于飞速（FS）社区