Las principales tendencias, como la computación en la nube y el big data, están impulsando un crecimiento exponencial del tráfico y la aparición de Ethernet 400G. Las redes de centros de datos están experimentando una mayor demanda de ancho de banda, lo que requiere tecnologías innovadoras para satisfacer los requisitos cambiantes de la infraestructura. Actualmente se están considerando dos tecnologías diferentes de modulación de señal para Ethernet de próxima generación: sin retorno a cero (NRZ) y modulación de amplitud de pulso de 4 niveles (PAM4). En este artículo, veremos estos dos métodos de modulación y los compararemos para encontrar la mejor opción para Ethernet 400G.
Conceptos básicos de NRZ y PAM4
NRZ es una técnica de modulación que utiliza dos niveles de señal para representar información 1/0 en una señal lógica digital. El 0 lógico es un voltaje negativo y el 1 lógico es un voltaje positivo. Durante cada período de reloj, se puede transmitir o recibir un bit de información lógica. La velocidad en baudios, o velocidad de símbolos, es igual a la velocidad de bits de las señales NRZ.
PAM4 es una tecnología que utiliza cuatro niveles de señal diferentes para transmitir una señal, y cada período de símbolo representa 2 bits de información lógica (0, 1, 2, 3). Para lograr esto, la forma de onda tiene 4 niveles diferentes que transportan 2 bits: 00, 01, 10 u 11 como se muestra a continuación. A dos bits por símbolo, la velocidad en baudios es la mitad de la velocidad en baudios.
Comparación de NRZ y PAM4
tasa de bits
Al transmitir datos utilizando el mecanismo NRZ, la velocidad en baudios y la velocidad de bits serán las mismas ya que un carácter puede transportar un bit. Una tasa de transferencia de 28 Gbps (gigabits por segundo) equivale a una tasa de transferencia de 28 GBd/s (gigabaudios por segundo). Dado que PAM4 transporta 2 bits por símbolo, a una velocidad de transferencia de 56 Gbps, PAM4 transferirá datos a una velocidad de 28 Gbps. Por lo tanto, PAM4 duplica la velocidad de datos para una velocidad de bits determinada en comparación con NRZ, lo que proporciona una mayor eficiencia para la transmisión óptica de alta velocidad, como 400 Gbps. Más específicamente, se puede implementar una interfaz Ethernet de 400 Gbps con ocho carriles a 50 Gbps o cuatro carriles a 100 Gbps utilizando modulación PAM4.
Pérdida de señal
PAM4 permite transmitir el doble de información por ciclo de símbolo que NRZ. Así, a la misma velocidad de datos, PAM4 tiene sólo la mitad de la velocidad de transmisión, también llamada velocidad de símbolo, en comparación con la señal NRZ, por lo que la pérdida de señal causada por el canal de transmisión se reduce considerablemente al transmitir una señal PAM4. Este beneficio clave de PAM4 permite que los enlaces e interconexiones existentes se utilicen a velocidades de datos más altas sin duplicar la velocidad de transferencia ni aumentar las pérdidas de enlaces.
Relación señal-ruido (SNR) y tasa de error de bits (BER)
Según la siguiente figura, la altura del ojo para Pam4 es 1/3 de la altura del ojo para el NRZ, lo que conduce a un aumento en la SNR (relación seña l-Shrum) para PAM4 po r-9. 54 dB (bien para el Presupuesto del canal), que afecta la calidad de la señal y realiza restricciones adicionales en la transmisión de señal de alta velocidad. Una abertura vertical inferior del ojo hace que la señal PAM4 sea más sensible al ruido, lo que conduce a un coeficiente más alto de errores de bit. Sin embargo, el uso de PAM4 se hizo posible debido a la corrección de errores en la dirección directa (FEC), lo que puede ayudar al sistema de canales a lograr el BER deseado.
El consumo de energía
La disminución en BER en el canal PAM4 requiere igualación en el lado RX y la compensación preliminar en el lado TX, que consumen más energía que el canal NRZ para esta frecuencia de reloj. Esto significa que los transceptores PAM4 se libera más calor en cada extremo del canal. Sin embargo, la nueva plataforma moderna basada en Silicon Photonics (SIPH) le permite reducir de manera efectiva el consumo de energía y puede usarse en transceptores 400G. Por ejemplo, el transceptor FS Silicon Photonics 400G combina chips sifes y señalización PAM4, lo que lo convierte en una solución económicamente efectiva con bajo consumo de energía para 400 g de centros de procesamiento de datos.
Transición de NRZ a PAM4 para 400G Ethernet
En relación con la transferencia de grandes cantidades de datos en todo el mundo, muchas organizaciones se esfuerzan por cambiar a 400 g. Inicialmente, para 400 g de Ethernet, el circuito NRZ se usó con una velocidad de transferencia de 6 × 25 GB/s, por ejemplo 400G-SR16, pero la pérdida de comunicación y el tamaño del esquema no pueden satisfacer los requisitos de Ethernet 400G. Si bien PAM4 proporciona una velocidad de transferencia de datos más alta a la mitad de la velocidad de transmisión, los desarrolladores pueden continuar utilizando los canales existentes a una tasa de datos potencial de datos de 400 g de Ethernet. Como resultado, Pam4 superó al NRZ como un método de modulación preferido para transmitir señales eléctricas u ópticas en módulos ópticos 400 g.
