Cómo PAM4 permitió el salto a 400G

En este blog, echamos un vistazo de alto nivel a PAM4, el esquema de modulación que hace posible la creación de redes 400G de corta distancia, y discutimos cómo esta tecnología ha permitido grandes avances en las redes ópticas tal como las conocemos. 

Introducción

Insaciable: esa es una palabra que describe acertadamente las crecientes demandas de ancho de banda de los usuarios finales globales. Si bien recientemente comenzamos a superar los 100G y aprovechar el potencial de 400G, ya está claro para muchos en el espacio de las redes ópticas que pronto, 800G se convertirá en una necesidad. A medida que el panorama más amplio de las telecomunicaciones espera implementar nuevas innovaciones en realidad virtual, IA y 5G, habrá un aumento correspondiente en la demanda de la velocidad y la capacidad que ofrece 400G/800G, especialmente para casos de uso de corto alcance como la interconectividad del centro de datos. El siguiente gráfico muestra una descripción general de los conectables más comunes en las últimas dos décadas. Se muestran los factores de forma física, así como la salida de velocidad de datos ópticos y algunos de los avances tecnológicos. Un nuevo esquema de modulación clave, PAM4, se introdujo alrededor de 2017 y permitió el gran salto de 100G a 400G. 

Cuando se trata de habilitar 400G y velocidades de Ethernet más altas, se necesita una modulación de amplitud de pulso de cuatro niveles o señalización multinivel PAM4 en lugar de la modulación sin retorno a cero (NRZ) preferida para aplicaciones de 100G. Entonces, ¿qué es la modulación PAM4 y cómo ha transformado las redes ópticas? 

¿Qué es 400G habilitado para PAM4? 

Los ingenieros de redes han utilizado durante mucho tiempo la modulación sin retorno a cero (NRZ) para 1G, 10G y 25G, utilizando la corrección de errores de reenvío (FEC) del lado del host para permitir transmisiones de mayor distancia. Para pasar de 40G a 100G, la industria simplemente recurrió a la paralelización de las modulaciones NRZ de 10G/25G, y también utilizó FEC del lado del host para las distancias más largas. Cuando se trata de lograr velocidades de 400G/800G y más rápidas, estas tecnologías estándar ya no son rentables. Como resultado, los ingenieros de redes ópticas se han pasado a la modulación PAM4para traer estos arquitecturas de red de ancho de banda ultra altoa buen puerto, por lo tanto la rentabilidad es uno de los impulsores de PAM4-habilitado 400G y superior. 

Figura 1a) Modulación NRZ

Figura 1b) Modulación PAM4

PAM4 es un esquema de modulación que combina dos bits en un solo símbolo con cuatro niveles de amplitud, como se muestra en la Fig. 1b. esto efectivamente duplica la velocidad de datos de una red, lo que permite la transmisión de corta distancia de 400G/800G.Como resultado, es un respuesta efectiva a las necesidades de los operadores de red para una solución rentableque NRZ simplemente no puede proporcionar.  

Cronogramas de implementación: actualización de redes para 400G y previsión de 800G 

Aunque PAM4 permite a los operadores de redes ópticas realizar transmisiones de 400G de corta distancia, crea una penalización en la relación señal/ruido (SNR). Es por esto que la distancia de transmisión se vuelve más corta, en el ámbito de distancias de hasta 10 km. Al mismo tiempo, también existe una necesidad mucho mayor de FEC para mitigar la pérdida de integridad de la señal. PAM4 puede no significar necesariamente la necesidad de más equipos, aunque las distancias de transmisión sean más cortas. Sin embargo, exige la necesidad de más procesamiento de señales, más corrección de errores y componentes de mayor rendimiento dentro de la arquitectura de una red. 

Los transceptores ópticos capaces de 400G también tienden a requerir más potencia que los de 100G y más pequeños. También estamos viendo una nueva generación de conmutadores de red a los que se pueden conectar los transceptores 400G habilitados para PAM4. El interés de los operadores de red en la transmisión de 400G sigue siendo alto, pero es probable que pase algún tiempo antes de que veamos esta tecnología implementada de forma generalizada. 

En la conferencia OFC '23 en San Diego, se discutió mucho sobre los últimos avances en tecnologías coherentes, sin embargo, se reconoció que la óptica PAM4 de detección directa aún puede tener una ventaja en el centro de datos debido a su menor costo y menor potencia. Informes de Scott Wilkinson de Cignal AI  “El rendimiento de la óptica basada en PAM4 de 400 GbE de la generación actual y la óptica PAM4 de 800 GbE inicial mantendrán la óptica coherente fuera del centro de datos hasta al menos la llegada de la óptica de 1,6 TbE, y tal vez incluso más”. 

Desde hace algunos años,AT&T ha estado invirtiendoen la actualización de su red a 400G para admitir las olas de tráfico sin precedentes que 5G promete producir. Según Fierce Telecom, AT&T "La red troncal de IP basada en 400G actualmente transporta 594 petabytes de tráfico doméstico cada día y existen planes destacados para garantizar que su arquitectura central pueda escalar a medida que aumenta la demanda de ancho de banda”. Desde una perspectiva de 5G, hemos visto que la interconectividad del centro de datos 400G de corta distancia se está volviendo especialmente destacada a medida que los operadores/proveedores de servicios buscan aprovechar una mayor virtualización de la red. Aunque 400G todavía es nuevo para muchos, la mayoría ahora reconoce que es necesario para satisfacer las necesidades de ancho de banda de los suscriptores de red en todo el mundo.  

El papel de precisión OT  

Precision OT es una empresa de ingeniería e integración de sistemas centrada en transceptores ópticos y componentes ópticos activos/pasivos relacionados.  El equipo de Precision OT lleva una línea completa deTransceptores ópticos compatibles con 400Gpara satisfacer la creciente demanda de óptica de próxima generación de alta calidad. La modulación PAM4 va de la mano con estas nuevas ofertas y pronto llegará la óptica 800G. Contáctenoshoy para preguntarnos más sobre lo que podemos hacer para apoyar su400G necesita.