400G以太网收发器简介

400GE是100GE发展的下一步，因此400G以太网收发器显得越来越重要。当前用于客户端接口的最先进的400G可插拔模块是QSFP-DD模块，它通常用在处理最大带宽的交换机，路由器和传输设备等元件中。下面我们就简单介绍最新的400G接口。

自2018年初以来，伴随着托管和基于云服务的Internet连接的设备和用户数量不断增加，一些数据中心就已经出现了对400G的需求。同时IoT（物联网）的发展，使得设备变得越来越依赖于通过Internet与其他设备和系统交换数据，在这里我们知道，为了提高吞吐能力并减少延迟，我们通过5G NR（New Radio）技术来确保Fronthaul和Backhaul的性能。由于数据中心内部和内部的大容量通信，2017年底引入了在光学物理介质上定义400GbE的IEEE 802.3bs标准。最近又增加了IEEE 802.3cm，在多模光纤上使用4或8条传输线定义了400GbE。同时，也还有一些其他标准正在制定中，将于2021年获得批准。

以前，要将l连接速率从100G升级到400G，考虑400G性能要求，可能需要我们增加新的光纤线路。现在，由于DSP（数字信号处理器）质量和生产成本的巨大提升，可能仅需升级线路两端的连接，而无需接触或添加新的通信线路，就可以从100G过渡到400G。DSP充当连接收发器电气和光学接口的粘合剂。它是一种变速箱，可将例如8个50G PAM4信号的电气通道转换为4个100G PAM4信号的光学通道。尽管如此，由于接收端集成CRC重定时器和FEC, DSP可以利用PAM4来理解所有噪声。在这里我们来看看什么是是PAM4。从本质上讲，PAM4是所谓的4电平脉冲幅度调制。PAM4信号有四个电压电平，每个幅度电平分别对应逻辑比特00、01、10和11。换言之，PAM4编码的每个符号由2个比特组成，它们对应一个电压电平，即幅度。

与使用NRZ（不归零）的25G SFP28和100G QSFP28的5G使能收发器（即PAM2（2电平脉冲幅度调制））的最常见编码相比，这是一项重大改进。

但是，与NRZ相比，PAM4也有比较大的缺点。PAM4将OSNR提高了-9.54 dB（链路预算损失），并且对链路质量提出了更高的要求。例如，时钟稳定性和接收器质量。另外，在讨论收发器时，外形尺寸在其功能上起着至关重要的作用。那么最适合400G的外形尺寸是多少。目前400G收发器的主要产品是QSFP-DD，OSFP和CFP8。如下图显示了上述三种外形尺寸之间的比较。

从上面的表格中可以看出，QSFP-DD提供了最大的端口密度。这使QSFP-DD比OSFP尺寸模块和体积更大的CFP8模块更具吸引力。同时QSFP-DD还可以确保与QSFP从属端口的向后兼容性，并允许从100G QSFP28系统升级到支持400G的解决方案。在功耗上（模块可以耗散的最大功率而不损坏内部组件）也是非常重要的考虑因素，在这方面QSFP-DD也有优势，而功耗主要来自于微控制器和PAM4 DSP。为了确保将内部组件的发热降低到临界以下，EUV（极紫外线光刻）技术的出现也将减少QSFP-DD逻辑部件的功耗。与100G的QSFP28相比，在文章前半部分，我们聊天400G QSFP-DD是100G的升级，它是通过改进DSP和使用PAM4来实现的。但是，它与QSFP28的不同之处还在于，它具有4个额外的Tx和Rx通道，同时需要增加一个额外的电连接器以确保用于所述Tx和Rx通道的空间。这导致Host与可插拔400G QSFP-DD之间有8个50G PAM4流量通道.400G QSFP-DD SR8均使用50G PAM4将8条电信号通道转换为光通道。下面是不同400G收发器技术的参数对比：

可以看得出，而技术差异主要来自于“波长”那一列。它可以分为五个部分，即SR8，PSM4，CWDM4，LWDM4和LWDM8。400Gb除了增加使用的通道或波长SR8和LWDM8之外，所有技术原理均从QSFP28引入。