为什么需要PAM4？

PAM4是PAM(Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制)调制技术的一种。PAM信号是继NRZ(Non Return-to-Zero)后的热门信号传输技术，也是多阶调制技术的代表，当前已被广泛应用在高速信号互连领域。

NRZ和PAM4信号典型波形如下图所示。其中，右侧为NRZ和PAM4的光眼图对比，NRZ为单眼波形，PAM4为三眼波形(y轴方向存在3个眼状图形)

NRZ与PAM4信号差异如下：

• NRZ信号采用高、低两种信号电平表示数字逻辑信号的1、0，每个时钟周期可以传输1bit的逻辑信息。
• PAM4信号采用4个不同的信号电平进行信号传输，每个时钟周期可以传输2bit的逻辑信息，即00、01、10、11。

因此，在同样波特率条件下，PAM4信号比特速率是NRZ信号的2倍，传输效率提高一倍，同时还可有效降低成本。因其高效的传输效率，IEEE以太网标准组802.3已确定在400GE/200GE/50GE接口中的物理层采用50Gbps/lane(简称50G) PAM4编码技术。

从4G至即将到来的5G，流量增长非常迅猛，但与此形成鲜明对照的是，运营商的收入依然以低速增长，两者的剪刀差越来越大。

如何缩小流量和收入的不平衡是运营商面临的一大痛点。如果可以解决此痛点，无疑会在5G解决方案竞争中获得优势。最有效降低剪刀差的措施是降低成本。在移动承载网设备的成本构成中，光模块占比越来越大。如果可以有效降低光模块的成本，无疑会对降低整网设备成本起到至关重要的作用。

同时，与前几代移动网络相比，5G网络的能力有了飞跃发展。例如，下行峰值数据速率可达20Gbps，而上行峰值数据速率可能超过10Gbps。在基础设施方面，运营商应该进行端到端的网络架构改造，构建从接入网、汇聚网到核心网的弹性架构，增强其基础设施的带宽扩展灵活性。

基于单通道50G PAM4技术的400GE/200GE/50GE可以很好适配5G对网络成本以及性能的诉求，构筑从接入、汇聚到核心网的最优解决方案。光电子技术是半导体技术一个分支。为了更好的提升发光效率和性能，业界普遍采用III-V族元素化合物进行光芯片设计，与仅需要保证电气性能的CMOS工艺用纯硅有较大差异。

当前光技术发展已成为接口发展技术瓶颈。CMOS工艺经过几十年发展已经非常成熟，由于有海量应用以及N次迭代后优化的工艺。相比之下，III-V族发展速度已显著落后，受限产业规模，在工艺成熟度和标准化方面存在较大差距。当前，光技术发展速度已不能满足经典的摩尔定律要求，即每18个月性能翻倍。

通信领域的光电子技术发展速度，当前需要24~36个月才能翻倍。为了使光电子技术发展更快，出现了硅光技术等新的工艺技术，以及高阶调制等算法技术等手段加速。PAM4属于高阶调制技术的一种，可认为是利用电领域技术加速光技术发展的一个有效方法。