NRZ, PAM4 ve DSP: retimer’ler, gearbox’lar, LPO, koherent

Şerit başına 25G’ye kadar bir alıcı-verici, bir lazeri açıp kapatarak ve sonucu bir komparatörle okuyarak bit taşırdı. Bunun ötesinde optikler ucuza hızlanamadığı için sektör her sembolün daha fazla bilgi taşımasını sağladı — PAM4 — ve gürültülü dört seviyeli dalga formunu okunabilir kılmak için modüle bir dijital sinyal işlemci koydu. DSP artık 400G ve üzeri modüllerin güç tüketimine, maliyetine ve gecikmesine hâkimdir; en yeni tasarımların onu yeniden kaldırmaya (LPO) veya daha derine taşımaya (koherent) çalışmasının nedeni de budur. Bu sayfa sinyal işleme zincirinin ne yaptığını ve her varyantın hostlar ve tanılama açısından ne anlama geldiğini açıklar.

Modülasyon formatları

Format	Sembol başına bit	Şerit örnekleri	Alıcı gereksinimleri	NRZ’ye göre ceza
NRZ (açık/kapalı, 2 seviye)	1	1G, 10G, 25G, 40G (4×10), 100G (4×25)	sınırlayıcı yükselteç + CDR	—
PAM4 (4 seviye)	2	şerit başına 50G, 100G, 200G; 400G (8×50 veya 4×100), 800G	doğrusal ön uç, ADC, DSP eşitleyici; RS-FEC zorunlu	≈ 9,5 dB daha az göz açıklığı → FEC ve eşitleme gerektirir
Koherent (iki polarizasyonda QPSK, 8QAM, 16QAM)	sembol başına 4–8	dalga boyu başına 100G–800G (ZR, ZR+)	yerel osilatör lazeri, 90° hibrit, dengeli PD’ler, 4 kanallı ADC + ağır DSP + FEC	uzun spanlarda büyük OSNR avantajı

PAM4 göz kalitesi basit bir maskeyle değil, TDECQ (verici dispersiyonu göz kapanması, kuaterner) ile ölçülür — seviyeleri geri kazanmak için bir referans eşitleyicinin ne kadar çalışması gerektiğini gösteren, DSP’den türetilmiş bir değerdir. Standartlar ve FEC eşleştirmesi: FEC, AN ve bağlantı eğitimi.

DSP ne yapar

host şeritleri ─► SerDes Rx ─► (yeniden zamanlama) ─► gearbox ─► DAC ─► sürücü ─► lazer/modülatör
fiber ─► PD/TIA (doğrusal) ─► ADC ─► CTLE/FFE/DFE eşitleyici ─► slicer ─► (koherentte FEC) ─► gearbox ─► SerDes Tx ─► host

İşlev	Amaç	Notlar
Yeniden zamanlama	her iki tarafta da temiz saat — CDR’nin işi, DSP’nin içine dahil edilmiştir	CDR
Eşitleme — CTLE, FFE, DFE, bazen MLSE	lazerin, fotodiyotun, fiberin ve PCB izlerinin bant genişliği sınırlarını geri alarak dört seviyenin yeniden ayrışmasını sağlar	adaptiftir; bağlantı kurulurken ms mertebesinde yakınsar
Gearbox	şerit sayısını değiştirir: hosttan 8 × 50G PAM4 ↔ optiğe 4 × 100G PAM4 (400G DR4/FR4); 4 × 25G NRZ ↔ 2 × 50G PAM4 (100G DR)	bir 400G modülün neden 8 elektriksel ve 4 optik şeride sahip olduğunun nedeni
Ön bozulma / sürücü şekillendirme	dört seviyenin eşit aralıklı olması için lazerin doğrusal olmayışını dengeler	üretimde modül başına ayarlanır
İzleme	FEC öncesi BER tahmini, SNR, göz ölçütleri — CMIS VDM’nin kaynağı	VDM ve FEC ölçütleri
FEC (yalnızca koherent)	modülün içinde oFEC / CFEC; Ethernet modülleri RS-FEC’i hosta bırakır	400ZR: CFEC; OpenZR+: oFEC

Maliyet: 400G’lik bir DSP 3–6 W çeker (modül bütçesinin yarısı), ~50–100 ns gecikme ve onlarca dolar ekler. Ayrıca modülü tasarlandığı uygulamalara sabitler — CMIS uygulama modelinin nedeni de budur (CMIS).

Yeniden zamanlanmış, doğrusal, yarı yeniden zamanlanmış

Mimari	Modülün içeriği	Güç (400G sınıfı)	Host gereksinimi	Durum
DSP / tamamen yeniden zamanlanmış	her iki yönde de ADC, DSP, DAC	8–12 W	uyumlu herhangi bir host — modül temiz bir arabirim sunar	ana akım 400G/800G
LPO — doğrusal takılabilir optik	yalnızca sürücü + doğrusal TIA; DSP yok, CDR yok	4–6 W	host SerDes’i, optikler dahil tüm kanalı eşitlemelidir; yetenekli bir ASIC ve bağlantı başına ayar gerektirir	AI/HPC kısa bağlantılar; LPO MSA (2023+)
LRO / HALO — yarı yeniden zamanlanmış	yalnızca Tx (host→optik) tarafında DSP	6–8 W	ara düzey	ortaya çıkan bir uzlaşım
CPO — birlikte paketlenmiş optik	anahtarın ASIC paketi üzerinde optik; takılabilir yok	bit başına en düşük	yeni anahtar tasarımları	erken dağıtımlar

Tanılama açısından bu fark önemlidir: bir LPO modülünde FEC öncesi BER veya SNR bildirecek bir DSP yoktur, bu yüzden bit düzeyindeki tek görünüm hostun FEC sayaçlarıdır ve bağlantı kalitesi, optikler kadar hostun eşitleyici ayarlarına da bağlıdır.

Kısaca koherent modüller

Bir 400ZR/ZR+ QSFP-DD veya OSFP; hem verici kaynağı hem de yerel osilatör olarak kullanılan ayarlanabilir bir lazer (nano-ITLA), DSP’nin DAC’leri tarafından sürülen bir IQ modülatörü (dört Mach-Zehnder bölümü, silisyum fotonik veya InP), entegre bir koherent alıcı (90° hibrit, dengeli fotodiyotlar, TIA’lar) ve kromatik dispersiyon telafisi, polarizasyon ayrımı, taşıyıcı geri kazanımı ve FEC yapan bir DSP içerir — 15–20 W’ta eski bir hat kartı transponderi. Bunların izleyicileri (OSNR, CD, DGD, Q faktörü, Rx sinyal gücü) CMIS VDM’de görünür (Koherent ve uzun mesafe).

NRZ modülleri: klasik zincir

1G–25G modüllerde zincir kısadır — sürücü, lazer, fotodiyot, TIA, sınırlayıcı yükselteç, isteğe bağlı CDR — ve bunun her yönü analogdur. Hız esnekliği CDR bypass’ından veya hız seçmeli bant genişliği anahtarlamasından gelir (Hız seçimi); tanılama Rx gücü ve hostun CRC/FEC sayaçlarıdır; gecikme birkaç nanosaniyedir. Bu basitlik, 10G ve 25G optiklerin ucuz kalmasının ve programlayıcıların hâlâ çoğunlukla bunları görmesinin nedenidir.

Host tarafındaki sonuçlar

Konu	NRZ modülü	PAM4 DSP modülü	LPO
Bağlantı kurulumu	anında	DSP yakınsaması + CMIS veri yolu başlatma (yüzlerce ms ile saniyeler arası)	host eşitleyici eğitimi
FEC	isteğe bağlı/host	RS-FEC zorunlu (host)	RS-FEC zorunlu (host)
Breakout	optikler paralelse şerit başına	yalnızca duyurulan uygulamalar	hosta bağlı
Güç sınıfı	1–3	4–7 (QSFP28 LR4) / CMIS 5–8	CMIS 3–5
Birlikte çalışabilirlik riski	düşük	host/modül DSP ayarları, CMIS sürümü	yüksek — modül tipine göre host ayarı

Devreye alma ve arızalar: Host ne yapar, CMIS sorunları, Hız ve oran.

CodingBox’ta

Kimlik bilgileri, bir modülün hangi zincire sahip olduğunu söyler: NRZ’ye karşı PAM4 kodlama kodları, CDR bitleri, host ve ortam arabirimi kimlikleriyle birlikte CMIS uygulamaları ve bir DSP’nin varlığını ele veren güç sınıfı. CMIS modülleri için DDM ekranı, klasik optik izleyicilerin yanına DSP’nin kendi görünümünü — şerit başına VDM FEC öncesi BER ve SNR — ekler.

LPO ve DSP modüllerinin elektriksel tarafı — C2M uyumluluk noktaları, OIF CEI-112G-Linear, nesil başına kimin neyi eşitlediği: XGMII, XAUI ve AUI ailesi.

Bu materyalde bir yanlışlık veya hata bulursanız ilgili bölümü seçin ve Ctrl+Enter tuşlarına basarak .