400G以太網(wǎng)改用PAM-4信令取代NRZ的原因和優(yōu)勢
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心和云計算的需求，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群蛶捯膊粩嗵岣摺Ｄ壳埃?00G以太網(wǎng)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的主流標準，但是隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)，100G以太網(wǎng)已經(jīng)不能滿足未來的需求，400G以太網(wǎng)成為了新的目標。然而，要實現(xiàn)400G以太網(wǎng)，傳統(tǒng)的NRZ（非歸零）信令已經(jīng)不夠用了，因為它的波特率（每秒傳輸?shù)姆枖?shù)）和比特率（每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)）是相同的，也就是說，每個符號只能攜帶一個比特的信息。要想在相同的波特率下實現(xiàn)更高的比特率，就需要使用更高階的調(diào)制方式，例如PAM-4（4階脈沖幅度調(diào)制）信令，它可以在每個符號中攜帶兩個比特的信息，從而實現(xiàn)兩倍的比特率。因此，400G以太網(wǎng)改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一種提高傳輸效率和降低成本的有效方法。
PAM-4信令的原理是將電壓分為四個不同的等級，分別對應(yīng)00、01、10、11四種狀態(tài)，每個狀態(tài)代表兩個比特的信息。例如，如果電壓為0V，表示00，如果電壓為0.5V，表示01，如果電壓為1V，表示10，如果電壓為1.5V，表示11。這樣，每個符號就可以傳輸兩個比特的信息，比特率就是波特率的兩倍。例如，如果波特率為25Gbaud，那么比特率就是50Gbps。這樣，只需要8個PAM-4信道，就可以實現(xiàn)400Gbps的傳輸速率，而如果使用NRZ信令，就需要16個NRZ信道，這就增加了復(fù)雜度和成本。
PAM-4信令的優(yōu)勢是可以在相同的波特率下實現(xiàn)兩倍的比特率，這意味著可以使用更低的波特率和更窄的頻帶來傳輸更多的數(shù)據(jù)，從而提高傳輸效率和降低成本。例如，如果使用NRZ信令，要實現(xiàn)400Gbps的傳輸速率，就需要使用56Gbaud的波特率和112GHz的頻帶，而如果使用PAM-4信令，只需要使用28Gbaud的波特率和56GHz的頻帶，這就節(jié)省了一半的資源。此外，PAM-4信令還可以與現(xiàn)有的光纖和光模塊兼容，無需更換硬件，只需要在收發(fā)端增加PAM-4編解碼器，就可以實現(xiàn)400G以太網(wǎng)的傳輸。
然而，PAM-4信令也有一些挑戰(zhàn)，主要是信號質(zhì)量的保證。由于PAM-4信令的電平間隔是NRZ信令的一半，這導(dǎo)致了PAM-4信令對電壓噪聲的敏感性更高，需要更精確的電壓參考和更好的電源管理。同時，PAM-4信令的眼圖（信號波形的圖形表示）有三個眼，而NRZ信令只有一個眼，這意味著PAM-4信令的信號質(zhì)量更難以保證，需要更高的信噪比和更低的誤碼率。為了解決這些問題，需要使用一些高性能、低功耗、低成本的設(shè)計工具和IP產(chǎn)品，例如Synopsys公司提供的PHY IP、Controller IP、Verification IP、DesignWare Library等，它們可以幫助客戶實現(xiàn)高效、可靠、安全的PAM-4信令解決方案。
400G以太網(wǎng)改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一種符合未來發(fā)展趨勢的技術(shù)選擇，它可以在相同的波特率下實現(xiàn)兩倍的比特率，從而提高傳輸效率和降低成本。然而，PAM-4信令也有一些信號質(zhì)量的挑戰(zhàn)，需要使用一些先進的設(shè)計工具和IP產(chǎn)品來解決。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心和云計算的需求，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群蛶捯膊粩嗵岣?。目前?00G以太網(wǎng)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的主流標準，但是隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)，100G以太網(wǎng)已經(jīng)不能滿足未來的需求，400G以太網(wǎng)成為了新的目標。然而，要實現(xiàn)400G以太網(wǎng)，傳統(tǒng)的NRZ（非歸零）信令已經(jīng)不夠用了，因為它的波特率（每秒傳輸?shù)姆枖?shù)）和比特率（每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)）是相同的，也就是說，每個符號只能攜帶一個比特的信息。要想在相同的波特率下實現(xiàn)更高的比特率，就需要使用更高階的調(diào)制方式，例如PAM-4（4階脈沖幅度調(diào)制）信令，它可以在每個符號中攜帶兩個比特的信息，從而實現(xiàn)兩倍的比特率。因此，400G以太網(wǎng)改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一種提高傳輸效率和降低成本的有效方法。
PAM-4信令的原理是將電壓分為四個不同的等級，分別對應(yīng)00、01、10、11四種狀態(tài)，每個狀態(tài)代表兩個比特的信息。例如，如果電壓為0V，表示00，如果電壓為0.5V，表示01，如果電壓為1V，表示10，如果電壓為1.5V，表示11。這樣，每個符號就可以傳輸兩個比特的信息，比特率就是波特率的兩倍。例如，如果波特率為25Gbaud，那么比特率就是50Gbps。這樣，只需要8個PAM-4信道，就可以實現(xiàn)400Gbps的傳輸速率，而如果使用NRZ信令，就需要16個NRZ信道，這就增加了復(fù)雜度和成本。
PAM-4信令的優(yōu)勢是可以在相同的波特率下實現(xiàn)兩倍的比特率，這意味著可以使用更低的波特率和更窄的頻帶來傳輸更多的數(shù)據(jù)，從而提高傳輸效率和降低成本。例如，如果使用NRZ信令，要實現(xiàn)400Gbps的傳輸速率，就需要使用56Gbaud的波特率和112GHz的頻帶，而如果使用PAM-4信令，只需要使用28Gbaud的波特率和56GHz的頻帶，這就節(jié)省了一半的資源。此外，PAM-4信令還可以與現(xiàn)有的光纖和光模塊兼容，無需更換硬件，只需要在收發(fā)端增加PAM-4編解碼器，就可以實現(xiàn)400G以太網(wǎng)的傳輸。
然而，PAM-4信令也有一些挑戰(zhàn)，主要是信號質(zhì)量的保證。由于PAM-4信令的電平間隔是NRZ信令的一半，這導(dǎo)致了PAM-4信令對電壓噪聲的敏感性更高，需要更精確的電壓參考和更好的電源管理。同時，PAM-4信令的眼圖（信號波形的圖形表示）有三個眼，而NRZ信令只有一個眼，這意味著PAM-4信令的信號質(zhì)量更難以保證，需要更高的信噪比和更低的誤碼率。為了解決這些問題，需要使用一些高性能、低功耗、低成本的設(shè)計工具和IP產(chǎn)品，例如Synopsys公司提供的PHY IP、Controller IP、Verification IP、DesignWare Library等，它們可以幫助客戶實現(xiàn)高效、可靠、安全的PAM-4信令解決方案。
400G以太網(wǎng)改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一種符合未來發(fā)展趨勢的技術(shù)選擇，它可以在相同的波特率下實現(xiàn)兩倍的比特率，從而提高傳輸效率和降低成本。然而，PAM-4信令也有一些信號質(zhì)量的挑戰(zhàn)，需要使用一些先進的設(shè)計工具和IP產(chǎn)品來解決。