标准，技术和封装为通往400G互通铺平了道路

易飞扬

5G，物联网（IoT）和不断增长的基于视频的数据传输给运营商和数据中心带来沉重压力，需要升级网络容量以支持这些数据密集型应用。此外，新冠疫情带来的行为变化（例如远程工作，远程学习和娱乐流媒体的增加）将继续存在。随着数据需求量大的应用对容量需求的爆炸式增长超过了当前的高速传输能力，400G成为一项很有前途的新技术，它可以以相对较低的运营成本和较低的密度来满足对光通信的迫切需求。

400G标准

在上篇文章《400G可插拔光模块与相干DWDM结合实现长距离DCI》讲过，400G发展到现在，已发布多项标准。包括400ZR、400G OpenROADM和400G OpenZR+。最终，在两个组织和光器件制造商商讨下，采用了OIF和OpenROADM结合的最佳标准，也就是OpenZR+，作为未来发展400G可插拔相干模块的主要标准，可以提供多厂商的互操作性。

图1：400ZR和OpenRoadm标准的组合——OpenZR+

符合400G标准的光模块允许在所有数据中心，城域和长距离应用中使用相同的模块，应用商可根据所需的链路性能选择合适的模块。使用400G MSA可插拔相干光模块，标准FEC模式和相同的管理系统，就不再需要专有、笨重的非标准单源模块。还可以降低每比特成本，提供更好的性能，同时消耗更少的空间和功耗，并优化链路预算。

400G技术

400G供应商正在竞相寻找最佳规格，以支持混合协议，速度和距离来满足当前市场需求。根据市场研究人员的说法，数据需求每年将增长50％以上，而疫情期间的增长甚至更高。在某些超大规模数据中心中，数据每年都在增加一倍。

由于400G技术的要求，需要应用单通道56G或112G速率要求，但是56G/112G信号的通道损耗和反射引入代价太大，同时对通道串扰的容忍性极大降低，目前的NRZ技术很难突破单路56G传输速率，因此业界引入了PAM4技术进行解决。

PAM4信号采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个比特的逻辑信息（00、01、10、11）。因此，要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，因此传输通道对其造成的损耗减小，代价是对噪声更为敏感。

图2：NRZ和PAM4调制

PAM4技术克服了56G速率下传统NRZ调制的疲软能力，在不增加带宽的情况下将比特率速率翻倍；但是PAM4牺牲了信噪比，使得400G产品对噪声更加敏感，DSP芯片的引入正好弥补了PAM4技术相应的劣势。

DSP就是高速数字处理芯片，除了提供CDR能提供的数字时钟恢复功能之外，还可以对产品进行色散补偿操作，去除噪声、非线性干扰等因素。

100G/200G速率时代，运营商和超大规模数据中心已习惯于使用基于DSP的相干模块和前向纠错（FEC）解决不同供应商之间的互操作性问题。即将到来的400G DSP和光模块生态系统将格局从定制解决方案转变为基于标准的解决方案。

400G封装

网络边缘的400G相干接口已降低了功耗和尺寸。它们不仅效率更高，而且以更低的复杂度，更小的尺寸以及支持同一标准的多厂商互操作性实现性能的提升。

市场上将主导三个主要的400G光模块封装：CFP2、QSFP-DD和OSFP。CFP2具有最大的尺寸和最高的功耗，可提供最佳的光学性能和覆盖范围。QSFP-DD具有最小的尺寸和受限制的功率封装，并专注于要求不高的光学性能应用。OSFP的大小介于QSFP-DD和CFP2之间，功耗最佳。

图3：CFP2、QSFP-DD和OSFP封装

大量400G可插拔模块将于2021年第一季度投入市场，与此前的400G/600G定制模块相比，其功耗和价格要低得多，有许多供应商可供选择，从而导致价格和质量方面的激烈竞争。这些模块都需要在性能，规格和成本之间进行不同的权衡，具体取决于链路和系统要求（请参见表）。