800G光传输网络中的相干调制与PAM4技术

在800G光传输网络架构中，相干调制技术和PAM4（四电平脉冲幅度调制）技术各具优势，分别针对不同应用场景提供高效解决方案。

相干调制是高级光通信的核心技术之一，它通过精密操控光载波的频率、相位和振幅来编码信息，实现高速、远距离信号传输。相较于传统的强度检测，相干调制系统依赖于具有精确频率与相位参考的相干光源，尤其适用于对传输速率和距离有严苛要求的场景。

而PAM4技术则专为高速率、中短距离的数据中心内部连接设计，利用四个不同的幅度电平提高数据密度。以飞速（FS）400G QSFP-DD系列光模块为例：

• SR8型号采用50Gbps PAM4调制机制，可覆盖100米的距离，在数据中心内部实现高效的400G直连和互连；

• DR4型号则将PAM4调制速率提升至100Gbps，支持最大500米的传输范围，同样满足数据中心400G链路的需求；

• FR4/LR4两款产品也基于100Gbps PAM4调制技术，分别实现2公里和10公里的传输距离。

对于长距离数据中心互联（DCI）环境，遵循400ZR协议的相干调制技术成为PAM4技术的重要竞争者。此类相干技术工作在约60Gbaud的波特率上，采用双极化16正交幅度调制（DP-16QAM），单波长即可支持高达400Gbps或更高带宽的数据传输。该技术整合了超窄线宽激光器、正交IQ调制器以及高精度相干接收器，从而实现比PAM4更优越的长距离传输性能。尽管两者在波特率方面接近，但相干技术能够在单一光波长内承载更多数据信息，弥补了PAM4为了达到同等传输速率而需要多波长复用及使用相对简单激光器所带来的局限性。

随着数据中心向800G时代演进，相干技术和PAM4技术之间的性能差距逐渐缩小，各自的优势地位将更加取决于成本效益、功耗控制等因素。

InP和硅光技术的选择

在实现800G光传输网络的数据速率提升过程中，维持相同波特率或提高波特率是两种关键策略。针对前者，PAM4技术可以通过集成4或8个100G/200G波长通道来加倍数据速率，而相干调制则可通过双400G波长通道以达到目标速度。

另一方面，若选择提高波特率路径，比如将波特率翻倍至约110G baud，则可以整体上从400Gbps跃升至800Gbps。在此背景下，对于相干模块的I/Q调制器和接收器材料选择至关重要。尽管硅光技术因成本效益高和易于集成而在市场上具有吸引力，但其性能局限性体现在较高的峰值电压需求和有限带宽；相比之下，磷化铟（InP）组件展现出了更低的峰值电压要求以及更卓越的带宽特性，尽管这通常伴随着更高的成本投入。

对于PAM4应用，采用磷化铟（InP）激光器的间接调制电吸收调制激光器（EML）是一种可行方案，或者也可结合使用硅光子调制器与InP激光器阵列的混合设计。虽然硅光技术在峰值电压和带宽方面存在不足，但其经济优势往往能够弥补这些缺陷。

无论是相干技术还是PAM4系统中，基于InP的光模块由于其高性能特点通常成本较高，而硅光光模块解决方案则提供了一种更为经济的选择。

高速传输中的相干技术与PAM4技术

在探讨高速传输中的功耗问题时，随着半导体工艺节点从7纳米进步到5纳米乃至3纳米，DSP处理速度和能效均得到了显著提升。数据显示，在100G相干技术层面，其功耗效率相比100G PAM4高出近十倍。不过，在最新的5纳米节点下运行的800G应用场景中，这一差距明显缩小。图表显示了在不同CMOS节点下，相干技术和PAM4 DSP功率性能的发展趋势。

如飞速（FS）公司等业界先驱已通过实验证明以上技术路径的有效性，并认为随着制造良品率的提升及成本降低，即便相干方案所需的光学器件更加精密复杂，单个激光器、调制器和接收器的相干方案也有可能具备与PAM4相近的成本竞争力。这样一来，相干技术所展现出的更高灵活性和性能优越性将进一步凸显。然而，PAM4利用四个相对简单的激光器、调制器和接收器组合，虽在达到800G时可能面临更高的系统复杂度挑战，但其依然能够凭借快速的成本下降保持与相干方案的市场竞争力。

总之，相干技术和PAM4传输技术之间的较量仍在继续，未来的技术发展和市场动态将决定哪一种将成为主流方案。