クラウド コンピューティングやビッグ データなどの主要なトレンドにより、トラフィックの急激な増加と 400G イーサネットの台頭が促進されています。データセンター ネットワークは帯域幅需要の増大に直面しており、インフラストラクチャが需要の変化に対応するには革新的なテクノロジーが必要です。現在、次世代イーサネット向けに検討されている 2 つの異なる信号変調技術があります。それは、ノンリターン トゥ ゼロ (NRZ) とパルス振幅変調 4 レベル (PAM4) です。この記事では、これら 2 つの変調技術を説明し、それらを比較して 400G イーサネットの最適な選択を見つけます。
NRZ と PAM4 の基本
NRZ は、2 つの信号レベルを使用してデジタル論理信号の 1/0 情報を表す変調技術です。ロジック 0 は負の電圧、ロジック 1 は正の電圧です。各クロック周期内で 1 ビットの論理情報を送信または受信できます。ボー レート、つまりシンボルが変化する速度は、NRZ 信号のビット レートと同じです。
PAM4 は、信号伝送に 4 つの異なる信号レベルを使用するテクノロジーであり、各シンボル期間は 2 ビットの論理情報 (0、1、2、3) を表します。これを実現するために、波形には 4 つの異なるレベルがあり、以下に示すように 2 ビット (00、01、10、または 11) を伝送します。シンボルあたり 2 ビットの場合、ボー レートはビット レートの半分になります。
NRZ と PAM4 の比較
ビットレート
NRZ メカニズムを使用した送信では、1 つのシンボルが 1 ビットを伝送できるため、ボー レートとビットレートが同じになります。28Gbps (ギガビット/秒) ビットレートは、28GBdps (ギガボー/秒) ボーレートに相当します。一方、PAM4 はシンボルごとに 2 ビットを伝送するため、56Gbps PAM4 では 28GBdps で回線伝送が行われます。したがって、 PAM4 は、特定のボー レートのビット レートを NRZ の 2 倍にし、400G などの高速光伝送の効率を高めます。具体的には、400 Gbps イーサネット インターフェイスは、PAM4 変調を使用して、50 Gbps で 8 レーン、または 100 Gbps で 4 レーンで実現できます。
信号損失
PAM4 では、シンボル サイクルごとに NRZ の 2 倍の情報を送信できます。したがって、同じビットレートでは、PAM4 のボー レート (シンボル レートとも呼ばれる) は NRZ 信号の半分しかないため、 PAM4 シグナリングにおける送信チャネルによって引き起こされる信号損失は大幅に減少します。PAM4 のこの重要な利点により、ボー レートを 2 倍にしてチャネル損失を増加させることなく、既存のチャネルと相互接続をより高いビット レートで使用できるようになります。
信号対雑音比 (SNR) とビット誤り率 (BER)
次の図によると、PAM4 のアイ高さは NRZ のアイ高さの 1/3 であるため、PAM4 の SNR (信号対ノイズ比) が -9.54 dB (リンク バジェット ペナルティ) 増加し、信号品質に影響を及ぼし、追加の信号が発生します。高速信号通信における制約。垂直アイ開口部が 33% 小さいため、 PAM4 シグナリングはノイズに対してより敏感になり、結果としてビット エラー レートが高くなります。ただし、PAM4 は、リンク システムが目的の BER を達成するのに役立つ前方誤り訂正 (FEC) のおかげで可能になりました。
消費電力
PAM4 チャネルの BER を低減するには、Rx 端でのイコライゼーションと Tx 端での事前補償が必要ですが、どちらも特定のクロック レートの NRZ リンクよりも余分な電力を消費します。これは、 PAM4 トランシーバーがリンクの両端でより多くの熱を発生することを意味します。ただし、新しい最先端のシリコン フォトニクス (SiPh) プラットフォームはエネルギー消費を効果的に削減でき、400G トランシーバーで使用できます。
400G イーサネットの NRZ から PAM4 への移行
大量のデータが世界中に送信されるため、多くの組織が 400G への移行を模索しています。当初、16× 25G ボーレート NRZ は 400G-SR16 などの 400G イーサネットに使用されますが、リンク損失とスキームのサイズにより 400G イーサネットの要求を満たすことができません。PAM4 ではボー レートの半分でより高いビット レートが可能ですが、設計者は潜在的な 400G イーサネット データ レートで既存のチャネルを引き続き使用できます。その結果、PAM4 は 400G 光モジュールでの電気信号または光信号伝送に推奨される変調方式として NRZ を追い越しました。
