了解您的 400G 收发器
400 千兆以太网 （400G） 收发器是能够处理 400 Gbps 数据速率的光学模块。凭借高达 400 Gbps 的传输速率，400G 收发器的容量是其前代产品（200G 收发器）的两倍。瞻博网络的 400G 收发器使用 QSFP-DD 外形。400G 收发器非常适合：
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任何具有 400G 端口的主机平台
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具有 400 Gbps 数据传输的网络
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数据中心部署
400G 收发器使用多个光信号通道和先进的调制技术来实现更高的容量。400G 收发器可以使用多根光纤、并行光纤或光多路复用技术进行多路复用。许多实现方案都采用波长多路复用来有效地传输光信号。
400 千兆位以太网 （400G） 光纤收发器通常采用八通道架构，每个通道以 50 Gbps 的速度运行。400G 收发器使用脉冲幅度调制 4 级 （PAM4）。与传统的 NRZ 相比，这种调制方案可以将每通道的数据速率提高一倍，从而以更少的通道和光纤实现 400G 传输。
400G 收发器支持多种传输速率和分线模式，以确保兼容各种网络传输要求。这种灵活性使得单个物理收发器可以在逻辑上划分为多个低速以太网端口，从而适应不同的部署场景：
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4x100G—收发器可以分成四个独立的 100G 端口。对于带有 400GAUI-8 电气接口的 400G 光学器件，采用变速箱数字信号处理器 （DSP） 来管理转换。变速箱将一对 50 Gbps （2x50 Gbps） 电气通道转换为单个 100 Gbps （1x100 Gbps） 电气通道。转换完全发生在电气层面。它与光调制器中发生的光道转换不同。DSP 通常具有多个具有独立时钟和数据恢复 （CDR） 电路的齿轮箱。这有助于高效处理整个信号分配，从而将所有 8x50G 通道转换为 4x100G 通道。
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2x200G — 分支电缆将端口作为两个独立的 200G 端口提供，以实现 400 Gbps 的总容量。
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1x400G—收发器作为一个 400G 端口运行，将所有 8 个 50G 通道组合在一起，提供 400 Gbps 的总容量。
比特率和符号速率
了解比特率和符号速率的基本概念对于理解 400G 光学器件的工作原理是必要的。
比特率 — 指每秒传输的总比特数。业内的 400G 光学器件始终以 400G 以太网比特率运行。对于 400G 光纤，考虑标准 IEEE 802.3 定义的开销时，有效比特率为 425 Gbps。
符号速率（波特率）— 符号（信号变化或调制事件）的传输速率。在使用 PAM4 调制的 400G 光学器件中，每个符号表示 2 位。因此，对于使用 4 个通道的配置，53.125 Gbaud 速率与每通道 106.25 Gbps 的比特率相关。对于使用 8 个通道的配置，26.5625 Gbaud 速率与每通道 53.125 Gbps 的比特率相关。
为简单起见，瞻博网络 400 千兆位光收发器和电缆指南提到了 50G、100G、200G 和 400G 比特率。它旨在与标准行业术语保持一致，但每次都不暗示特定的开销包含内容。
400G 光收发器 口味
您可以有各种 400G 光收发器样式，具体取决于它们的电气接口和光纤接口配置。
电气接口
- 4 通道电气接口 （400GAUI-4）
- 400GAUI-4 电气接口采用四条高速通道。
- 由 PFE ASIC 支持，例如 Express-5 （BX）、Tomahawk-5 和即将推出的 Trio-7 （XT）。
- 这些 ASIC 使用 100G SERDES 实现原生 800G 支持。但是，它们也通过使用 4x100G 作为主机和可插拔光纤之间的电气接口来支持 400G。
- 通常与QSFP112光学器件配合使用。
- 8 通道电气接口 （400GAUI-8）
- 包含 8 条电气通道来处理数据传输。
- 由 PFE ASIC 支持，例如 Trio-6 （YT）、Express-4 （BT） 以及 Tomahawk-3 和 4。
- 所有这些 ASIC 均采用 50G SERDES 实现原生 400G 支持。因此，主机和可插拔光学器件之间的 8x50G 电气接口是必要的。
- 通常与 QSFP56-DD 或 QSFP-DD 光学器件配合使用。
光纤接口
- 单通道光学接口（例如，400ZR 和 400ZR+）
- 应用 — 专为远距离数据中心互连以及城域网和区域网络而设计。
- 特性
- 采用可调谐DWDM光学技术进行远距离通信。
- 支持的距离通常最远可达 80 公里。
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400ZR（尤其是 400G ZR+）光学器件与使用周期性光放大的 DWDM 传输平台结合使用时，可以在相当长的距离（数百公里）内使用。
- 4 通道光纤接口（例如 DR4、FR4、LR4 或 ER4-30）
- 应用 — 适用于中距离应用，例如数据中心环境和园区网络中的应用。
- 特性
- DR4 — 使用具有 8 根光纤的并行单模电缆，最大传输距离可达 500 米。DR4 用于数据中心环境。
- FR4 — 使用双工单模光纤，最大传输距离可达 2 公里。
- LR4 — 使用双工单模光纤，最大传输距离可达 10 公里。
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ER4-30 — 使用双工单模光纤，最长传输距离为 30 公里。
- 8 通道光纤接口（例如 SR8 或 LR8）
- 应用 - 非常适合高密度环境或需要广泛数据聚合和访问范围的应用。8 通道光学接口主要适用于成本敏感性问题，并且对于特定应用来说，更高的通道速度尚未完全成熟。
- 特性
- SR8 — 主要专注于使用多模光纤的短距离应用。由于 400G SR4 的技术相对较新，因此 SR8 是当前市场上更受欢迎且更具成本效益的选择。
- LR8 - 将覆盖范围扩展到 10 公里，适用于更长的链路。但是，它现在被认为是传统技术。
注意：我们建议您过渡到 400G LR4 光纤，因为 400G LR4 光学器件性能更佳，与行业相关。
| 功能： | 800G | 、400G |
|---|---|---|
| 光学通道速度 |
8 个通道，每个通道 100 Gbps，53.125 Gbaud，带 PAM4 |
4 条通道，每条通道 100 Gbps，每车道 53.125 Gbaud，带 PAM4 通过变速箱
注意：8 个通道的配置，每个通道 50 Gbps（使用 PAM4，每通道 26.5625 Gbaud，直接调制）不是瞻博网络 400G 光收发器的标准配置。400G SR8 光纤收发器是个例外。
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| 电气通道速度/接口 |
800GAUI-8（8 通道），每通道 106.25 Gbps，带 PAM4 时每通道 53.125 Gbaud |
400GAUI-8（8 通道），每通道 53.125 Gbps，带 PAM4 时每通道 26.5625 Gbaud 400GAUI-4（4 通道），每通道 106.25 Gbps，使用 PAM4 时每通道 53.125 Gbaud |
| 总带宽 |
800 Gbps |
400 Gbps |
| 光纤计数 |
16 Tx+Rx 光纤（8 Tx、8 Rx），用于并行单模 （MPO-16）
注意：每个光通道都使用 PAM4 调制以 100 Gbps 的速度运行。
2 Tx+Rx 光纤（1 Tx，1 Rx），用于 4 波长 WDM（双双工 LC）
注意：对于 800G，每个波长承载 200 Gbps，因此每根光纤具有 4 个波长。
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16 Tx+Rx 光纤（8 Tx、8 Rx），用于并行单模 （MPO-16）
注意：400G SR8收发器使用MPO-16连接器，400G LR8收发器使用双工LC连接器。
8 Tx+Rx 光纤（4 Tx、4 Rx），用于并行单模 （MPO-12）
注意：对于带有 MPO-12 连接器的 400G 收发器，使用了 12 个光纤通道中的 8 个，还有 4 个未使用。
2 Tx+Rx 光纤（1 Tx，1 Rx），用于 4 波长 WDM（双双工 LC）
注意：对于 400G，每个波长承载 100 Gbps，因此每根光纤有 4 个波长。
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| 连接器类型 |
双双工 LC 双 MPO-12 双双工 CS MPO-16型 |
双工LC MPO-12型 MPO-16（支持 400G SR8 光收发器） |
| 外形 |
QSFP-DD 或 OSFP |
QSFP-DD |
| 标准 |
IEEE 802.3df-2024 |
IEEE 802.3-2022 标准 IEEE 802.3cd（用于使用 PAM4 调制的 50 Gbps 信令） |
| 符号速率（波特率） |
~53.125 GBd（用于 100G PAM4 通道） |
~26.5625 GBd（50G PAM4 通道）;~53.125 GBd（用于 100G PAM4 通道） |
调制方法
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脉冲幅度调制 4 级 （PAM4） — PAM4 是一种四级调制格式。电气或光学数据通道或通道中有四个不同的振幅级别，因此每个振幅级别代表两位数据。因此，PAM-4 调制可以传输两倍的数据量，而不会显著提高光学元件的速度。然而，使用 4 个信号电平的 PAM4 调制可显著降低信噪比 （SNR）。与二进制NRZ调制相比，两个信号电平之间的距离仅为三分之一，因此SNR减小。这导致理论信噪比差为 ~10 dB，或者准确地说是 20 x log10（1/3）。正是由于信噪比的这种差异，DSP 和 FEC 都必须与 PAM4 调制相结合。
前向纠错 （FEC） 是一种用于处理信号完整性的信道编码技术。FEC 传输具有冗余的数据。它的设计使得无需重新传输信息即可纠正在链路接收端检测到的错误。瞻博网络的光收发器默认启用 FEC。
FEC 是通过 FEC 算法实现的。FEC 算法是特定的数学技术或编码方案。FEC 算法可以检测并纠正传输数据中的错误，而无需重新传输。FEC 过程包括两个步骤：
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编码（在 Tx 或发送器上）— FEC 算法处理原始数据，并根据特定数学规则添加冗余位或奇偶校验位。然后，编码的数据通过通信信道传输。
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解码（在 Rx 或接收器上）— 接收器使用 FEC 算法分析接收到的数据，包括冗余位。如果检测到错误，算法会尝试根据冗余进行纠正。
FEC 的纠错能力取决于使用的具体算法和添加的冗余量。对于 400G 光收发器，行业标准化的 FEC 代码称为 FEC119 或 RS（544， 514）。该代码在 IEEE 802.3-2022 第 119 条中定义，由 Reed-Solomon （RS） 代码系列中的前向纠错代码组成，该代码可以在单个代码字中纠正多达 15 个符号错误。此 FEC 代码有时称为 KP4 ，因为它最初用于铜背板的 100G 标准，称为 100GBASE-KP4。一旦单个码字中的符号错误数超过 15 个，FEC 解码算法就无法再纠正，从而导致未更正码字 （UCW）。
图 1：400G 光学器件
中的 FEC 119
使用 400G 光收发器的通信链路的发射端和接收端都具有 FEC。FEC算法在传输前对数据进行编码，并在接收时对数据中的错误进行解码和纠正。总之，PAM4能够实现高效的短距离数据传输，但它需要更多的信号处理和纠错。
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不归零（NRZ 或 PAM2）调制 — NRZ 是一种两电平二进制调制格式。电气或光学数据通道内有两个不同的幅度电平。信号不会返回到位之间的基线休止符。相反，它在 1 和 0 之间波动，1 表示较高的功率 值，0 表示较低的功率值。
的比较
400G 光学器件使用的其他一些技术包括：
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高级数字信号处理 （DSP） 技术 — 增强信号完整性并扩展 400G 收发器在光纤上的覆盖范围。所有 400G 光收发器都使用 DSP。所有 400G 光学器件均采用前馈均衡 （FFE）、决策反馈均衡 （DFE） 和时钟数据恢复 （CDR） 等功能。可调谐 DWDM 光学器件（ZR 和 ZR+）使用高级 DSP 功能。DSP 涉及多个组件，例如：
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SerDes（串行器/解串器） — SerDes 在串行和并行形式之间转换数据，从而在光学器件内实现高效和高速的数据传输。它与 DSP 密切合作来管理数据流和转换。有关详细信息，请参阅串行程序/反串化程序 （SerDes）。
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FFE（前馈均衡）和 DFE（决策反馈均衡）——FFE 和 DFE 可减轻码间干扰 （ISI） 并提高信号清晰度。FFE 在做出决定之前解决线性失真问题。DFE 有助于根据以前收到的符号纠正错误，动态地工作以提高整体信号质量。
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时钟数据恢复 （CDR） — 从数据信号中提取计时信息，确保在光学网络中准确检索和传输数据。
请参阅 硬件兼容性工具 ，了解收发器列表、规格以及收发器支持的设备列表。
主要特征
以下是 400G 收发器的主要设计考虑因素：
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外形 — 瞻博网络的 400G 光收发器采用四通道小型可插拔双密度 （QSFP-DD） 外形，可满足 400 Gbps 数据传输的高功率和散热要求。QSFP-DD 是 400G 光学器件在业界的主要外形尺寸。
注意：对于 400G 光收发器，瞻博网络目前不支持 OSFP 外形。
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光纤类型和覆盖范围 — 光纤类型指定与 400G 收发器兼容的光纤类型（单模或多模）。该覆盖范围为光收发器提供了支持的最大距离或范围。它可以帮助您为不同的应用选择合适的光收发器，例如数据中心间、数据中心内、远距离网络等。
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车道分布 — IEEE 802.3ba 定义车道分布。通道分布在 PCS 中进行，然后根据确切的光学器件类型，将通道复用到 PMD 中的 1、4 或 8 个通道。车道分布的类型包括：
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单通道 — 在单通道配置中，整个以太网信号通过一个光纤通道或通道传输。
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多通道 — 多通道分布通过将以太网信号剥离到多个低速率通道中来利用并行光传输。低速率通道映射为光纤通道或通道。这样就能实现更优的每比特成本、更少的故障点和接口、更低的功率和热量。
400G 光学器件仅支持 400G 通道速率。但是，有了突破，瞻博网络的 400G 光学器件可以拆分为多个子接口，确保总带宽为 400G。较低速度的分支端口是完全独立的，可以在单独的时域上运行，从而实现更高密度的应用。
图 3：使用四个波长
的 4x100G 解决方案
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瞻博网络光学产品编号
瞻博网络的光学组件（如收发器、电缆和连接器）遵循命名约定。产品名称中的每个元素都对应一个规格。它可以帮助您更好地了解和选择所需的光学组件。例如：
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JCO400-QDD-ZR
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JCO — 表示瞻博网络相干光学 （JCO） 收发器或可调 DWDM 光收发器。JCO 是瞻博网络融合式光学路由架构 （CORA） 的核心组件。它提供行业领先的能效、至简运维、开放式架构和集成 DWDM 设计。JCO400 中的 400 表示收发器能够处理 400 Gbps 的传输速度。
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QDD — QSFP-DD 的缩写。它标识收发器的外形尺寸。
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ZR — ZR 是由光互联网络论坛 （OIF） 制定的标准。它提供 ZR 和 ZR+ 规格。JCO400-QDD-ZR 支持 ZR，能够在最远 120 公里的距离内传输数据。
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QDD-400G-DR4型
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QDD — QSFP-DD 的缩写。它标识收发器的外形尺寸。
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400G — 指示收发器的数据传输速率为 400 Gbps。
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DR4 - 代表 400GBase-DR4。它是一种特定标准，使用四个 100 Gbps 的并行通道来提供 400 Gbps。
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您可以使用产品编号来区分瞻博网络光缆和收发器。例如，QDD-400G-AOC-3M 和 QDD-8x50G-1M（瞻博网络电缆）在其产品名称中指定电缆类型（AOC 或 DAC）和距离范围（3 米或 1 米）。
400G （x8） 收发器架构
400G 收发器的行业标准和部署最广泛的设计在主机侧使用八通道 8x50G PAM4 电气接口 （400GAUI-8）。X8 表示八通道电气接口。主机端表示收发器中连接到交换机、路由器或任何其他主机设备的部分。在线路侧，400G 收发器使用四通道 4x100G PAM4 光学接口 （400G-DR4）。线路侧表示收发器中通过光缆向网络传输和接收数据的部分。
此架构用于 QSFP-DD 等 400G 收发器外形尺寸。以下是 400G 收发器架构的不同组件：
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400G 平台 — 支持 400G 架构的瞻博网络设备（交换机或路由器）。
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8x50 Gbps 电气 — 交换机与收发器组件之间的电气接口。它可以通过 8 个独立的 50 Gbps 电气通道传输数据。
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4x100 Gbps 光纤 — 收发器与网络之间的光纤接口。它可以通过四个独立的 100 Gbps 光通道传输数据。
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数字信号处理器 （DSP） — 400G DSP（数字信号处理器）在 8x50G 电气通道和 4x100G 光纤通道之间执行信号调理和转换。PAM4 有效地将您可以传输的数据量增加了一倍。CDR 负责重新定时传入数据，以减少抖动。DSP 处理均衡、纠错和其他信号处理任务等功能。
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驱动器 - 驱动器是放大电信号的电子元件。x8 收发器架构有 8 个驱动程序。每个驾驶员对应一条 50G 车道。
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直接调制激光器 — 调制激光器将放大的电信号转换为光信号。它包括用于多模应用的垂直腔面发射激光器 （VCSEL） 和用于单模应用的直接调制激光器 （DML）。
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跨阻放大器 （TIA） — TIA 是光传输的接收端。它将光电二极管的电流输出转换为特定的电压电平。它可以在非常低的信号电平下运行，这是长距离光通信的典型特征。
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光电探测器 — 它与 TIA 协同工作，将光学信息转换回电气形式。
一些 400G 光收发器（如 SR8 模块）使用 8 个并行通道，每个通道以 50G PAM4 运行，直接将电信号转换为光信号。一些 400G 光收发器使用齿轮箱将 8×50G 电气通道转换为 4×100G 光纤通道。例如，FR4 和 LR4 模块使用 8：4 变速箱，其中 50G PAM4 的 8 个电气通道转换为 100G PAM4 的 4 个光学通道。这减少了所需的光纤通道和光纤数量，从而简化了布线和连接器。例如，8×100G 架构的 8 个通道需要使用 8 根光纤，通常使用 MPO 连接器或多个双工 LC 连接器。但是，使用 4×100G 光纤通道的 FR4 或 LR4 等 400G 模块只需要四根光纤（两个双工 LC 连接器）即可传输和接收信号。
串行器/解串器 （SerDes）
SerDes 由一个集成电路（IC 或芯片）收发器组成。一个 IC 可以容纳多个 SerDes。IC 中的每个 SerDes 可以有多个通道。SerDes 中的每一个通道都可以处理输入和输出流量。SerDes 中的两个功能单元或块是：
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并行输入串行输出 （PISO） 或串行程序 — 将并行数据转换为串行数据。收发器的发射器部分用作并行到串行转换器，可将并行数据转换为串行数据。
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串行并行输出 （SIPO） 或解串器 — 将串行数据转换为并行数据。收发器的接收器部分用作串行到并行转换器，可将串行数据转换回并行数据。
SerDes 设备支持两点之间的多种作模式：
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单工运算 — 只允许在一个方向上进行数据转换。
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全双工运算 — 允许同时在两个方向上进行数据转换。
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半双工运算 — 允许在两个方向上进行数据转换，但不能同时进行。
中的传输模式
SerDes 减少了传输数据所需的数据路径和连接引脚或电线的数量。它可以解决与并联功率传输相关的常见问题，例如功耗增加、电磁干扰和时钟定时错误。使用 SerDes，您可以通过端口的多个分支通道有效地将数据信号传输到光纤网络中，反之亦然。
中的数据交换