光学器件类型

AI 群集和云数据中心需要更快速、更高效的数据传输以及最小的功率损耗。为了在此类网络中高效传输（Tx）和接收（Rx）数据，光收发器会利用各种类型的光学器件。以下各节概述了这些不同的光学器件类型。

完全重新定时光学器件

完全重定时光学器件是传统的光学模块，旨在确保最高水平的信号完整性和性能。全重定时光学器件对发射（Tx）和接收（Rx）信号均采用重定时机制。也就是说，这些光学器件使用两个 DSP 工作。重新定时涉及为数据流的两个方向重新生成时钟信号，从而最大限度地减少抖动和其他信号失真。这种方法可产生更清晰、更稳健的信号，促进低延迟和高可靠性的高速数据传输。在数据完整性和低延迟至关重要的应用中，如高性能计算环境和数据中心互连（DCI），全重定时光学器件尤为重要。

完全重新定时具有以下优点：

最高的信号完整性和可靠性 — 完全重新定时的光学器件通过在传输和接收路径上重新生成时钟信号来消除抖动并确保最高水平的信号清晰度。
低延迟 — 通过最大限度地减少信号失真并保持信号完整性，完全重定时光学器件可支持时间敏感型应用所必需的低延迟通信。

完全重新定时的光学器件可能会带来以下挑战：

更高的功耗 — 对 Tx 和 Rx 信号使用 DSP 会增加模块的功率要求。
成本增加 — 与线性接收光学器件（LRO）或线性可插拔光学器件（LPO）等解决方案相比，整合两个 DSP 和相关的重新定时机制使得完全重新定时的光学器件更加昂贵。

半重定时光学器件或线性接收光学器件

半重定时光学器件（LRO）仅对数据流的一个方向应用重定时机制，主要是发射（Tx）信号。也就是说，LRO 模块使用单个 DSP 运行。在 LRO 实现中，接收（Rx）信号通常由主机系统处理。这种方法在性能和成本之间实现了平衡。通过仅向一个方向重新定时，LRO 模块仍然可以提高信号质量并减少抖动，尽管不如完全重新定时的光学器件有效。这些光学器件非常适合适度信号完整性改善就足够了的场景，可为网络中不太重要的数据路径提供经济高效的解决方案。

LRO具有以下优势：

降低功耗 — 与完全重定时模块相比，通过消除接收侧的重新定时功能，LRO 模块消耗的功耗更低。虽然节能不如LPO模块那么大，但它们仍然提供了显着的降低。
成本效益—与完全重定时模块相比，接收侧没有重定时电路可简化接收器模块并降低成本。虽然成本降低不像LPO模块那样明显，但它仍然是有益的。
提高互作性 — LRO 模块通过将重定时集中在主机之间的单个 DSP 中跨度内，降低了链路性能的总体风险。这种配置最大限度地减少了互作性挑战并简化了集成。

LRO可能会带来以下挑战：

中等信号完整性 — 虽然 LRO 增强了信号完整性，但无法达到与完全重新定时光学器件相同的改进水平。主机系统必须确保能够有效地管理信号恢复。
在节约方面折衷 — LRO 代表了一种折衷解决方案，与 LPO 接口相比，其功耗和成本节省大约一半。尽管它提供了一些好处，但它并不能完全最大限度地提高效率。

线性可插拔光学器件

线性光学器件或线性可插拔光学器件（LPO）依靠直接检测和模拟信号处理进行传输。LPO 不包含完全重新定时机制，例如 DSP 电路。也就是说，LPO模块在没有任何DSP的情况下运行。最新一代的光收发器（包括 400G、800G 和 1.6 T）使用 LPO 模块。与传统的完全重定时光模块不同，LPO 收发器依靠主机来处理重定时和信号调理。通过省略 DSP，LPO 实现了更低的功耗和更高的能效，同时仍然支持高速数据传输。

LPO 具有以下优势：

降低功耗 — 移除重定时器可减少能源消耗。重定时器是能源密集型的，模块中没有重定时器可以显著节省功耗。
成本效益 — LPO 通过消除 DSP 来降低模块成本。DSP占典型收发器模块成本的四分之一以上。

LPO可能会带来以下挑战：

信号完整性挑战 — 使用 LPO 系统，确保稳健的链路信号完整性更具挑战性。系统必须在发射侧和接收侧支持从主机交换机到模块的大约 16 dB 损耗，以及数 dB 的光损耗。
互作性问题 — 在每通道 100 Gbps 的情况下，将 LPO 模块与其他制造商的另一台 LPO 交换机连接是一项挑战。此难度在每通道 200 Gbps 时增加。

缓解这些挑战的可能变通方法包括：

预订式解决方案 — 这种方法涉及在链路的两端使用一家特定制造商的硬件，简化了实施，但限制了灵活性，并导致供应商锁定。
工程链路 — 针对特定设置自定义设计连接可避免供应商锁定，但会增加复杂性和成本，使大规模部署变得不可行。

图 1：完全重定时、LPO 和 LRO 光学模块 Diagram of optical transceiver modules showing internal components: DSP, driver, TIA, laser, Tx PIC, Rx optics. Each module supports 8x100G channels.

Diagram of optical transceiver modules showing internal components: DSP, driver, TIA, laser, Tx PIC, Rx optics. Each module supports 8x100G channels.

的架构

可调谐 DWDM 光学器件

可调谐 DWDM 光学器件或相干光学器件采用先进的调制格式和 DSP，可在长距离内实现高数据传输速率，并具有出色的信号完整性。可调谐 DWDM 光学器件采用相位调制、幅度调制和偏振多路复用等复杂技术，将数据编码到光波上。使用相干检测可以精确地记录发射的信号，即使在存在显着的散射和噪声的情况下也是如此。可调谐 DWDM 光学器件支持高频谱效率，是现代高容量光传输网络的理想选择。

图 2：可调谐 DWDM 光学器件架构 Tunable DWDM Optics Architecture

有关瞻博网络用于 800G 传输的基于 DWDM 的 ZR 和 OpenZR+ 光收发器的更多信息，请参阅 800ZR 和 800G OpenZR+ 光收发器。