An Overview of 200G QSFP-DD AOC

The Market Situation of AOC

Today’s hyperscale data centers and High-Performance Computing (HPC) markets require low-cost solutions for high-performance AOCs for the large-scale adoption of 200G and 400G data rates.

According to a recent report from LightCounting, the multi-mode AOC market will be experiencing significant growth over the next five years in the HPC and large-scale data center applications.

However, the market for 100G AOC is continually growing in the HPC and large-scale data center applications now, and it is still too early to adopt 400G AOC owing to cost and others so that the adoption of 200G AOC is expected to grow in the next years.

AOC and EOM to see revenue growth through 2023 (Source: LightCounting)

In the 200G AOC market, the 200G QSFP-DD AOC is a kind of parallel transceiver optics assembly. It will be the huge potential market and it is possible to replace copper technology in HPC and data center, the reasons include form factor, cost and so on. Next, we will explore them together.

Why Is 200G QSFP-DD AOC More Likely to Be Popular?

The 200G QSFP-DD AOC is a kind of 200G AOC that adopts the QSFP-DD form factor.

QSFP-DD is an eight-channel electrical interface with an additional row of contacts. It is being developed by the QSFP-DD MSA as a key part of the industry’s effort to enable high-speed solutions. The 200G QSFP-DD AOC meets the requirements of QSFP-DD MSA specification.

The QSFP-DD modules are similar to current QSFP. The systems designed with QSFP-DD modules can be backward compatible, allowing them to support existing QSFP modules and provide flexibility for end users and system designers. The 200G QSFP-DD AOC is convenient for end users and system designers.

The Introduction of Gigalight 200G QSFP-DD AOC

Gigalight is one of the rare providers for 200G QSFP-DD AOC. Its 200G QSFP-DD AOC is driving from its innovative optical packaging and the key manufacturing technologies enable scalability, reduced power consumption, increased reliability, and superior module performance for optical communications.

Gigalight 200G QSFP-DD AOC

Features of Gigalight 200G QSFP-DD AOC

  • 8 channels full-duplex 850nm parallel active optical cable
  • Transmission data rate up to 25.78Gbps per channel with integrated CDR
  • Hot-pluggable QSFP-DD form-factor connectors
  • Low power consumption < 4W per end
  • Operating case temperature range 0°C to +70°C

The module block diagram of Gigalight 200G QSFP-DD AOC

Gigalight 200G QSFP-DD AOC adopts self-developed COB (Chip on Board) high-precision technology. The cost of the product is lower and the volume is smaller, which can provide a new generation solution with low cost, low power consumption, high density and high speed for the data center.

Originally article: An Overview of 200G QSFP-DD AOC

PAM4 — The High-Speed Signal Interconnection Technology of Next-Generation Data Center

What Is PAM4?

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) is one of PAM modulation technologies that uses 4 different signal levels for signal transmission. Each symbol period can represent 2 bits of logic information (0, 1, 2, 3), that is, four levels per unit time.

In the data center and short-distance optical fiber transmission, the modulation scheme of NRZ is still adopted, that is, the high and low signal levels are used to represent the (1, 0) information of the digital logic signal to be transmitted, and one bit of logical information can be transmitted per signal symbol period.

However, as the transmission rate evolves from 28Gb/s to a higher rate, the electrical signal transmission on the backplane will cause more severe loss to the high-frequency signal, and higher-order modulation can transmit more data in the same signal bandwidth. Therefore, the industry is increasingly calling for higher-order PAM4 modulation. The PAM4 signal uses four different signal levels for signal transmission, and each symbol period can represent 2 bits of logical information (0, 1, 2, 3). Since the PAM4 signal can transmit 2 bits of information per symbol period, to achieve the same signal transmission capability, the symbol rate of the PAM4 signal only needs to reach half of the NRZ signal, so the loss caused by the transmission channel is greatly reduced. With the development of future technologies, the possibility of using more levels of PAM8 or even PAM16 signals for information transmission is not ruled out.

NRZ vs. PAM4: The comparison of waveforms and eye diagrams between NRZ and PAM4 signals

And then, if the optical signal can also be transmitted by using the PAM4, the clock recovery and pre-emphasized PAM4 signal can be directly realized when the electro-optical transmitting is performed inside the optical module, therefore, the unnecessary step of converting the PAM4 signal into the NRZ signal of 2 times the baud rate and then performing related processing is eliminated, thereby saving the chip design cost.

Why PAM4?

The end-to-end transmission system includes fiber optic and fiber-optic transmission systems. Since the fiber transmission can easily reach the rate of 25Gbd so that the research progress of transmitting PAM4 on the fiber has been progressing slowly. For fiber-optic transmission systems, from NRZ moving to PAM4 is considered in terms of cost. If you do not need to consider the cost, there are other related modulation technologies can be used in the long-distance range, such as DP-QPSK, which can transmit the baud rate signal above 50Gbd for several thousand kilometers. However, in the data center field, the transmission distance is generally only 10km or less. If the optical transceiver using PAM4 technology is adopted, the cost can be greatly reduced.

For 400GE, the largest cost is expected to be optical components and related RF packages. PAM4 technology uses four different signal levels for signal transmission. It can transmit 2 bits of logic information per clock cycle and double the transmission bandwidth, thus effectively reducing transmission costs. For example, 50GE is based on a single 25G optical device, and the bandwidth is doubled through the electrical layer PAM4 technology, which effectively solves the problem of high cost while satisfying the bandwidth improvement. The 200GE/400GE adopts 4/8 channel 25G devices, and the bandwidth can be doubled by PAM4 technology.

For data center applications, reducing the application of the device can significantly reduce costs. The initial goal of adopting higher order modulation formats is to place more complex parts on the circuit side to reduce the optical performance requirements. The use of high-order modulation formats is an effective way to reduce the number of optics used, reduce the performance requirements of optics, and achieve a balance between performance, cost, power, and density in different applications.

In some application scenarios, high-order modulation formats have been used for several years on the line side. However, since the client side needs are different from the line side, so other considerations are needed.

For example, on the client side, the main consideration is the test cost, power consumption and density. On the line side, spectrum efficiency and performance are mainly considered, and cost reduction is not the most important consideration. By using linear components on the client side and the PAM4 modulation format that is directly detected, companies can greatly reduce test complexity and thus reduce costs. Among all high-order modulation formats, the lowest cost implementation is PAM4 modulation with a spectral efficiency of 2 bits/s/Hz.

PAM4

Conclusion

As a popular signal transmission technology for high-speed signal interconnection in next-generation data centers, PAM4 signals are widely used for electrical and optical signal transmission on 200G/400G interfaces. Gigalight has a first-class R&D team in the industry and has overcome the signal integrity design challenges of PAM4 modulation. Gigalight’s 200G/400G PAM4 products include 200G QSFP56 SR4, 200G QSFP56 AOC, 200G QSFP56 FR4, 400G QSFP56-DD SR8, 400G QSFP56-DD AOC, etc.

All of the PAM4 products from Gigalight can be divided into digital PAM4 products and analog PAM4 products. The digital PAM4 products adopt DSP solutions which can support a variety of complex and efficient modulation schemes. The electric port has strong adaptability and good photoelectric performance. And the analog PAM4 products simulate CDR with low power consumption and low cost. Gigalight always adheres to the concept of innovation, innovative technology, and overcomes difficulties. It invests a lot of human resources and material resources in the research and development of next-generation data center products.

Originally published at dci.ti-da.net

La tecnologia coerente si sposta sul mercato a lungo raggio nel data center

Con l’aumentare della distanza di trasmissione e della capacità dei dati, la perdita nel processo di trasmissione ottica aumenta. L’interconnessione del data center deve superare il problema della trasmissione di informazioni a lungo raggio, quindi la tecnologia coerente diventa piuttosto importante nell’interconnessione del data center.

Trasmissione coerente

La tecnologia coerente si sposta sul mercato a lungo raggio nel data center

I due fasci di ottica coerente interferiranno nell’area in cui si incontrano.

La tecnologia coerente si sposta sul mercato a lungo raggio nel data center

La modulazione coerente e le tecniche di rilevamento eterodina sono utilizzate principalmente in comunicazioni ottiche coerenti.

La modulazione coerente consiste nell’utilizzare il segnale da trasmettere per modificare la frequenza, la fase e l’ampiezza della portante ottica (mentre la rilevazione dell’intensità cambia solo l’intensità dell’ottica), che richiede che il segnale ottico abbia una certa frequenza e fase (mentre l’ottica naturale non ha una determinata frequenza e fase), dovrebbe essere un’ottica coerente. Un laser è una specie di ottica coerente.

La rivelazione dell’eterodina utilizza un laser generato da un oscillatore locale per miscelare con l’ottica del segnale di ingresso in un mixer ottico per ottenere un segnale di frequenza intermedio che cambia in base alla stessa frequenza, fase e ampiezza dell’ottica del segnale.

La tecnologia di ricezione coerente digitale consente al sistema di trasmissione ottica di avere tolleranza di dispersione e tolleranza della modalità di polarizzazione sufficienti senza considerare gli effetti della dispersione cromatica e della dispersione della modalità di polarizzazione sulla trasmissione, il che apporta una serie di vantaggi alla costruzione, all’esercizio e alla manutenzione della rete.

La tecnologia di ricezione digitale coerente offre una serie di vantaggi

  • Semplifica la compensazione della dispersione ottica e il progetto di multiplazione di polarizzazione sulla linea di trasmissione, e la progettazione del circuito è più semplice.
  • Elimina la dipendenza dalla bassa fibra PMD ed è adatto per la fibra di trasmissione di varie specifiche, che è conveniente per l’aggiornamento della velocità della linea in fibra.
  • Elimina l’influenza dell’effetto non lineare della fibra DCF della linea di trasmissione, riduce il numero di amplificatori di linea e l’influenza del rumore ASE, riduce il costo della linea e migliora la capacità nella trasmissione a lungo raggio del sistema.
  • Il tempo di recupero della protezione è inferiore a 50 ms (diverso dal sistema 40G). L’algoritmo di compensazione della dispersione adattativa di elaborazione del segnale digitale 100G converge rapidamente e soddisfa pienamente i requisiti di ritardo di recupero della classe carrier.
  • Il ritardo di trasmissione della linea è ridotto. Secondo il calcolo del ritardo della fibra di 1 km 5us, la riduzione del ritardo causata dall’eliminazione della fibra DCF è molto considerevole, il che è significativo per l’ambiente applicativo sensibile al ritardo.

La tecnologia di trasmissione coerente può essere utilizzata nelle applicazioni 100G e 400G perché consente ai service provider di inviare più dati su fibra esistente, riducendo il costo e la complessità degli aggiornamenti di rete per l’espansione della larghezza di banda. Le attuali soluzioni di temporizzazione per l’ottica coerente non sono state ottimizzate in termini di costi e dimensioni, richiedendo un mix diversificato di VCSO, generatori di clock e dispositivi discreti.

La tecnologia coerente può anche ottenere il più basso costo totale di proprietà a 100G e oltre 100G, eliminando il tradizionale costoso modulo di compensazione della dispersione DCM e compensando digitalmente la perdita di rumore della fibra utilizzando un chip DSP basato su CMOS. La tecnologia coerente consente una regolazione flessibile della lunghezza della fibra, garantendo al tempo stesso la possibilità di estendere la portata dei dati a 400 G per lunghezza d’onda, con una maggiore capacità di ridurre il costo per bit.

Come funziona la tecnologia di trasmissione coerente 100G?

Nella soluzione coerente 100G, un laser (stessa frequenza) della stessa lunghezza d’onda centrale del laser trasmittente viene utilizzato all’estremità ricevente. Quindi, attraverso l’elaborazione del circuito di sincronizzazione, la fase dell’estremità ricevente viene mantenuta uguale all’estremità trasmittente (in fase), formando così una condizione coerente.

Dopo aver generato le condizioni coerenti, è conveniente ripristinare il segnale “modulato in fase”. Con una ricezione coerente, le prestazioni saranno migliori.

La ricezione coerente non può solo migliorare il rapporto segnale / rumore del segnale ricevuto, ma anche compensare la perdita causata da alcuni segnali durante la trasmissione. La ricezione coerente può preservare l’informazione di fase del segnale ottico, in modo che i due stati di polarizzazione possano essere ripristinati mediante elaborazione elettrica e compensare alcuni danni causati dalla trasmissione a lungo raggio. La trasmissione coerente basata su tanti vantaggi è la prima scelta nella trasmissione a lungo raggio nel data center.

Gigalight ha sviluppato in modo indipendente un ricetrasmettitore ottico coerente da 100G CFP-DCO . Ha personalizzato la ricerca e sviluppo per le applicazioni di reti metropolitane per l’interconnessione di data center, incarnando pienamente le caratteristiche di usabilità, flessibilità, basso consumo energetico e bassa latenza, rappresentando la direzione futura dello sviluppo di dispositivi di comunicazione ottica ad alta velocità.

Originariamente pubblicato su Gigalight’s Medium Blog