400G PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulation)是适用于下一代数据中心高速信号互连的调制技术，为数据中心的400G以太网铺平了道路。什么是400G PAM4?为什么选择应用于400G以太网?在这里找到答案。
什么是400G以太网的PAM4 ?
4级脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation 4-level, PAM4)是一种使用4个不同的信号电平进行信号传输的技术，每个符号周期代表2位逻辑信息(0,1,2,3)。PAM4在一个符号槽中传输2位，使信号带宽减半。因此，采用先进的调制PAM4技术来增加带宽以提高数据速率是可行的，而不必为数据中心配置更多的光纤。4通道PAM4 (8× 50 Gbps)可实现400 Gbps以太网。这有效地将网络的数据速率提高了一倍，使400G PAM4能够用于短距离和长距离传输。
400G以太网为什么需要使用PAM4技术?
在支持400G以太网速度方面，NRZ 25Gbps单通道传输速率已经达到极限，不适应当前高密度数据中心的发展。在讨论400GE IEEE 802.3bs标准时，提出用PAM4技术替代NRZ。那么为什么400G PAM4技术是NRZ的可行替代品呢?
400G PAM4的好处
PAM4调制取代了使用16×25G波特率NRZ的400G以太网，并通过8×25G波特率架构提供了从100G以太网使用4×25G波特率到400G以太网的路径。该链路采用8×50G比特率解决方案，既降低了光纤成本，又降低了链路损耗。对于超大规模数据中心来说，是时候从以前的100G或千兆网络过渡到400G PAM4以太网，以获得更快的传输效率。
与NRZ信号相比，PAM4具有更好的优点。PAM4每个符号携带2位，每个符号周期传输2倍的NRZ信息。因此，PAM4在给定波特率下将比特率提高一倍，从而在大大降低信号损失的情况下为400G传输带来更高的效率。PAM4的这一关键优点允许现有的信道和互连以更高的比特率使用，而不会使波特率翻倍和增加信道损耗。
PAM4 vs NRZ
一些信息之间的具体区别PAM4和NRZ．NRZ信令使用两个信号电平，其中正电压定义位1，零电压定义位0。在一个时钟周期内传输1位信号。
图:PAM4 vs NRZ
双比特率- PAM4在给定波特率的情况下，比特率比NRZ提高一倍。因此，一个28 Gbaud的PAM4信号可以提供与56 Gbaud的NRZ信号相同的比特率。
信号损失小- PAM4可以让您开发56 Gbps的数据通道，而信号损失比简单地增加一倍NRZ(有时称为NRZ- pam2)比特率要少。外来PCB材料可以弥补这些缺陷，但很少有人愿意付出代价。
400G PAM4收发器:多模vs单模
400G QSFP-DD收发器的调制方式采用PAM4技术，分为多模和单模。此外，400G光模块电口侧支持8x50G PAM4调制，光口侧同时支持8x50G PAM4和4x100G PAM4调制。
400G SR8和400G SR4.2多模光模块均支持8x50G PAM4。400G SR8光模块支持使用MPO-16连接器或MPO-24连接器连接8对光纤。400G SR4.2模块使用MPO-12连接器，波长是双向和多路复用的。
如上所述，单模400G光模块中，电口侧调制为4x100G PAM4，光口侧一组调制为8x50G PAM4。常见的8x50G PAM4 400G光模块有3种:FR8、LR8和2xFR4。400G FR8和400G LR8是最早可用的400G单模接口，8个波长复用成一条光纤，同时使用双工LC光。接口。2xFR4 400G光模块使用8个激光，按照200G FR4标准分为两组，每组4个波长。
采用4x100G PAM4调制的400G光模块是当前市场的焦点，包括400G DR4、400G FR4和LR4，其线侧使用了4通道的100G PAM4。在400G DR4光模块中，DSP将8x50G的PAM4电信号转换为4x100G的PAM4电信号传输给光引擎。
基于400G PAM4的收发器解决方案
PAM4是一种相对低成本的400GbE和数据中心解决方案，已被收发器行业所采用，可实现高速数据速率，向400G甚至更高的方向发展。FS 400G收发器采用IEEE工作组标准化的4×100G PAM4或8×50G PAM4技术，包括400GBASE-SR8、DR4、LR8、ER8、XDR4、FR4和LR4。FS 400G收发器采用可插拔双密度设计，支持不同距离的传输要求。同时，它们可以通过PAM4进行信号转换，并利用多路复用技术对传输信道进行转换，实现数据中心光纤资源的合理分配。
| 标准 | 收发器类型 | 链接距离 | 媒体类型 | 车道 | 电力消耗 |
|---|---|---|---|---|---|
| IEEE P802.3cm | 400年gbase-sr8 | 100米 | MMF | 8× 50g pam4 | < 10 w |
| IEEE 802.3 b | 400年gbase-dr4 | 500米 | SMF | 4× 100g pam4 | < 10 w |
| 400年gbase-lr8 | 10公里 | SMF | 8× 50g pam4 | < 14 w | |
| IEEE P802.3cn | 400年gbase-er8 | 40公里 | SMF | 8× 50g pam4 | < 14 w |
| 100G Lambda MSA | 400年gbase-xdr4 | 2公里 | SMF | 8× 50g pam4 | < 12 w |
| 400年gbase-fr4 | 2公里 | SMF | 4× 100g pam4 | < 12 w | |
| 400年gbase-lr4 | 10公里 | SMF | 4× 100g pam4 | < 12 w |
结论
随着市场转向基于PAM4的调制，越来越多的芯片制造商和收发器供应商正在使用PAM4制造新的400G产品，将400G PAM4从理论转向实践。以50G PAM4或100G PAM4为基础的PAM4 400G必将成为下一代以太网的基础速率，并以其高性能和潜力脱颖而出。
文章来源
https://community.fs.com/blog/pam4-for-400g-ethernet-applications.html
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