FEC對(duì)于400G的重要性

400G技術(shù)的快速普及導(dǎo)致帶寬需求激增，數(shù)據(jù)傳輸對(duì)錯(cuò)誤和延遲的容忍度較低。數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在正在重新考慮數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以擴(kuò)大可用帶寬并提高傳輸質(zhì)量。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可能非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)楦倪M(jìn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)方面會(huì)損害另一個(gè)方面。然而，就實(shí)現(xiàn)可靠、高效和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸而言，有一種解決方案似乎脫穎而出。我們?cè)谝韵虏糠种杏懻摿烁嚓P(guān)于前向糾錯(cuò)(FEC)和400G技術(shù)的內(nèi)容，包括400Gbps以太網(wǎng)的FEC注意事項(xiàng)。

什么是FEC？

前向糾錯(cuò)是數(shù)字信號(hào)中使用的一種糾錯(cuò)方法，用于提高數(shù)據(jù)可靠性。該技術(shù)用于檢測(cè)和糾正正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的錯(cuò)誤，而無(wú)需重新傳輸數(shù)據(jù)。

FEC在數(shù)據(jù)傳輸完成之前引入了冗余數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼。冗余位/數(shù)據(jù)是原始信息的復(fù)雜函數(shù)，并且會(huì)多次發(fā)送，因?yàn)槿魏蝹鬏數(shù)臉颖径伎赡艹霈F(xiàn)錯(cuò)誤。然后，接收器通過(guò)僅確認(rèn)沒(méi)有明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)部分來(lái)糾正錯(cuò)誤，而無(wú)需請(qǐng)求重新傳輸數(shù)據(jù)。

FEC碼還可以生成誤碼率信號(hào)，用作反饋來(lái)微調(diào)模擬接收電子設(shè)備。FEC碼設(shè)計(jì)決定了可以糾正的丟失位數(shù)。塊碼和卷積碼是兩種廣泛使用的FEC碼類別。卷積碼處理任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)并使用維特比算法進(jìn)行解碼。另一方面，塊碼處理固定大小的數(shù)據(jù)包，部分代碼塊在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)解碼為代碼塊長(zhǎng)度。

什么是400G？

這是下一代云基礎(chǔ)設(shè)施，被高流量數(shù)據(jù)中心、電信服務(wù)提供商和其他具有持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸需求的大型企業(yè)廣泛使用?？焖僭鲩L(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不斷面臨帶寬挑戰(zhàn)。流量的這種指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)是由機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算、人工智能(AI)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署增加推動(dòng)的。

與之前的100G解決方案相比，400G（也稱為400GbE或400GB/s）的速度提高了四倍。這種太比特以太網(wǎng)以每秒4000億比特（即光波長(zhǎng)）的速度傳輸數(shù)據(jù)；因此，它適用于高速、高性能部署。

400G技術(shù)還提供了虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、5G和4K視頻流等尖端技術(shù)所需的功率、數(shù)據(jù)密度和效率。除了消耗更少的功率外，這些速度還通過(guò)提供高密度、低每比特成本和可靠的吞吐量來(lái)支持橫向擴(kuò)展和縱向擴(kuò)展架構(gòu)。

為什么400G需要FEC

由于網(wǎng)絡(luò)速度更快、用例擴(kuò)展，為新商機(jī)提供了可能，許多數(shù)據(jù)中心正在采用400千兆以太網(wǎng)。此400GE數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)采用PAM4技術(shù)，其傳輸速度是100GE所用NRZ技術(shù)的兩倍。

PAM4的速度和便利性提升也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。例如，PAM4傳輸速度是NRZ的兩倍，但信號(hào)電平只有100G技術(shù)的一半。這會(huì)降低信噪比(SNR)；因此400G傳輸更容易失真。

因此，前向糾錯(cuò)(FEC)用于解決400GE傳輸中常見的波形失真問(wèn)題。也就是說(shuō)，400G以太網(wǎng)鏈路的實(shí)際傳輸速率為425Gbps，另外25位用于建立FEC技術(shù)。400GE元件（例如DR4和FR4光學(xué)元件）存在傳輸錯(cuò)誤，F(xiàn)EC有助于糾正這些錯(cuò)誤。

400Gbps以太網(wǎng)的FEC注意事項(xiàng)

根據(jù)802.3bj標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)EC相關(guān)延遲通常被設(shè)定為等于或小于100納秒。此處，F(xiàn)EC幀的接收時(shí)間大約為50納秒，其余時(shí)間用于解碼。此FEC延遲目標(biāo)是切實(shí)可行的。

在400GbE傳輸中使用類似/相同的FEC代碼可以實(shí)現(xiàn)更低的延遲。但是，當(dāng)需要更高的編碼增益FEC時(shí)（例如在PMD級(jí)別），可以用FEC延遲換取所需的編碼增益。因此，建議在追求更高的FEC編碼增益的同時(shí)保持類似的延遲目標(biāo)（最好是100ns）。

考慮到使用PAM4調(diào)制，F(xiàn)EC的目標(biāo)編碼增益(CG)可能超過(guò)8dB。而且由于軟判決FEC的功耗過(guò)大，因此它通常不是400GE部署的首選。同樣，傳統(tǒng)的塊碼由于其有限的延遲，需要更高的超頻率才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

假設(shè)采用與802.3bj類似的轉(zhuǎn)碼方案，超頻率應(yīng)小于10%。這有助于最大限度地減少線路速率增加，同時(shí)確保在有限的延遲下獲得足夠的編碼增益。

因此，在100ns延遲和低于10%的超頻率下，對(duì)于400GE傳輸，可以實(shí)現(xiàn)約8.5dB編碼增益的FEC碼。同樣，您可以使用M（即M>1）個(gè)獨(dú)立編碼器進(jìn)行M交錯(cuò)塊碼，而不是使用并行編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)400G吞吐量。

總結(jié)

400GE傳輸為依賴高速數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心和大型企業(yè)提供了諸多好處。雖然400G技術(shù)非?？煽浚鼤?huì)引入一些傳輸錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤可以通過(guò)前向糾錯(cuò)技術(shù)有效解決。400G以太網(wǎng)還需要考慮一些FEC問(wèn)題，其中大部分取決于您獨(dú)特的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)需求。

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