FEC對于400G的重要性

400G技術的快速普及導致帶寬需求激增，數(shù)據(jù)傳輸對錯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)的設計，以擴大可用帶寬并提高傳輸質(zhì)量。

實現(xiàn)這一目標可能非常具有挑戰(zhàn)性，因為改進數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€方面會損害另一個方面。然而，就實現(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。我們在以下部分中討論了更多關于前向糾錯(FEC)和400G技術的內(nèi)容，包括400Gbps以太網(wǎng)的FEC注意事項。

什么是FEC？

前向糾錯是數(shù)字信號中使用的一種糾錯方法，用于提高數(shù)據(jù)可靠性。該技術用于檢測和糾正正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的錯誤，而無需重新傳輸數(shù)據(jù)。

FEC在數(shù)據(jù)傳輸完成之前引入了冗余數(shù)據(jù)和糾錯碼。冗余位/數(shù)據(jù)是原始信息的復雜函數(shù)，并且會多次發(fā)送，因為任何傳輸?shù)臉颖径伎赡艹霈F(xiàn)錯誤。然后，接收器通過僅確認沒有明顯錯誤的數(shù)據(jù)部分來糾正錯誤，而無需請求重新傳輸數(shù)據(jù)。

FEC碼還可以生成誤碼率信號，用作反饋來微調(diào)模擬接收電子設備。FEC碼設計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。卷積碼處理任意長度的數(shù)據(jù)并使用維特比算法進行解碼。另一方面，塊碼處理固定大小的數(shù)據(jù)包，部分代碼塊在多項式時間內(nèi)解碼為代碼塊長度。

什么是400G？

這是下一代云基礎設施，被高流量數(shù)據(jù)中心、電信服務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的網(wǎng)絡流量使網(wǎng)絡運營商不斷面臨帶寬挑戰(zhàn)。流量的這種指數(shù)級增長是由機器學習、云計算、人工智能(AI)和物聯(lián)網(wǎng)設備的部署增加推動的。

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）的速度傳輸數(shù)據(jù)；因此，它適用于高速、高性能部署。

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

為什么400G需要FEC

由于網(wǎng)絡速度更快、用例擴展，為新商機提供了可能，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)傳輸標準采用PAM4技術，其傳輸速度是100GE所用NRZ技術的兩倍。

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

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

400Gbps以太網(wǎng)的FEC注意事項

根據(jù)802.3bj標準，F(xiàn)EC相關延遲通常被設定為等于或小于100納秒。此處，F(xiàn)EC幀的接收時間大約為50納秒，其余時間用于解碼。此FEC延遲目標是切實可行的。

在400GbE傳輸中使用類似/相同的FEC代碼可以實現(xiàn)更低的延遲。但是，當需要更高的編碼增益FEC時（例如在PMD級別），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編碼增益的同時保持類似的延遲目標（最好是100ns）。

考慮到使用PAM4調(diào)制，F(xiàn)EC的目標編碼增益(CG)可能超過8dB。而且由于軟判決FEC的功耗過大，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現(xiàn)目標。

假設采用與802.3bj類似的轉(zhuǎn)碼方案，超頻率應小于10%。這有助于最大限度地減少線路速率增加，同時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，對于400GE傳輸，可以實現(xiàn)約8.5dB編碼增益的FEC碼。同樣，您可以使用M（即M>1）個獨立編碼器進行M交錯塊碼，而不是使用并行編碼器來實現(xiàn)400G吞吐量。

總結(jié)

400GE傳輸為依賴高速數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)高效運營的數(shù)據(jù)中心和大型企業(yè)提供了諸多好處。雖然400G技術非?？煽浚鼤胍恍﹤鬏斿e誤，這些錯誤可以通過前向糾錯技術有效解決。400G以太網(wǎng)還需要考慮一些FEC問題，其中大部分取決于您獨特的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡需求。

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