400G以太网改用PAM-4信令取代NRZ的原因和优势
随着互联网的发展，数据中心和云计算的需求，网络传输的速度和带宽也不断提高。目前，100G以太网已经成为数据中心的主流标准，但是随着5G、物联网、人工智能等新技术的出现，100G以太网已经不能满足未来的需求，400G以太网成为了新的目标。然而，要实现400G以太网，传统的NRZ（非归零）信令已经不够用了，因为它的波特率（每秒传输的符号数）和比特率（每秒传输的比特数）是相同的，也就是说，每个符号只能携带一个比特的信息。要想在相同的波特率下实现更高的比特率，就需要使用更高阶的调制方式，例如PAM-4（4阶脉冲幅度调制）信令，它可以在每个符号中携带两个比特的信息，从而实现两倍的比特率。因此，400G以太网改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一种提高传输效率和降低成本的有效方法。
PAM-4信令的原理是将电压分为四个不同的等级，分别对应00、01、10、11四种状态，每个状态代表两个比特的信息。例如，如果电压为0V，表示00，如果电压为0.5V，表示01，如果电压为1V，表示10，如果电压为1.5V，表示11。这样，每个符号就可以传输两个比特的信息，比特率就是波特率的两倍。例如，如果波特率为25Gbaud，那么比特率就是50Gbps。这样，只需要8个PAM-4信道，就可以实现400Gbps的传输速率，而如果使用NRZ信令，就需要16个NRZ信道，这就增加了复杂度和成本。
PAM-4信令的优势是可以在相同的波特率下实现两倍的比特率，这意味着可以使用更低的波特率和更窄的频带来传输更多的数据，从而提高传输效率和降低成本。例如，如果使用NRZ信令，要实现400Gbps的传输速率，就需要使用56Gbaud的波特率和112GHz的频带，而如果使用PAM-4信令，只需要使用28Gbaud的波特率和56GHz的频带，这就节省了一半的资源。此外，PAM-4信令还可以与现有的光纤和光模块兼容，无需更换硬件，只需要在收发端增加PAM-4编解码器，就可以实现400G以太网的传输。
然而，PAM-4信令也有一些挑战，主要是信号质量的保证。由于PAM-4信令的电平间隔是NRZ信令的一半，这导致了PAM-4信令对电压噪声的敏感性更高，需要更精确的电压参考和更好的电源管理。同时，PAM-4信令的眼图（信号波形的图形表示）有三个眼，而NRZ信令只有一个眼，这意味着PAM-4信令的信号质量更难以保证，需要更高的信噪比和更低的误码率。为了解决这些问题，需要使用一些高性能、低功耗、低成本的设计工具和IP产品，例如Synopsys公司提供的PHY IP、Controller IP、Verification IP、DesignWare Library等，它们可以帮助客户实现高效、可靠、安全的PAM-4信令解决方案。
400G以太网改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一种符合未来发展趋势的技术选择，它可以在相同的波特率下实现两倍的比特率，从而提高传输效率和降低成本。然而，PAM-4信令也有一些信号质量的挑战，需要使用一些先进的设计工具和IP产品来解决。
随着互联网的发展，数据中心和云计算的需求，网络传输的速度和带宽也不断提高。目前，100G以太网已经成为数据中心的主流标准，但是随着5G、物联网、人工智能等新技术的出现，100G以太网已经不能满足未来的需求，400G以太网成为了新的目标。然而，要实现400G以太网，传统的NRZ（非归零）信令已经不够用了，因为它的波特率（每秒传输的符号数）和比特率（每秒传输的比特数）是相同的，也就是说，每个符号只能携带一个比特的信息。要想在相同的波特率下实现更高的比特率，就需要使用更高阶的调制方式，例如PAM-4（4阶脉冲幅度调制）信令，它可以在每个符号中携带两个比特的信息，从而实现两倍的比特率。因此，400G以太网改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一种提高传输效率和降低成本的有效方法。
PAM-4信令的原理是将电压分为四个不同的等级，分别对应00、01、10、11四种状态，每个状态代表两个比特的信息。例如，如果电压为0V，表示00，如果电压为0.5V，表示01，如果电压为1V，表示10，如果电压为1.5V，表示11。这样，每个符号就可以传输两个比特的信息，比特率就是波特率的两倍。例如，如果波特率为25Gbaud，那么比特率就是50Gbps。这样，只需要8个PAM-4信道，就可以实现400Gbps的传输速率，而如果使用NRZ信令，就需要16个NRZ信道，这就增加了复杂度和成本。
PAM-4信令的优势是可以在相同的波特率下实现两倍的比特率，这意味着可以使用更低的波特率和更窄的频带来传输更多的数据，从而提高传输效率和降低成本。例如，如果使用NRZ信令，要实现400Gbps的传输速率，就需要使用56Gbaud的波特率和112GHz的频带，而如果使用PAM-4信令，只需要使用28Gbaud的波特率和56GHz的频带，这就节省了一半的资源。此外，PAM-4信令还可以与现有的光纤和光模块兼容，无需更换硬件，只需要在收发端增加PAM-4编解码器，就可以实现400G以太网的传输。
然而，PAM-4信令也有一些挑战，主要是信号质量的保证。由于PAM-4信令的电平间隔是NRZ信令的一半，这导致了PAM-4信令对电压噪声的敏感性更高，需要更精确的电压参考和更好的电源管理。同时，PAM-4信令的眼图（信号波形的图形表示）有三个眼，而NRZ信令只有一个眼，这意味着PAM-4信令的信号质量更难以保证，需要更高的信噪比和更低的误码率。为了解决这些问题，需要使用一些高性能、低功耗、低成本的设计工具和IP产品，例如Synopsys公司提供的PHY IP、Controller IP、Verification IP、DesignWare Library等，它们可以帮助客户实现高效、可靠、安全的PAM-4信令解决方案。
400G以太网改用PAM-4信令取代NRZ信令，是一种符合未来发展趋势的技术选择，它可以在相同的波特率下实现两倍的比特率，从而提高传输效率和降低成本。然而，PAM-4信令也有一些信号质量的挑战，需要使用一些先进的设计工具和IP产品来解决。