FEC对于400G的重要性

400G技术的快速普及导致带宽需求激增，数据传输对错误和延迟的容忍度较低。数据中心现在正在重新考虑数据通信系统的设计，以扩大可用带宽并提高传输质量。

实现这一目标可能非常具有挑战性，因为改进数据传输的一个方面会损害另一个方面。然而，就实现可靠、高效和高质量的数据传输而言，有一种解决方案似乎脱颖而出。我们在以下部分中讨论了更多关于前向纠错(FEC)和400G技术的内容，包括400Gbps以太网的FEC注意事项。

什么是FEC？

前向纠错是数字信号中使用的一种纠错方法，用于提高数据可靠性。该技术用于检测和纠正正在传输的数据中的错误，而无需重新传输数据。

FEC在数据传输完成之前引入了冗余数据和纠错码。冗余位/数据是原始信息的复杂函数，并且会多次发送，因为任何传输的样本都可能出现错误。然后，接收器通过仅确认没有明显错误的数据部分来纠正错误，而无需请求重新传输数据。

FEC码还可以生成误码率信号，用作反馈来微调模拟接收电子设备。FEC码设计决定了可以纠正的丢失位数。块码和卷积码是两种广泛使用的FEC码类别。卷积码处理任意长度的数据并使用维特比算法进行解码。另一方面，块码处理固定大小的数据包，部分代码块在多项式时间内解码为代码块长度。

什么是400G？

这是下一代云基础设施，被高流量数据中心、电信服务提供商和其他具有持续数据传输需求的大型企业广泛使用。快速增长的网络流量使网络运营商不断面临带宽挑战。流量的这种指数级增长是由机器学习、云计算、人工智能(AI)和物联网设备的部署增加推动的。

与之前的100G解决方案相比，400G（也称为400GbE或400GB/s）的速度提高了四倍。这种太比特以太网以每秒4000亿比特（即光波长）的速度传输数据；因此，它适用于高速、高性能部署。

400G技术还提供了虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、5G和4K视频流等尖端技术所需的功率、数据密度和效率。除了消耗更少的功率外，这些速度还通过提供高密度、低每比特成本和可靠的吞吐量来支持横向扩展和纵向扩展架构。

为什么400G需要FEC

由于网络速度更快、用例扩展，为新商机提供了可能，许多数据中心正在采用400千兆以太网。此400GE数据传输标准采用PAM4技术，其传输速度是100GE所用NRZ技术的两倍。

PAM4的速度和便利性提升也带来了挑战。例如，PAM4传输速度是NRZ的两倍，但信号电平只有100G技术的一半。这会降低信噪比(SNR)；因此400G传输更容易失真。

因此，前向纠错(FEC)用于解决400GE传输中常见的波形失真问题。也就是说，400G以太网链路的实际传输速率为425Gbps，另外25位用于建立FEC技术。400GE元件（例如DR4和FR4光学元件）存在传输错误，FEC有助于纠正这些错误。

400Gbps以太网的FEC注意事项

根据802.3bj标准，FEC相关延迟通常被设定为等于或小于100纳秒。此处，FEC帧的接收时间大约为50纳秒，其余时间用于解码。此FEC延迟目标是切实可行的。

在400GbE传输中使用类似/相同的FEC代码可以实现更低的延迟。但是，当需要更高的编码增益FEC时（例如在PMD级别），可以用FEC延迟换取所需的编码增益。因此，建议在追求更高的FEC编码增益的同时保持类似的延迟目标（最好是100ns）。

考虑到使用PAM4调制，FEC的目标编码增益(CG)可能超过8dB。而且由于软判决FEC的功耗过大，因此它通常不是400GE部署的首选。同样，传统的块码由于其有限的延迟，需要更高的超频率才能实现目标。

假设采用与802.3bj类似的转码方案，超频率应小于10%。这有助于最大限度地减少线路速率增加，同时确保在有限的延迟下获得足够的编码增益。

因此，在100ns延迟和低于10%的超频率下，对于400GE传输，可以实现约8.5dB编码增益的FEC码。同样，您可以使用M（即M>1）个独立编码器进行M交错块码，而不是使用并行编码器来实现400G吞吐量。

总结

400GE传输为依赖高速数据传输实现高效运营的数据中心和大型企业提供了诸多好处。虽然400G技术非常可靠，但它会引入一些传输错误，这些错误可以通过前向纠错技术有效解决。400G以太网还需要考虑一些FEC问题，其中大部分取决于您独特的数据传输和网络需求。

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