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4K虚拟现实（VR）、物联网、云计算等新业务的出现对网络带宽、并发性和实时性提出了更高的要求。随着未来几年带宽需求的不断增加，虽然100、200和400Gbit/s光模块仍将占据最大的市场份额，但800Gbit/s光模块将在2025年得到大规模部署。
按照800GE网络结构，从架顶交换机（TOR）到Leaf交换机的连接距离短则几十米，长则几百米。对于这部分连接，大型互联网企业普遍采用100Gbit/s的连接技术，从2021年开始逐步升级到200Gbit/s或400Gbit/s技术，部分领先企业在2023年开始尝试800Gbit/s技术。
从Leaf到Spine交换机，或者从Spine交换机到核心路由器的连接，可以解决校园内或相邻校园之间的互联互通问题，连接距离可以达到2公里甚至10公里。接口速率从2021年开始从100G逐步升级到200G或者400G。数据中心互联（DCI）一般是指几个相邻的数据中心之间的连接，用于负载均衡或者容灾备份，连接距离可能长达几十公里，对于这么长的距离，由于光纤资源比较珍贵，人们主要采用密集波分复用加相干通信的方式，尽可能的复用光纤资源。我们将800G光模块的应用场景分为SR（100m场景）、DR/FR/LR（500m/2km/10km场景）、ER/ZR（40km/80km场景）。
技术方案
项目概述
800Gbit/s技术方案演进包括3代，第一代为8光8电方案：光接口8×100Gbit/s，电接口8×100Gbit/s，商用时间2021年；第二代为4光8电方案：光接口4×200Gbit/s，电接口8×100Gbit/s，2024年商用；第三代为4光4电方案：光接口4×200Gbit/s，电接口8×100Gbit/s，预计2026年商用。从长远来看(5年内)，光/电单通道200gbit/s技术将得到普及;短期内(3年内)，由于单通道200gbit/s光电芯片器件及均衡技术尚未成熟，行业仍需要时间突破相关技术瓶颈。
电气接口及封装
从100Gbit/s直接调制直接检测光模块的发展历程可以看出，当电接口单通道速率与光接口相同时，光模块架构将达到最优状态，具有低功耗、低成本的优势。单通道100Gbit/s电接口将是8×100Gbit/s光模块的理想电接口，单通道200Gbit/s电接口将是4×200Gbit/s光模块的理想电接口。在封装方面，800Gbit/s光模块可能存在双密度四元小尺寸可插拔(QSFPDD800)和八进制小尺寸可插拔(OSFP)等不同的封装形式。由于模块内布线和连接器损耗等因素，基于200gbit/s电接口的可插拔光模块仍然面临许多挑战。
光学接口
800Gbit/s光收发器光接口架构主要有三种类型：
8×100Gbit/s4级脉冲幅度调制（PAM4）光收发器：PAM4收发器工作在53Gbd，采用8对数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）、8个激光器、8对光收发器以及1对8通道粗波分复用器（CWDM），或基于以太网通道的波分复用（LAN-WDM）（取决于光纤色散损耗）复用器和解复用器（SR/DR应用场景不需要）
4×200Gbit/sPAM4光收发器：PAM4收发器工作在106Gbd，使用4对DAC和ADC，4对光收发器（包含4个激光器），1对4通道CWDM或LAN-WDM（根据光纤色散损耗而定）复用器和解复用器（SR/DR应用场景不需要）。
800Gbit/s相干光模块：在双偏振十六正交幅度调制（16QAM）下工作在128Gbd，使用4对DAC和ADC，1个激光器，1对光收发器，使数据中心相干光模块可以使用固定波长激光器，降低成本和功耗。
8×100Gbit/s直调直检方案可利用现有的技术架构，相关技术和标准相对成熟，供应链也比较齐全。在SR场景下，垂直腔面发射激光器（VCSEL）100Gbit/s技术面临挑战，提升多模方案性能、降低多模光纤成本将是该技术继续演进的关键因素。
以硅光子学(SiPh)和直接调制激光器(DML)为代表的单模技术发展迅速。其中，SiPh技术发展较快，有望在未来100米及以下传输距离的应用场景中与多模解决方案一较高下。在DR/FR场景中，有三种解决方案:电吸收调制激光(EML)、DML和SiPh。
在LR场景中，基于粗波分复用(CWDM)、局域网波分复用(LWDM)和窄带局域网波分复用(nLWDM)的800Gbit/sLR8方案仍处于研究阶段。在波长选择方面，由于o波段边缘波长色散较大，LWDM8在色散惩罚方面优于CWDM8。目前，10公里及以上距离的直接调整和直接检测方案主要面临“最坏情况”色散和窄色散容差匹配的挑战。
构建新的波长系统，压缩多通道波长范围，可以相应地缩小最坏色散，从而简化数字信号处理(DSP)设计，降低理论功耗。例如，8×100Gbit/sPAM4直接调制直接检测方案，在采用800GHz间隔的LWDM方案时，色散限制距离约为10km；采用400GHz间隔的nLWDM方案时，色散限制距离可以扩展到20km；采用200GHz间隔的nLWDM方案时，色散限制距离可以进一步扩展到40km。同时，压缩零色散点分布或漂移范围，减小相应的色散范围也是解决方案之一。但由于不同厂家的光纤产品零色散点分布并不均匀，实现大规模压缩仍有一定的难度。
对于4×200Gbit/s直接调制直接检测方案，单通道200Gbit/s继续使用PAM4调制码型，可以利用目前比较成熟的PAM4产业基础（但不排除有新调制码型的可能）。在4×200Gbit/sDR和FR应用场景中，目前主要有4通道单模并行（PSM4）和CWDM4两种技术方案。
这两种方案还面临很多挑战，需要进一步研究。针对LR应用场景，目前有基于CWDM、LWDM、nLWDM的800Gbit/sLR4种方案，这些方案还处于研究讨论阶段，需要高带宽的光电芯片器件、更强的均衡技术和前向纠错（FEC）来保证纠正后的误码率（BER）。800Gbit/s相干光模块的器件带宽需要大幅提升，很难一步到位实现带宽翻倍。基于96GBd器件的800Gbit/s相干光模块必须采用高阶的调制码型，这种方式存在光信噪比（OSNR）较低、传输距离和应用场景受限等缺点。基于128GBd的双偏振（DP）-16QAM相干光模块具有更优的OSNR和传输容量，将成为800Gbit/s相干的主流实现方案。
前向纠错
FEC一般分为端到端FEC、嵌套级联FEC、分段FEC三类，业界普遍认为40km传输距离内8×100Gbit/s直调直检方案的应用可以通过端到端KP4FEC实现，对于40km传输距离，可以采用更强的FEC。
4×200Gbit/s直接调制直接检测方案具有更高的速率，因此需要引入新的BER标准、新的FEC编码方法以及更复杂的均衡器。IEEE802.3B400GSG（美国电气和电子工程师协会802.3Post-400Gbit/s研究组）和800GPluggableMSA（800Gbit/s可插拔多源协议）工作组已开始相关讨论。
级联的方式或将成为4×200Gbit/s直接调制直接检测方案的一条新路径，该方式不仅保留了KP4FEC，避免了在主芯片中集成新FEC的额外成本，而且还通过光收发器中轻量级且易于实现的FEC为光链路提供了额外的保护，降低了解码带来的功耗和时延。
纠错性能方面，各种级联内码如KP4+BCH（144,136）可以在纠错前误码率范围1~2E-3的基础上，将纠错后范围缩小到1E-13以内。同时，目前800Gbit/s最强的需求来自于OTT（互联网运营商）数据中心和高性能计算场景，这些场景对时延敏感度要求很高，低时延FEC算法成为800Gbit/s最核心的需求之一。
800Gbit/s相干包括800Gbit/sLR和800Gbit/sZR，因此需要针对不同的应用场景设计FEC算法。
800LR场景需要10km的园区网，对时延和功耗要求较高，目前的方案包括KP4+eHamming/eBCH级联、空间耦合码FEC（XR-FEC）、聚类FEC（CFEC）、Zipper、轻量级开放FEC（OFEC）等。其中级联方案与4×200Gbit/s直接调制+直接检测级联方案有共同之处，两种路径之间的衔接可以进一步降低主芯片的复杂度。
800ZR场景主要应用于DCI，是光互联网络论坛（OIF）400ZR标准的延续。800ZR采用DP-16QAM调制格式，对CFEC能力提出了一定的挑战，可能需要采用纠错能力更强的FEC方案，比如多级编码（MLC）、OFEC等。
均衡技术
要实现单通道200Gbit/s的数据传输速率，光电芯片必须进行性能升级，如200Gbit/s的SerDes、带宽高于50GHz的光电芯片及器件等。从目前的技术研究报告来看，带宽高于50GHz的光芯片相对容易实现。如何在提升带宽的同时保证其他指标性能最优是需要考虑的重点。目前Driver、TIA电芯片的带宽不能满足速率要求，还需要具备均衡能力。这些电芯片在提升自身带宽的同时，需要实现系统级的信号优化效果。高效的均衡技术可以大大放宽系统对光电器件带宽的要求。
常见的均衡技术有前馈均衡（FFE）、判决反馈均衡（DFE）、最大似然序列均衡（MLSE）。其中FFE由于实现简单，在SerDes系统和光信号DSP（oDSP）芯片中得到广泛应用。
为了缓解单通道200Gbit/s对光电器件带宽的需求，一方面可以在发射端采用FFE预均衡技术，补偿发射端器件的带宽；另一方面，在oDSP中可以应用功能更强大的均衡技术，缓解带宽限制对系统性能下降的影响。
对于单波长100Gbit/s标准中使用的5抽头FFE均衡，当速率提高到200Gbit/s时，FFE抽头的数量会增加，虽然也可以采用性能更高的MLSE均衡算法作为解决方案，但MLSE实现较为复杂，计算量较大，会增加oDSP的功耗。
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