100G single-lambda（即單波長100Gbps）是一種使用PAM4（4階脈沖幅度調(diào)制編碼）調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)每波長100Gbps傳輸?shù)墓鈱W(xué)規(guī)范，該規(guī)范由100G Lambda 多源協(xié)議 (MSA) 工作組所發(fā)布。100G Lambda 多源協(xié)議 (MSA) 是一個共同致力于解決技術(shù)上的各種挑戰(zhàn)、開發(fā)新光學(xué)接口的行業(yè)聯(lián)盟，該行業(yè)聯(lián)盟所提出的光學(xué)接口規(guī)范都是圍繞每波長100Gbps速率所開發(fā)，旨在為100G/400G應(yīng)用提供更為經(jīng)濟高效的解決方案。
100G single-lambda技術(shù)（即單波長100Gbps技術(shù)）的出現(xiàn)并非巧合。市面上大多數(shù)的100Gb/s光模塊（如100GBASE-LR4/100GBASE-SR4/100G-CWDM4/100G-PSM4）都是由4個25Gb/s并行數(shù)據(jù)通道所組成，四個光信號經(jīng)過復(fù)用器匯合，然后耦合到光線路的同一根光纖上進行傳輸，這其中需要一系列昂貴的光學(xué)器件和封裝。為了降低成本且獲得更高的傳輸效率，業(yè)界提出了100G single-lambda規(guī)范，遵循該規(guī)范的光模塊都是使用單波長100Gbps的PAM4光信令和編碼，有效減少了發(fā)射器和接收器使用個數(shù)（從4個減少到1個），降低了光學(xué)復(fù)雜性和成本。
100G single-lambda光模塊與常見的100G QSFP28光模塊有何區(qū)別？優(yōu)勢在哪？
在100G光模塊中，光學(xué)器件的價格占總成本的60%以上。根據(jù)100G光模塊傳輸原理，常見的100G QSFP28光模塊（如100GBASE-SR4）使用了4個分立器件進行數(shù)據(jù)傳輸（即每通道速率為25Gbps），由于光模塊是由分立器件組成，通常在相同體積內(nèi)無法按照相同的比例縮放。隨著光模塊趨于高密度、小尺寸和低成本的發(fā)展，在相同體積內(nèi)，只有使用較少的分立器件，光模塊的成本才會越低。也就是說，光模塊的成本取決于分立器件數(shù)量。
從上圖可知，100GBASE-LR4是通過光學(xué)器件（如MUX/DEMUX）將4條并行的25Gbps通道復(fù)用到一條100G光纖鏈路上，其傳輸距離為10km。由于100GBASE-LR4定義的是4.5nm的LAN-WDM間隔，通道間隔小，激光器溫度控制不方便，因此對光學(xué)器件要求高，且需要昂貴的氣密性封裝。為了解決該問題業(yè)界提出了100GBASE-CWDM4規(guī)范，該規(guī)范定義的是20nm 的CWDM間隔，間隔較遠，其激光器的波長溫漂特性大約為0.08nm/℃，可有效節(jié)省成本，但是它的最大傳輸距離只能到2km。與此同時，免備案主機，為了消除多波長激光器的復(fù)雜性，業(yè)界又提出使用一個寬波長激光器的100GBASE-PSM4規(guī)范，該規(guī)范定義了4對光纖（即4個發(fā)送和4個接收）的點對點100G傳輸，但相比100GBASE-LR4、100GBASE-CWDM4，100GBASE-PSM4增加了光模塊與光纖跳線互連的復(fù)雜性，且最大傳輸距離只能到500m。
隨著100G single-lambda的提出，大大簡化了光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率。目前，市面上已開發(fā)出支持100G single-lambda技術(shù)的100GBASE-DR、100GBASE-FR（100G-FR）和100GBASE-LR（100G-LR）光模塊，這些光模塊通過使用DSP將四通道25Gbps電信號轉(zhuǎn)換為PAM4光信號實現(xiàn)100G數(shù)據(jù)傳輸，這與100GBASE-LR4/100GBASE-CWDM4/100GBASE-PSM4光模塊的NRZ光信號大不相同。在單個波長上使用PAM4光信號意味著完整的100G數(shù)據(jù)流將由單個激光器進行傳輸，沒有復(fù)用也沒有并行，從而有效減少了發(fā)射器和接收器等光學(xué)器件。
起初，100G Lambda MSA發(fā)布的100GBASE-DR規(guī)范最大傳輸距離只能到500m；后來，國內(nèi)服務(wù)器，MSA發(fā)布了100GBASE-FR規(guī)范將傳輸距離擴展到了2公里，實現(xiàn)了更遠距離的傳輸應(yīng)用。目前，MSA也已推出適用于10km傳輸距離的100GBASE-LR規(guī)范，與之前的100GBASE-LR4應(yīng)用相同。
總而言之，新提出的100G single-lambda標準不僅降低了光模塊內(nèi)部光學(xué)器件的復(fù)雜性，也降低了成本。IEEE指出使用單通道100G PAM4技術(shù)（即支持100G single-lambda規(guī)范）的光模塊通過一條光通道完成100G傳輸，其成本至少降低40%。這意味著，從4個波長過渡到1個波長，可使成本相對降低40%以上。
100G Single Lambda能為400G帶來什么影響？
隨著業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)流量的持續(xù)增長，具有成本效益的可插拔式光模塊將成為網(wǎng)絡(luò)布線的關(guān)鍵，特別是在200G/400G等高速率高密度的應(yīng)用環(huán)境中。而100G Single Lambda的應(yīng)用使100G-400G網(wǎng)絡(luò)升級更容易，且有效降低400G光模塊內(nèi)部光學(xué)器件的復(fù)雜性，更有利于400G以太網(wǎng)的發(fā)展，同時，可有效減少光纖的使用，節(jié)省布線成本。
100G Single Lambda可為100G QSFP28升級到400G QSFP-DD提供路徑
由于100G Single Lambda采用單通道PAM4技術(shù)，使得100G升級到4*100G（即400G）成為現(xiàn)實。如，100GBASE-DR4光模塊采用了100GBASE-DR規(guī)范，400GBASE-DR4可分為四個并行的100GBASE-DR，在500m的傳輸距離上實現(xiàn)400G傳輸。也就是說，100G Single Lambda可輕松實現(xiàn)400G-100G分支連接。
100G Single Lambda有助于降低400G光模塊內(nèi)部光學(xué)器件的復(fù)雜性和成本
