光纖收發器通訊效能如何判斷？bps、bps/lane（頻段）與波特率（baud rate）的說明

光纖收發器使用多種指標來描述通訊效能，如 800 Gbps、200 Gbps/通道及 100 Gbaud。具體來說，這些指標分別代表收發器的整體通訊速度、每通道的通訊速度，以及訊號切換速率。本文說明 bps、bps/lane 與波特率，以及驅動光纖收發器速度提升的因素。

了解光纖收發器效能：三個關鍵指標是什麼——bps、bps/lane 和波特率？

對於資料通訊光收發器而言，bps、bps/通道與波特率之間的關係決定了所需的光纖數量及收發器配置。下表總結了這些指標之間的關係，假設最簡單的單模配置，即每根光纖攜帶單一波長（每條光纖一條通訊通道）。*註：波特率值為基於PAM4調變格式的理論值。（詳情請參見後文章節。）

在相同的收發器速度（bps）下，提高每通道 bps 數可以減少光纖的使用數量。相反，較低的每通道 bps 數配置需要更多的光纖，因此在安裝面積和功耗方面優勢較小。為了瞭解這些差異，本節首先探討 bps、每通道 bps 數和波特率之間的關係。

（1） 光學收發器的通訊速度（bps）代表什麼？
每秒位元（bits per s，bps）是一種速度指標，用以表示光纖收發器的整體通訊容量。它代表在一秒內可傳送與接收的資料量。在光學收發器規範中，它用來表示產品的整體通訊速度。目前產品的常見數值包括400 Gbps和800 Gbps，而下一代產品則支援1.6 Tbps甚至3.2 Tbps。目前，800 Gbps是資料中心應用的主流通訊速度，且1.6 Tbps產品的量產也已開始。

（2） 為什麼即使相同 BPS/路線也會有差異
通道是平行傳輸中獨立的訊號路徑，可視為資料流動的單一通道。因此，bps/lane 表示單一訊號路徑的資料傳輸速率。在現代光學收發器中，提高 bps/lane 是縮小規格、降低功耗及提升傳輸速度的關鍵。

目前，單波長800 Gbps的光纖收發器通常採用兩種配置之一。一種使用八條通道，速度為每通道100 Gbps，另一種則使用四通道，速度為每通道200 Gbps。此處通道數指的是訊號通道的數量，因此也指傳輸或接收資料的光纖數量。雖然兩種配置都提供整體收發器通訊速度為800 Gbps，但其內部架構有顯著差異。200 Gbps/通道配置將發射端與接收端所需的通道數量減半。這減少了元件體積並有助於降低功耗。但由於該配置必須處理高速訊號，其波形較易受到訊號衰減與雜訊造成的失真影響。因此，它需要先進的訊號處理技術以及高效能的發射與接收設備，使技術上更具挑戰性。

（3）波特率與每通道位元數的關係
波特率（單位：Bd）表示每秒傳輸的訊號狀態（符號）數量。在光通訊資料通訊應用中，傳統系統通常採用強度調變直接偵測（IMDD）方案，每個符號傳輸1位元。然而，近年來，每個符號可傳輸2位元的PAM4調變格式也得到了應用。如上所述，符號是代表訊號狀態的單元。由於PAM4使用四個不同的訊號電平（狀態），因此每個符號可以攜帶2位元的訊息。以下關係適用於PAM4。
每通道位元數 = 波特率 × 2
例如，當使用 PAM4 調變時，200 Gbaud 的波特率可實現 400 Gbps/通道的傳輸。

在解釋了三個關鍵指標——bps、bps/lane 和波特率（Baud Rate）後，讓我們更仔細地看看基於這些指標的光纖收發器通訊效能。

資料中心光纖收發器對每通道200 Gbps需求的背景

資料中心的光學收發器長期以來主要基於每通道 100 Gbps 配置。然而，隨著轉向 800 Gbps 世代，所需光纖數量增加，帶來了更大容量的收發器規格與更高的功耗等挑戰。在此背景下，對 200 Gbps/通道技術的需求持續成長，該技術能以更少光纖實現高速通訊。要達成此目標，需要提升構成光收發器的各種裝置性能，包括雷射光源、光電二極體（PD）及數位訊號處理器（DSP）。

目前，200 Gbps/通道技術正穩步進步，並越來越多地被800 Gbps及1.6 Tbps的光纖收發器採用。展望未來，下一代3.2 Tbps的光纖收發器預計將需要更快的400 Gbps/通道技術。

實現 400 Gbps/通道技術面臨的挑戰

如果400 Gbps/通道技術（200 Gbps/通道技術的演進版本）能夠實現，它將在保持每個收發器通道數最少的情況下，實現高達1.6 Tbps或3.2 Tbps的更高容量通訊。然而，實現這項技術面臨前所未有的巨大技術挑戰。

特別是400 Gbps/通道技術要求在更寬頻寬及更快的響應特性上提供可用性，超越現有解決方案。然而，基於傳統矽材料的裝置在這些超高速運作環境中，已接近其響應速度與頻率性能的極限。因此，基於化合物半導體的新裝置技術（如磷化銦（InP）正積極開發，這些技術更適合超高速運作。

下一代光電二極體需求，每通道400 Gbps

提升資料中心光學收發器的速度需要發射端與接收端裝置的進步。這包括光電二極體的進一步開發，光電二極體是接收器中的關鍵元件。傳統表面照明PIN光電二極體曾支援高達100 Gbps/通道及200 Gbps/通道的資料速率，但對於400 Gbps/通道的超高速訊號使用難度日益增加。此外，精確偵測微弱光學訊號的能力及高速運作時的熱能產生措施也成為重要挑戰。

解決這些挑戰不僅需要材料的進步，也需要光電二極體本身的結構。在Dexerials，除了使用磷化銦（InP）和砷化鎵（GaAs）進行高速響應光電二極體外，波導光電二極體的研發也在進行中，其結構與傳統裝置不同。
欲了解更多波導光電二極體的運作方式，請參閱此文章。

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