No ano passado, o governo do Reino Unido lançou sua Estratégia Digital 2022 com um foco pesado em posicionar o país como uma “superpotência global de ciência e tecnologia”.

Não é uma má ideia quando se considera que, de acordo com um relatório da Public First, a tecnologia digital pode fazer a economia do Reino Unido crescer mais de 413 bilhões de libras (2,5 trilhões de reais) até 2030. No entanto, há muito trabalho a ser feito antes de chegarmos a esse ponto.

Um dos maiores requisitos para a transformação digital do Reino Unido é uma atualização de sua infraestrutura digital, necessária para se adaptar às crescentes demandas de dados.

Novos avanços tecnológicos (como 5G, machine learning e inteligência artificial) estão sendo incorporados às redes inteligentes, manufatura avançada e transporte autônomo, com potencial quase ilimitado. Mas para que essas tecnologias funcionem de forma eficiente, a conectividade de alta velocidade deve estar disponível em todo o país.

Essas demandas, entre outros fatores, levaram a um salto de uma infraestrutura de 100 Gbps para 400 Gbps, superando a marca de 200 Gbps em certa medida.

O problema é que todas as velocidades anteriores usavam modulação de retorno zero (NRZ), que não pode processar uma taxa de 400 Gbps. Isso requer o uso de um tipo completamente diferente de modulação.

O problema da incompatibilidade

Para alcançar taxas de dados de 400 Gbps mais rápidas, mais dados precisam ser transmitidos pelo cabo ao mesmo tempo, o local em que a modulação de amplitude de pulso de 4 níveis (PAM4) entra.

Enquanto a modulação NRZ usa dois níveis de tensão para representar dados binários (um nível representa um '0' e o outro representa um '1'), o PAM4 usa quatro níveis de tensão diferentes (representando '0-0', '0-1', '1-0' e '1-1').

Isso permite que o PAM4 transmita o dobro de dados em cada ciclo de relógio, e cada nível de tensão representa dois bits de dados em vez de um, efetivamente dobrando a taxa de transmissão de dados no mesmo meio físico.

No entanto, a implementação destes dois regimes de modulação distintos significa que não podem interagir. O sistema de quatro níveis do PAM4 não será entendido por equipamentos projetados para ler o sistema de dois níveis da NRZ, e vice-versa.

Portanto, os operadores de rede que desejam atualizar para 400 Gbps devem garantir que ambas as extremidades de um link usem a mesma modulação.

Esse problema ocorre quando os cabos de conexão são usados (por exemplo, dividindo 400 Gbps em links de 4 x 100 Gbps), já que a maioria das fibras ópticas de 100 Gbps nas redes atuais executam a modulação NRZ e, portanto, são incompatíveis.

Portanto, os usuários teriam que mudar suas óticas de 100 Gbps para aquelas que usam modulação PAM4, supondo que o dispositivo no qual a óptica está inserida tenha sido certificado para trabalhar com óptica PAM4-100 Gbps.

Nem todos esses problemas são intransponíveis; mas os arquitetos e engenheiros de rede devem considerar outro fator antes de começar a atualizar suas redes.

O custo de mudar para 400Gbps

Devido à incompatibilidade entre PAM4 e NRZ, qualquer pessoa que queira começar a usar 400 Gbps precisará considerar a substituição de seus transceptores existentes. Os transceptores de 400 Gbps são caros, como geralmente acontece com a nova tecnologia, e embora seja verdade que o preço cairá eventualmente, é preciso estar ciente de que eles não serão tão econômicos quanto os transceptores mais antigos.

Há duas razões para isso. Primeiro, esses novos transceptores devem manter a compatibilidade com os fatores de forma existentes do Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) e, como tal, devem caber no mesmo espaço físico que os transceptores anteriores baseados em NRZ.

O desenvolvimento de um transceptor capaz de transmitir e receber sinais PAM4, mantendo o mesmo tamanho dos transceptores anteriores, envolve custos consideráveis, encarecendo os novos transceptores mais caros.

Em segundo lugar, os transceptores de 400 Gbps geram mais calor do que seus equivalentes de 100 Gbps. Como o tamanho de um transceptor é o mesmo, há mais calor para dispersar, aumentando o risco de o transceptor distorcer.

Isso não só aumenta o custo da pesquisa e desenvolvimento, já que testes adicionais são necessários para entender os limiares de temperatura, mas também significa que mais investimentos são necessários em infraestrutura de refrigeração e energia.

Entender os requisitos antes de atualizar

A mudança de 10 Gbps para 40 Gbps e para 100 Gbps foi relativamente fácil, já que todos eles (em sua maioria) usavam a mesma modulação.

Isso significa que o uso de cabos de conexão para dividir e combinar diferentes velocidades funcionou bem, fornecendo-nos uma rota simples para que possamos nos mover entre velocidades, facilitando a migração. Com a mudança para o PAM4, só precisamos determinar o que pode e o que não pode interagir.

É claro que há um grande entusiasmo para atualizar para redes de 400 Gbps. Mas antes de começarmos, é importante entender exatamente o que é necessário para que uma transmissão de 400 Gbps funcione e quanto vai custar.

À medida que fazemos a transição para velocidades mais altas, não é mais apenas uma questão de considerar o tipo de fibras que estão sendo usadas (monomodo e multimodo) e o comprimento de transmissão de uma determinada tecnologia.

Precisamos considerar também a forma como os dispositivos capazes de operar a essas velocidades mais rápidas vão interagir com as redes existentes.

As operadoras de rede que reconhecem esses desafios podem evitar erros caros e fazer uso mais eficiente dos recursos, não só agora, mas também durante atualizações futuras, já que é muito provável que encontremos desafios semelhantes ao atualizar para 800 Gbps e mesmo 1,6 Tbps.