NRZ 대 PAM4: 주요 차이점 이해

➤ PAM4와 NRZ 간 주요 차이점

현대 네트워크를 위한 PAM4 및 NRZ 변조 방식의 차이점 탐색.

기능	NRZ(Non-Return to Zero, 제로 복귀 없음)	PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4-level)
수준	2(예: 낮음=0, 높음=1)	4(예: L0=00, L1=01, L2=10, L3=11)
심볼당 비트 수	1	2
데이터 전송률 효율성	낮음(데이터 전송률 = 심볼 전송률)	높음(데이터 전송률 = 2 × 심볼 전송률)
동일한 데이터 전송률에 대한 심볼 전송률(보드)	높음(예: 56Gbps에 대해 56GBaud)	낮음(예: 56Gbps의 경우 28 GBaud)
잡음 민감도	낮음(더 큰 아이 오프닝, 더 높은 SNR 여유)	높음(더 작은 아이 오프닝, 더 낮은 SNR 여유)
구현 복잡도	낮음	높음(DSP 및 강력한 FEC 필요)
비트당 일반적인 전력	낮음(성숙한 기술)	높음(복잡도 오버헤드)
주요 데이터 전송률	레인당 ≤25Gbps(예: 10G, 25G SFP+)	레인당 ≥50Gbps(예: 100G, 200G, 400G, 800G)
주요 응용 분야	기존 10G/25G, 단거리 인터페이스	고속 데이터센터(100G 이상), HPC, AI/ML 클러스터, 5G 프론트홀/미드홀

데이터센터가 더 빠른 속도를 요구함에 따라 네트워크가 급속히 변화하는 것을 확인할 수 있습니다. PAM4 대 NRZ 이 논쟁은 중요합니다. 왜냐하면 PAM4는 각 심볼에 두 비트를 전송하지만, NRZ는 한 비트만 전송하기 때문입니다. 이 변화는 새로운 이더넷에서 대역폭 효율을 두 배로 높이지만, 채널 대역폭을 추가로 사용하지는 않습니다. 데이터센터에서는 PAM4가 네 개의 진폭 레벨을 사용하고 NRZ는 두 개만 사용하기 때문에 PAM4 대 NRZ가 중요합니다. 네트워크가 빨라질수록 PAM4 변조 방식은 데이터 전송을 더 빠르고 효과적으로 수행합니다.

➤ 주요 요약

• PAM4 각 심볼에 두 비트를 전송합니다. 네 개의 전압 레벨을 사용합니다. 이를 통해 데이터 전송 속도가 NRZ의 두 배가 됩니다. NRZ는 심볼당 한 비트만 전송하며, 단 두 개의 전압 레벨만 사용합니다.

• outer OMA 더 강력한 신호를 갖습니다. 잡음이 적고 전력 소모가 적습니다. 따라서 사용이 용이하며, 장거리 또는 저속 네트워크에 더 적합합니다.

• PAM4는 고속 단거리 링크에 가장 적합합니다. 400G 이더넷 및 데이터센터에서 사용되며, 특수한 오류 정정 기능이 필요합니다. 또한 더 많은 전력을 소비합니다.

• 네트워크 환경에 따라 PAM4 또는 NRZ를 선택합니다. 속도, 거리, 비용, 향후 요구 사항 등을 고려해야 합니다.

• 네트워크 내에서 PAM4와 NRZ를 모두 사용하면 유리합니다. 이는 속도와 신뢰성 사이의 균형을 맞추고, 향후 업그레이드를 준비하는 데 도움이 됩니다.

➤ 변조의 기본 원리

NRZ란 무엇인가?

outer OMA 는 신호를 전송하는 간단한 방법입니다. 이는 비귀환 0(non-return to zero)을 의미합니다.. 이 방식은 이진 데이터를 표시하기 위해 두 가지 전압을 사용합니다. ‘1’은 고전압이고, ‘0’은 저전압입니다. 신호는 비트 간에 0으로 복귀하지 않습니다. 이를 통해 이해가 용이해집니다. 단극성 NRZ에서는 ‘1’이 양의 전압이고 ‘0’이 0볼트입니다. 양극성 NRZ에서는 신호가 양전압과 음전압 사이를 전환합니다.

• 두 수준: 이 방식은 두 개의 구별되는 전압(전기적) 또는 광 강도(광학적) 수준을 사용합니다.

  • 고수준은 일반적으로 논리적 ‘1’을 나타냅니다.

  • 저수준은 논리적 ‘0’을 나타냅니다.

• 간단한 동작: 각 심볼 기간에는 ‘1’ 또는 ‘0’ 중 하나가 전송됩니다. 동일한 값의 비트 사이에서 신호는 중립적인 “0” 상태로 복귀하지 않으며, 이것이 바로 “비귀환 0(Non-Return to Zero)”이라는 명칭의 유래입니다.

• 장점: 단순성 덕분에 NRZ는 내구성이 뛰어나고 구현이 비교적 용이하며, 낮은 전력 소비와 덜 복잡한 신호 처리 요구 사항을 갖습니다. 또한 낮은 데이터 전송률에서는 탁월한 신호 무결성을 제공합니다.

• 한계: 그러나 효율성에는 한계가 있습니다. 데이터 전송률을 두 배로 늘리려면 심볼 전송률(보드율)도 두 배로 증가시켜야 합니다. 보드율을 두 배로 높이면 채널 손실, 잡음, 크로스토크로 인한 신호 왜곡이 크게 증가하여, 주류 응용 분야에서는 약 25~28 기가보드/레인을 초과하기 어려워집니다.

PAM4란 무엇인가요?

PAM4 더 많은 데이터를 동시에 전송하는 방식입니다. 이는 4레벨 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation 4-level)를 의미합니다.. 이 방식은 네 가지 전압 레벨을 사용하여 각 심볼에 두 비트를 표현합니다. 이를 통해 동일한 시간 내에 NRZ보다 두 배 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. PAM4는 대역폭 활용 효율을 높이는 펄스 진폭 변조(PAM)의 일종입니다. PAM4의 각 심볼은 00, 01, 10, 11과 같은 비트 쌍을 나타내며, 추가 채널 대역폭 없이 더 많은 데이터를 전송할 수 있도록 합니다.

• 네 수준: PAM4는 네 개의 구별되는 전압 또는 광 강도 수준을 사용합니다.

• 심볼당 두 비트: 각 심볼 기간은 이제 두 개의 비트의 정보를 전달합니다:

  • 레벨 0: ’00’

  • 레벨 1: ’01’

  • 레벨 2: ’10’

  • 레벨 3: ’11’

• 효율성 두 배 증가: 심볼당 두 비트를 전송함으로써, PAM4는 동일한 보드율에서 NRZ의 두 배 데이터 전송률을 달성합니다. 동일한 보드율에서. 28Gbps의 PAM4 신호는 레인당 초당 56기가비트(Gbps)를 전달하며, 반면 NRZ는 해당 보드레이트에서 단지 28Gbps만 전달합니다.

• 과제: 이 효율성은 비용을 수반합니다:

  • 신호 대 잡음 비(SNR) 감소: PAM4의 네 개 전압 레벨은 NRZ의 두 개 레벨보다 서로 더 가깝습니다. 이로 인해 신호가 잡음, 왜곡, 간섭에 훨씬 민감해집니다. 작은 잡음 여유는 레벨을 뒤바꾸어 오류를 유발할 수 있습니다.

  • 증가된 복잡성: PAM4는 강력한 … 및 드라이버와 수신기의 정밀한 선형성을 포함한 훨씬 정교한 트랜스시버 설계를 요구합니다. 순방향 오류 정정(FEC), 고급 기능 DSP(디지털 신호 처리), 이는 일반적으로 성숙한 NRZ 설계에 비해 비트당 전력 소비가 증가함을 의미합니다.

참고: PAM4는 더 많은 전압 레벨을 가지므로 레벨 간 간격이 작습니다. 따라서 PAM4 신호는 NRZ보다 잡음에 의해 쉽게 왜곡됩니다.

변조가 중요한 이유

변조 디지털 데이터를 구리선 또는 광섬유를 통해 전송하려면 …가 필요합니다. 이는 신호를 변경하여 장거리 전송 시 문제를 줄이고 안정적으로 전달할 수 있도록 합니다. 고속 데이터의 경우, 마하-젠더(Mach-Zehnder) 변조기와 같은 외부 변조 도구가 신호 강도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 펄스 진폭 변조(PAM) 및 기타 신호 변조 방식은 속도, 효율성, 신뢰성 사이에서 최적의 균형을 선택할 수 있도록 해줍니다.

➤ 아이 다이어그램 및 신호 무결성

NRZ 아이 다이어그램

…를 살펴볼 때, NRZ 아이 다이어그램, 은 신호 동작 방식을 보여줍니다. 0과 1을 각각 나타내는 두 개의 주요 전압 레벨이 있으며, 이는 다이어그램에서 크고 열린 “아이” 형태를 만듭니다. 열린 아이는 신호가 강하고 잡음에 의해 쉽게 왜곡되지 않음을 의미합니다.

• 두 개의 명확한 전압 레벨이 보이므로 0과 1을 쉽게 구분할 수 있습니다.

• 넓은 아이 개방 폭은 신호가 강하며 거의 변하지 않음을 나타냅니다.

• 레벨 간 부드러운 전환은 타이밍 추적을 용이하게 하고 오류를 줄입니다.

• 아이의 높은 부분은 신호가 견딜 수 있는 잡음의 양을 보여줍니다.

• 넓은 부분은 타이밍 지터나 심볼 간 간섭(ISI)이 있는지를 나타냅니다.

• 더 큰 아이는 오류가 적고 타이밍 설정이 쉬움을 의미합니다.

• 아이가 작아질 경우, 잡음이나 기타 문제가 신호 품질을 저하시키고 있음을 의미합니다.

NRZ 아이 다이어그램은 단순하며 PAM4보다 복잡하지 않습니다. 이로 인해 NRZ는 데이터를 안전하게 유지하려 할 때 더 강력하고 사용하기 더 쉽습니다.

PAM4 눈 도표

The PAM4 아이 다이어그램 NRZ 아이 다이어그램과 동일하지 않습니다. 두 수준이 아니라 네 가지 서로 다른 수준을 볼 수 있습니다. 각 수준은 서로 다른 2비트 쌍을 나타냅니다. 수준 간 간격이 좁아 아이 오프닝이 작고 중첩되어 있습니다. 이로 인해 PAM4 신호는 잡음에 의해 왜곡되기 쉬워집니다.

PAM4의 작은 아이 오프닝으로 인해 잡음을 견디는 능력이 낮다는 것을 알 수 있습니다. 아이 크기가 작기 때문에 타이밍을 정확히 추적하기도 어렵습니다. 과도한 잡음이 발생하면 중첩된 아이들이 혼합되어 오류가 더 많이 발생할 수 있습니다. PAM4 신호를 명확하게 유지하려면 오류를 수정하고 신호를 정제하는 특수 도구가 필요합니다.

두 방식을 비교해 보면, NRZ는 더 깨끗하고 큰 아이 다이어그램을 제공합니다. 반면 PAM4는 더 많은 데이터를 전송할 수 있지만, 신호를 주의 깊게 관찰하고 오류를 최소화하기 위해 추가적인 지원이 필요합니다.

➤ 어디서 빛을 발하나요? 적용 분야 중심

• 2개 레벨, 심볼당 1비트. 여전히 단순성, 전력 효율성 및 비용 효율성이 핵심인 ≤25Gbps/레인 데이터 전송 속도 환경에서 최고의 지위를 차지하고 있습니다. 예를 들어, 10 기가비트 이더넷(10GbE), 서버 연결용 25 기가비트 이더넷(25GbE), 그리고 기존 시스템 등이 여기에 해당합니다. 많은 광 트랜스시버 종류가 있으며, SFP+ (10G/25G) 및 QSFP28 (4×25G=100G)는 NRZ를 활용합니다.

• 4개의 구분된 신호 레벨을 사용하여 심볼당 2비트(00, 01, 10, 11)를 전송. 50Gbps/레인 이상의 고밀도·고대역폭 응용 분야에서 압도적인 우위를 점하는 기술입니다. 다음 분야의 핵심 기반 기술입니다:

  • 100 기가비트 이더넷(100GbE – 2개의 50G PAM4 레인 사용)

  • 200 기가비트 이더넷(200GbE – 4×50G PAM4)

  • 400 기가비트 이더넷(400GbE – 8×50G PAM4 또는 4×100G PAM4)

  • 800 기가비트 이더넷(800GbE – 8×100G PAM4)

  • AI/ML 클러스터 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 인터커넥트.

➤ PAM4와 NRZ 중 선택하기

PAM4와 NRZ 중 하나를 선택할 때는 몇 가지 주요 요소를 고려해야 합니다. 각 방식은 서로 다른 용도에 적합하며, 속도, 비용, 네트워크 확장 가능성 등 귀하의 요구 사항에 가장 부합하는 방식을 선택해야 합니다.

고려해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다:

• 속도 요구 사항: 네트워크 속도가 400G 이상처럼 매우 빠르게 요구될 경우, PAM4는 동일한 공간에서 두 배 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. NRZ는 속도 요구가 낮은 비교적 느린 네트워크에 더 적합합니다.

• 신호 품질: NRZ는 두 개의 전압 레벨을 사용하므로 잡음에 강해 오류가 적고 신호가 더 명확합니다. PAM4는 네 개의 레벨을 사용하므로 잡음으로 인해 신호 왜곡이 더 쉽게 발생하며, 오류 정정을 위해 특수 도구가 필요합니다.

• 하드웨어 및 비용: NRZ 부품은 단순하여 비용이 낮습니다. 반면 PAM4는 더 많은 부품과 특수 칩이 필요하므로 비용이 높습니다. 비용 절감과 간편함을 원한다면 NRZ가 현명한 선택입니다.

• 전력 사용량: NRZ는 추가 처리가 필요 없어 에너지 소비가 적습니다. PAM4는 신호를 명확히 유지하기 위해 더 많은 에너지를 소비합니다.

• 거리: 장거리 데이터 전송이 필요할 경우 NRZ가 더 우수합니다. PAM4는 데이터 센터 내부와 같은 단거리 링크에 최적화되어 있습니다.

• 향후 확장성: 나중에 네트워크 속도를 더욱 높이고자 할 경우, PAM4는 더 높은 속도와 새로운 표준을 지원할 수 있습니다.

이러한 차이점을 다음 표에서 확인할 수 있습니다:

요인	NRZ 특성	PAM4 특성
데이터 전송 속도	클록 사이클당 1비트	클록 사이클당 2비트(대역폭 2배)
신호 대 잡음비(SNR)	높음, 잡음에 덜 민감	낮음, 잡음에 더 민감
비트 오류율(BER)	낮음	높음, 오류 정정 필요
하드웨어 복잡도	단순하고 경제적	복잡하고 비용이 높음
전력 소비	낮음	높음
전송 거리	더 긴 거리	짧음
확장성	현재 요구 사항에 적합	향후 업그레이드에 대비됨

💡 팁: 느린 속도 또는 장거리 링크에 대해 단순하고 저렴한 솔루션을 원한다면 NRZ를 선택하세요. 최고 속도와 미래 네트워크 성장을 원한다면 PAM4를 선택하세요.

➤ LINK-PP 광 트랜스시버: NRZ 및 PAM4로 성능을 제공

적절한 광 트랜스시버 네트워크 성능에 있어 핵심적입니다. LINK-PP 당사는 NRZ와 고급 PAM4 변조를 모두 지원하는 포괄적인 제품군을 제공합니다:

• NRZ 애플리케이션의 경우: 신뢰성 있고 경제적인 광 트랜스시버 솔루션으로, 당사의 LINK-PP SFP-25G-SR 기술: 또는 LINK-PP QSFP28-100G-SR4 LQ-M85100-SR4C 제품은 10G, 25G 및 100G(4×25G) 구축 환경에서 레인당 25G의 견고한 NRZ 성능을 제공합니다.

• 고속 PAM4 애플리케이션의 경우: 당사의 첨단 PAM4 광 트랜스시버 모듈은 신호 무결성 문제를 극복하도록 설계되었습니다:

  • LINK-PP LQD-CW400-DR4C: 4×100G PAM4를 사용하는 400G 단거리 단일 모드 광섬유에 이상적입니다.

이러한 LINK-PP 광 트랜스시버 모듈 이 모듈은 정교한 DSP와 강력한 FEC를 채택하여 엄격한 PAM4 환경에서도 신뢰성 높고 고성능의 연결을 보장하며, 차세대 데이터센터 및 AI 인프라에 필수적인 요소가 됩니다.

➤ 미래는 다중 레벨로 향합니다

NRZ(논리-리턴 투 제로)는 여전히 중요하지만, 고속 네트워킹의 발전 방향은 분명히 PAM4로 향하고 있으며, 1.6테라비트 이더넷 및 그 이상을 향해 나아가면서 PAM8 또는 PAM16과 같은 더욱 복잡한 변조 방식으로도 확장될 수 있습니다. PAM4는 보드레이트를 두 배로 증가시키지 않고도 데이터 전송률을 두 배로 높일 수 있는 능력을 갖추고 있어 기존 광섬유 인프라를 최대한 활용하는 데 필수적입니다. 성공적인 PAM4 구축은 고품질 부품과 정교한 광 트랜스시버 설계에 달려 있습니다—이 바로 LINK-PP와 같은 혁신 기업이 뛰어난 역량을 발휘하는 영역입니다.

고속 네트워크를 최적화할 준비가 되셨습니까?

NRZ 대비 PAM4를 이해하는 것은 현대 고대역폭 네트워크를 설계하고 관리하는 데 근본적인 사항입니다. 기존 인프라를 업그레이드하든, 최첨단 AI 클러스터를 구축하든, 적절한 변조 방식과 적절한 광 트랜스시버 파트너를 선택하는 것이 매우 중요합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

고속 데이터 전송에서 PAM4가 NRZ보다 우수한 이유는 무엇입니까?

PAM4는 심볼당 2비트를 전송하므로 데이터 전송률이 두 배가 됩니다. 반면 NRZ는 심볼당 1비트만 전송합니다. PAM4는 네트워크 내에서 더 높은 속도가 필요한 경우에 가장 효과적으로 작동합니다.

PAM4는 항상 NRZ보다 더 많은 전력을 소비합니까?

일반적으로 PAM4는 오류 정정 및 신호 처리를 위해 추가 회로를 사용하므로 더 많은 전력을 필요로 합니다. 반면 NRZ는 설계가 단순하므로 전력 소비가 적습니다.

설치가 더 쉬운 것은 PAM4입니까, 아니면 NRZ입니까?

NRZ가 설치하기 더 쉽습니다. 간단한 하드웨어를 사용하며 조정이 덜 필요합니다. 반면 PAM4는 잡음 및 오류를 처리하기 위해 더 많은 설정과 세심한 설계가 요구됩니다.

동일한 네트워크에서 PAM4와 NRZ를 함께 사용할 수 있습니까?

예, 둘을 혼용할 수 있습니다. 기존 또는 장거리 링크에는 NRZ를 사용하고, 새로운 고속 연결에는 PAM4를 사용합니다. 이를 통해 네트워크를 단계적으로 업그레이드할 수 있습니다.

장거리 전송에 더 적합한 것은 PAM4입니까, 아니면 NRZ입니까?

장거리 전송에는 NRZ가 더 적합합니다. NRZ는 잡음을 잘 견디며 신호를 선명하게 유지합니다. 반면 PAM4는 더 높은 속도가 필요한 단거리에서 중거리 링크에 적합합니다.