自2008年CMOS芯片与磷化铟光器件技术实现商业化后，Marvell等企业通过六代DSP芯片迭代，推动相干光模块从传统固定设备向可插拔形态转型。
以40纳米工艺的首代DSP为例，其功耗达40W，支持4000公里传输距离；而最新的5纳米工艺Orion™芯片在10-20W功耗下，通过800G QAM16-PS调制技术实现2000公里传输，并集成LDPC纠错与OTN/Ethernet协议转换功能。这种技术进步使光模块体积缩小60%，更适合高密度数据中心部署。
当前行业聚焦于1.6T单波长传输技术的研发，这对信号处理提出更高要求。为实现240G波特率下的稳定传输，Marvell团队开发了双音测试法。
如下图所示，该方法通过生成45GHz幅值包络信号，精确捕捉高频段信号失真现象。基于此建立的宽频模型优化了模数转换器设计，将有效位数（ENoB）从4.8bit提升至5.2bit，同时将电压范围控制在±0.75V，使信号质量提升18%。
图：TIA输出信号对比（45GHz高增益与低增益状态） （a）高增益下的削波现象 （b）最优电压与最大电压对比
基于此建立的宽频模型优化了模数转换器设计，将有效位数从4.8bit提升至5.2bit，同时将电压范围控制在±0.75V，使信号质量提升18%。
在激光器协同优化方面，研究团队发现单纯依赖线宽指标不足以应对突发频率波动。通过改进测量方法，采用64QAM编码配合交织深度调整（从32增至96），时序误差容忍度提升3倍。这使得时钟恢复电路的更新频率从每符号1次降低至每8符号1次，功耗减少22%，同时降低了对激光器性能的要求。
模拟前端设计面临CMOS工艺微缩带来的新挑战。每代工艺节点进步（如从28nm到16nm）带来约2倍的传输速率提升。然而，7nm FinFET晶体管虽将截止频率提升至300GHz，但寄生电容增加制约了带宽扩展。为此，Marvell在跨阻放大器输入端集成T-coil峰化结构，将-3dB带宽从45GHz扩展至58GHz，并通过嵌套稳压设计将电源噪声抑制到0.8mVrms以下。这些改进使112G Baud信号在30km光纤传输后的误码率稳定在1E-15以内。
图2：CMOS工艺节点与传输速率演进趋势 （趋势线标注：速率每4.7年翻倍，1.6T预计2025年实现）
接收端DSP的功耗优化至关重要。针对1.6T数据流，团队采用基于Radix-2³算法的折叠式FFT架构，将128点变换所需的复数乘法器数量减少64%（从1,024个降至372个），时延控制在12ns内。同时通过算法降采样技术，将载波相位估计的计算密度降低75%，在同等功耗下实现4倍吞吐量提升。
跨领域协作成为技术突破的关键。Marvell与光学组件供应商共同开发光子集成芯片模型，将封装阻抗波动（±5Ω）纳入DSP均衡器训练，使信道估计精度提升15%。这种端到端优化使1.6T模块在20W功耗下达成2000公里传输目标，较前代产品能效提升2.3倍。
随着3nm工艺预计在2025年量产，3.2T传输技术已进入预研阶段。
参考论文：Toward_1.6T_Low-Power_Coherent_DSP_Challenges_and_Lessons_Learned_from_Preceding_Generations
参考文档：
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