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PAM4是脉冲幅度调制技术，采用4个不同的信号电平来进行信号传输。4表示四个不同的幅度状态，分别对应于 00、01、11和10四种状态，每个符号代表2比特信息。因此PAM4以53G波特率运行下，共可以承载106Gbps数据。  

相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅（而不象强度检测那样只是改变光的强度），这就需要光信号有确定的频率和相位（而不象自然光那样没有确定的频率和相位），即应是相干光。主要用于高速率、长距离传输。  

PAM4一般用于高速率、中短距离传输，极其符合新一代数据中心内部连接。

以纳多德400G光模块为例，400G QSFP-DD SR8采用50Gbps PAM4调制，传输距离可达100m，广泛用于数据中心400G直连、400G-2*200G互连及400G-8x50G互连；而400G QSFP-DD DR4采用100Gbps PAM4调制，传输距离可达500m，可用于数据中心400G直连及400G-4*100G互连。纳多德400G QSFP-DD FR4/LR4是采用100Gbps PAM4调制，传输距离分别可达2km和10km。

在DCI长距互联场景下，PAM4显得有些力不从心，而基于400ZR协议的相干调制，可以波特率约为 60Gbaud的双极化16QAM (DP-16QAM) 调制运行（光信号的相位和幅度中都被编码），支持单波长承载400Gbps或更高的速率。当然这也就对光模块激光器提出了更高的性能要求，需要超窄线宽激光器、I/Q 调制器和相干接收器。与PAM4采用的直接调制相比，可以传输的更远。  

事实上，两种技术的波特率是相似的，但相干传输使用更大功率的DSP可以实现比PAM4调制更多数据的单波长编码。PAM4通过使用多波长和简单的激光器进行补偿。  

但是，随着数据中心速率的增长，这两种技术出现了“重叠”。在800G时代，PAM4和相干的技术差距将变得更小。而决定一种技术是否具有竞争力，无非是考虑成本和功耗。

成本

在保持波特率不变的情况下，将数据速率加倍的最简单方法是提升硬件。比如说PAM4可以使用4或8个100G/200G波长，相干调制则可以使用2个400G波长。  

另一种方式是提高波特率，比如说将波特率加倍到大约110Gbaud，以实现总体速率从400到800Gbps的提升。对于相干技术而言，这就变成I/Q调制器和接收器是采用InP还是硅光子的问题。硅光子成本相比较低，但其性能也明显较低。可以说硅光子具有高峰值电压和较差的带宽，而InP具有低峰值电压和良好的带宽，但其成本更高。  

对于PAM4，可以使用间接调制EML，带有内置磷化铟（InP）的激光器。或者是使用硅光子调制器的集成阵列和InP激光器阵列。跟相干方案一样，相对于EML解决方案，高峰值电压和较差的带宽给硅光子带来阻碍，但硅光子成本更便宜。  

无论是PAM4还是相干技术，InP模块成本较高，而硅光要便宜一些。

功耗

在功耗上，随着芯片技术由7nm演进到5nm，甚至3nm，不仅仅是DSP处理速率的提升，而且在降功耗上也表现得越来越优异。如下图所示，100G相干比100G PAM4高出近10倍的功耗，但这种差异会在基于5nm节点800G应用明显降低。下图展示了相干和PAM4 DSP在不同CMOS节点的功耗表现。

这些方案都已被不同的公司通过实验得到证明。纳多德认为，随着产量的增加和成本的降低，相干方案只需要一个激光器、调制器和接收器的这一事实将使其能够达到媲美PAM4的成本竞争力，即使光器件变得更加复杂。然后，相干方案可实现的更大灵活性和性能就可以发挥作用。PAM4用4个简单的激光器、调制器和接收器，即使它们在800G时不是那么简单，也足以快速降低成本，保持领先相干的竞争力。总体而言，相干和PAM4传输的竞争已经开始，未来结果还需等待。