QSFP-DD مقابل OSFP مقابل QSFP56 مقابل QSFP: المزايا والتحديات

تضع شبكات الجيل الخامس ، وإنترنت الأشياء (IoT) ، وتنامي نقل البيانات المستند إلى الفيديو ضغوطًا شديدة على شركات النقل ومراكز البيانات لترقية سعة الشبكة الخاصة بهم لدعم هذه التطبيقات كثيفة البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، ستستمر التغييرات السلوكية الأخيرة التي أحدثها جائحة COVID-5 مثل العمل عن بعد والتعلم عن بعد وزيادة تدفق الترفيه بعد انتهاء هذه الأزمة الصحية. نظرًا لأن الزيادة الهائلة في متطلبات السعة للتطبيقات المتعطشة للبيانات تفوق قدرات النقل عالية السرعة الحالية ، فإن 19G هي تقنية جديدة واعدة تدعم الحاجة الفورية للألياف الضوئية بنفقات تشغيلية منخفضة نسبيًا (OPEX) وبصمة أصغر.

400G QSFP-DD بناءً على تعديل PAM4

PAM4 هي طريقة التعديل الرئيسية لـ 400G QSFP-DD ، وهناك نوعان - وضع متعدد والوضع الفردي. يستخدم 400G QSFP-DD القائم على تعديل PAM4 تعديل 8x50G PAM4 على جانب المنفذ الكهربائي ، وأنواع تعديل 8x50G PAM4 و 4x100G PAM4 على جانب المنفذ البصري.

الشكل 1: 400 جرام QSFP-DD بناءً على تعديل PAM4

متعدد الأوضاع 400G QSFP-DD

يحتوي 400G متعدد الأوضاع QSFP-DD على واجهات SR8 و SR4.2 ، وكلاهما يستخدم تعديل 8x50G PAM4.

SR8: يشير "SR" إلى استخدام الألياف متعددة الأوضاع لإرسال مسافة 100 متر ، ويشير الرقم "8" إلى وجود 8 قنوات بصرية. يلزم ما مجموعه 16 أليافًا (8 Tx و 8 Rx) لكل قناة بصرية تعمل عند 50G PAM4. تستخدم وحدة SR8 موصلات MPO-16 أو موصلات MPO-24 لتوصيل 8 أزواج من الألياف.

الشكل 2: موصل MPO-16 وموصل MPO-24

SR4.2: يشير "SR" إلى استخدام الألياف متعددة الأوضاع لإرسال مسافة 100 متر ، ويشير الرقم "4" إلى وجود أربع قنوات بصرية ، ويشير الرقم "2" إلى أن كل قناة تستخدم طولين موجيين. تعمل كل قناة بصرية عند 2x50G PAM4 ، وتتطلب ما مجموعه 8 ألياف ، والأطوال الموجية ثنائية الاتجاه ومتعددة. تستخدم وحدات SR4.2 موصلات MPO-12 ، وتتمثل الميزة الرئيسية لـ SR4.2 في أنه يمكنها الاستمرار في استخدام موارد الألياف المثبتة الحالية.

الشكل 3: MPO-12 ثنائية الاتجاه

كل ليف SR4.2 في موصل MPO-12 يحمل إشارات PAM2 ثنائية الاتجاه 50x4G. يدعم SR4.2 أيضًا واجهات موصل MDC و SN.

PMD	بعد انتقال	نوع الألياف	منفذ بصري	عدد نوى الألياف	الطول الموجي	طريقة التعديل
SR8	100m	الوضع المتعدد المتوازي	MPO- 16 (APC) أو MPO- 24 (كمبيوتر)	16	850nm	50 جرام بام 4
SR4.2	100m	الوضع المتعدد المتوازي	MPO- 12 (APC)	8	850nm / 910nm	50 جرام بام 4

الجدول 1: 400 جرام من وضع ملوتي QSFP-DD

أحادي الوضع 400G QSFP-DD

يمكن تقسيم 400G أحادي الوضع QSFP-DD إلى مجموعتين. تم تعديل مجموعة واحدة من المنافذ الضوئية بـ 8x50G PAM4 ، والمجموعة الأخرى مُعدلة بـ 4x100G PAM4. تستخدم كلتا الطريقتين DSP باعتباره CDR (لم يتم إنشاء CDR تمثيلي) أو تستخدم مزيجًا من Gearbox و CDR. الفرق هو معدل الإشارة على جانب الخط وعدد أشعة الليزر المستخدمة.

الشكل 4: مجموعتان من الوضع الفردي 400G QSFP-DD

أحادي الوضع QSFP-DD استنادًا إلى 8 × 50 جم PAM4

هناك ثلاثة أنواع عامة: FR8 و LR8 و 2 xFR4. FR8 و LR8 هما أقدم واجهات أحادية الوضع 400G متوفرة. "8" تعني 8 أطوال موجية ، كل منها يعمل عند 50 جم PAM4. "FR" تعني انتقال 2 كم ، و "LR" تعني نقل 10 كم. يتم مضاعفة 8 أطوال موجية في ألياف واحدة. يستخدم كل من FR8 و LR8QSFP-DD واجهات ضوئية مزدوجة LC.

الشكل 5: QSFP-DD أحادي الوضع بناءً على 8 × 50G PAM4

يستخدم 2xFR4 QSFP-DD 8 أشعة ليزر ، ولكن في مجموعتين من 4 أطوال موجية (وفقًا لمعيار 200G FR4). يتم مضاعفة المجموعتين في الألياف بشكل منفصل ، ويوفر QSFP-DD إشارات 2x200G على 2 موصلات CS.

PMD	بعد انتقال	نوع الألياف	منفذ بصري	عدد نوى الألياف	الطول الموجي	طريقة التعديل
2xFR4	2km	SMF	2xCS	4	4 (CWDM4)	50 جرام بام 4
FR8	2km	SMF	LC	2	8 (LWDM)	50 جرام بام 4
LR8	10km	SMF	LC	2	8 (LWDM)	50 جرام بام 4

الجدول 2: جهاز إرسال واستقبال بصري أحادي الوضع يعتمد على 8 × 50G PAM4

ومع ذلك ، هناك تجارة-offق عند استخدام محلول 8x50G. من ناحية ، هم offتحسين ميزانيات الارتباط في بعض الحالات ، ولكن من ناحية أخرى ، تكون تكاليف الليزر الإجمالية لكل وحدة أعلى وتكون العبوة الضوئية أكثر تعقيدًا ، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية وارتفاع تكاليف الإنتاج. في المقابل ، تتميز وحدات 4x100G باستهلاك أقل للطاقة وقدرات معالجة حرارية أبسط ، لذلك تتحول الأجهزة تدريجياً إلى حلول 4x100G.

وحدة بصرية أحادية الوضع تعتمد على 4x100G PAM4

تعد الوحدات البصرية 4x100G QSFP-DD محور تركيز السوق الحالي ، والجزء الأكثر شيوعًا هو استخدام 4 ممرات مع 100G PAM4 على جانب الخط. هنا ، يمكننا تصنيف الوحدات الضوئية إلى نوعين: الألياف المتعددة والألياف المزدوجة. العناصر الرئيسية في هذه الوحدات الضوئية هي DSPs التي تدعم علبة التروس ، بما في ذلك DR4 و FR4 و LR4.

في الوحدة البصرية DR4 ، يحول DSP الإشارة الكهربائية 8x50G PAM4 إلى 4x100G PAM4 وينقلها إلى المحرك البصري. في نفس الوقت ، يعمل DSP مثل CDR. في DR4 ، تعمل كل قناة عند 1310 نانومتر وتتطلب أليافًا واحدة ، لذلك يلزم توفر 8 ألياف.

الشكل 6: وحدة بصرية أحادية الوضع تعتمد على 4x100G PAM4

الوظائف الأساسية لـ FR4 و LR4 DSP هي نفسها الموجودة في DR4. ولكن الآن يتم استخدام 4 أطوال موجية (CWDM4) بدلاً من أربع إشارات 1310 نانومتر ويتم إضافة معدد إرسال لدمج إشارات CWDM هذه. بهذه الطريقة ، يتم تقليل عدد الألياف الضوئية المطلوبة إلى 2 (TX + RX) ، ويتم استخدام منفذ بصري LC مزدوج.

الشكل 7: وضع فردي 4x100G FR4

بالنسبة إلى LR4 ، هناك مساران مختلفان ، ومن المرجح أن ينتهي بنا الأمر بنسختين. واحد لمسافة 6 كيلومترات (IEEE) والآخر لمسافة 10 كيلومترات (100 جم لامدا MSA).

PMD	بعد انتقال	نوع الألياف	منفذ بصري	عدد نوى الألياف	الطول الموجي	طريقة التعديل
DR4	500m	PSM / SMF	MPO-12 (APC)	8	1 (1310 نانومتر)	100 جرام بام 4
FR4	2km	SMF	LC	2	4 (CWDM4)	100 جرام بام 4
LR4	10km	SMF	LC	2	4 (CWDM4)	100 جرام بام 4

Table3: وحدة بصرية أحادية الوضع تعتمد على 4 × 100G PAM4

في المستقبل ، مع الأخذ في الاعتبار التكاليف ، قد يصبح الإرسال 400G بإشارات ضوئية رباعية الاتجاهات سائدًا. في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا ترقية المنفذ الكهربائي للوحدة الضوئية تدريجياً إلى شكل 4 × 4G PAM100 لتوفير شريحة علبة التروس وتوفير استهلاك الطاقة والتكلفة.

QSFP-DD مقابل QSFP (QSFP + / QSFP28)

تتوسع واجهة QSFP-DD الجديدة على عامل الشكل القابل للتوصيل QSFP ، وهو واجهة كهربائية ذات أربعة حارات معتمدة على نطاق واسع تستخدم عبر محولات Ethernet التي تتيح التوصيل البيني بين المحولات أو الخوادم. تعمل الممرات الكهربائية الأربعة لـ QSFP بسرعة 10 جيجابت / ثانية أو 25 جيجابت / ثانية ، مما يوفر حلولًا لمجموع 40 جيجابت / ثانية أو 100 جيجابت / ثانية. تستخدم الواجهات الكهربائية لعامل الشكل القابل للتوصيل 400G QSFP-DD ثمانية ممرات تعمل بتعديل NRZ بسرعة تصل إلى 25 جيجابت / ثانية أو تعديل PAM50 بسرعة 4 جيجابت / ثانية ، مما يوفر حلولًا تصل إلى 200 جيجابت / ثانية أو 400 جيجابت / ثانية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تمكين عرض نطاق ترددي إجمالي يصل إلى 14.4 تيرابايت / ثانية في فتحة تبديل واحدة ومعالجة النمو السريع لحركة مرور مركز البيانات.

كثافة منفذ النظام متطابقة بين مواصفات الوحدة النمطية QSFP-DD و QSFP28. ومع ذلك ، نظرًا لأن كل منفذ QSFP-DD يمكنه استيعاب 8 ممرات بدلاً من 4 ، فإن QSFP-DD يضاعف عدد منافذ ASIC التي يدعمها للواجهات الحالية مثل CAUI-4. يوفر QSPF-DD أعلى كثافة للأبيض والأسود لأي وحدة قابلة للتوصيل.

كثافة BW لـ QSFP-DD

الأنظمة المصممة بوحدات QSFP-DD متوافقة مع الإصدارات السابقة ، مما يسمح لها بدعم وحدات QSFP الحالية وتوفير المرونة للمستخدمين النهائيين ومصممي النظام. التوافق مع الإصدارات السابقة مهم للغاية للصناعة. إن الاقتصاد في الحجم الذي تم تحقيقه بسبب التوافق مع الإصدارات السابقة يجعله مرغوبًا للغاية.

باختصار، 400غ QSFP-DD أطول بقليل من QSFP + / QSFP28 ولكن كثافة المنفذ هي نفسها ، ويتم زيادة عرض النطاق الترددي إلى 10 مرات أو 4 أضعاف الأخير ، وهو متوافق مع الإصدارات السابقة ، مما يعني أنه يمكن للعملاء تخطي نظام QSFP ونشر QSFP مباشرة- نظام DD ، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف المعدات.

QSFP-DD مقابل OSFP

أولاً ، دعنا نلقي نظرة على جهاز الإرسال والاستقبال OSFP. ال 400 جرام OSFP هو عامل شكل جديد قابل للتوصيل مع ثمانية ممرات كهربائية عالية السرعة ستدعم مبدئيًا 400 جيجابت / ثانية (8 × 50 جيجابت). إنه أعرض وأعمق قليلاً من QSFP ولكنه لا يزال يدعم 36 منفذ OSFP لكل لوحة أمامية 1U ، مما يتيح 14.4 تيرا بايت / ثانية لكل وحدة واحدة. في الواقع ، لا يوجد فرق كبير بين هذين العاملين الشكل. على سبيل المثال ، دعنا نقارن QSFP-DD DR4 مع OSFP DR4. OSFP DR4 عبارة عن وحدة بصرية صغيرة الحجم قابلة للتوصيل بعامل الشكل صغير سعة 400 جيجابت / ثانية (OSFP) مصممة لتطبيقات الاتصالات الضوئية بطول 500 متر. تشتمل الوحدة على 4 قنوات متوازية بطول موجة مركزي يبلغ 1310 نانومتر ، وتعمل عند 100 جرام لكل قناة. يشتمل مسار جهاز الإرسال على برنامج تشغيل EML رباعي القنوات مع 4 EMLs متوازية. بينما يدعم QSFP-DD DR4 أيضًا مسافة نقل قصوى تبلغ 500 متر على طول موجة مركز 1310 نانومتر. لكن الجزء المختلف هو أن وحدة QSFP-DD DR4 تقوم بتحويل 8 قنوات من إشارة كهربائية 50 جيجابت / ثانية (PAM4) إلى 4 قنوات من بيانات الإخراج البصري المتوازي ، كل منها قادر على معدل بيانات 100 جيجابت / ثانية لعرض النطاق الترددي المجمع 400 جيجابت في الثانية. 

ثانياً ، حول السعة الحرارية واستهلاك الطاقة. يعتبر QSFP-DD أصغر حجمًا ، لذا فإن سعته الحرارية تتراوح من 7 إلى 12 واط فقط. في حين أن جهاز الإرسال والاستقبال OSFP أكبر في الحجم ، يمكن أن تصل سعته الحرارية إلى 12 إلى 15 واط. كلما زادت السعة الحرارية ، زاد استهلاك الطاقة الذي يمكن أن تتحمله الوحدة الضوئية.

ثالثًا ، تم اعتبار الحجم الأكبر لـ 400G OSFP والمبدد الحراري المتكامل وجهات الاتصال أحادية الصف في البداية أفضل. كانت سلامة الإشارة من خلال الموصل وتحديات التبريد الحراري من مجالات التركيز الرئيسية. ومع ذلك ، أثبت التوافق العكسي لـ QSFP-DD مع السرعة المنخفضة QSFP28 نجاحًا في السوق بمجرد تهدئة المخاوف الفنية.

QSFP-DD مقابل CFP8

بدأت سلسلة CFP من CFP ، وذهبت إلى CFP2 ، ثم إلى CFP4 ، وأخيرًا إلى CFP8 ، وهي أيضًا سلسلة عوامل الشكل الراسخة. مقارنة بسلسلة QSFP ، يبدو أن سلسلة CFP كانت أقل شهرة لأسباب واضحة - الحجم الكبير واستهلاك الطاقة العالي.

قارن QSFP-DD و CFP8 ، أول شيء واضح هو الحجم - حجم CFP8 (41.5 مم * 107.5 مم * 9.5 مم) أكبر بكثير من QSFP-DD ، وحجمه أكبر بثلاث مرات من QSFP-DD .

إلى جانب ذلك ، من أجل التوافق مع الإصدارات السابقة ، لا يوجد أي ذكر للتوافق مع الإصدارات السابقة في مواصفات أجهزة CFP8 (في الواقع ، لا يبدو أن سلسلة CFP بأكملها متوافقة مع الإصدارات السابقة). بالنسبة للوحدات البصرية من سلسلة CFP و CFP2 ، كان محول CFP إلى QSFP28 ومحول CFP2 إلى QSFP28 متاحين لفترة طويلة ، مما يشير إلى أن بعض المستخدمين قد تحولوا إلى الوحدات البصرية QSFP28.

ثم يكون الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي لـ CFP8 و QSFP-DD 400Gb / ثانية، لكن CFP8 يدعم فقط 400 جيجابت / ثانية (16 × 25 جيجابت أو 8 × 50 جيجابت) ، بينما يدعم QSFP-DD كلاً من 200 جيجابت / ثانية (8 × 25 جيجابت) و 400 جيجابت / ثانية (8 × 50 جيجابت). باختصار ، يبدو أن QSFP-DD هو خيار أفضل من CFP8 ، بغض النظر عن أي جانب.

QSFP-DD مقابل QSFP56

كتطور لـ 40G QSFP + و 100 G QSFP28 السابقة ، فإن Quad 50 Gigabits Small Form-Factor Pluggable (QSFP56) هي التي تم تصميمها لـ 200G Ethernet. يشير QSFP56 إلى 4 × 50 إلى 56 جيجابت / ثانية في عامل شكل QSFP. في بعض الأحيان يمكن الإشارة إليه أيضًا باسم 200G QSFP من أجل البساطة. تتشابه الوحدات البصرية QSFP56 مع وحدات QSFP من حيث الحجم وعامل الشكل. بشكل عام ، يمكن استخدام وحدتين من وحدات QSFP56 مع SMF أو MMF لتحقيق ارتباط 200G. 

أحدث تكرار لعامل شكل الوحدة البصرية هو من QSFP56 إلى QSFP56-DD، والذي يسمى أيضًا 400G QSFP-DD. على الرغم من أن QSFP56-DD له كثافة مزدوجة ، إلا أن حجمه يشبه QSFP56. منفذ 400G QSFP56-DD متوافق مع الإصدارات السابقة مع جهاز الإرسال والاستقبال QSFP مما يعني أنه طالما أن المحول يدعم ، يمكن لـ QSFP56 العمل على منفذ QSFP56-DD. عند استخدام وحدة QSFP56 في منفذ QSFP56-DD ، سيتم تكوين هذا المنفذ لمعدل بيانات 200 جيجا ، بدلاً من 400 جيجا.

تحديات تنفيذ 400GbE

تؤدي السرعات العالية واستخدام تعديل PAM4 إلى تحسينات كبيرة في الإنتاجية ولكن يؤدي أيضًا إلى تعقيد كبير في الطبقة المادية ، كما يتسبب في حدوث أخطاء في إرسال الإشارات بسهولة.

المشكلة الأولى هي أن السرعة العالية للمسار في الواجهات الكهربائية 400G تعني المزيد من الضوضاء (وتسمى أيضًا نسبة الإشارة إلى الضوضاء) في نقل الإشارة. وتؤدي النسبة العالية للإشارة إلى الضوضاء إلى زيادة معدل الخطأ في البت (BER) ، مما يؤثر بدوره على جودة الإشارة.

علاوة على ذلك ، بالنسبة لطبقة المظهر المادي ، بالنسبة للوحدات البصرية 400 جيجا ، تشتمل واجهاتها عالية السرعة على المزيد من واجهات الإدخال الكهربائي ، وواجهات الإخراج الكهربائي ، وواجهات الإدخال البصري ، وواجهات الإخراج البصري ، وغيرها من واجهات إدارة الطاقة والسرعة المنخفضة. يجب أن يتم أداء كل هذه الواجهات وفقًا لشكوى معايير 400G. ومع ذلك ، فإن حجم ملف 400G أجهزة الإرسال والاستقبال يشبه أجهزة الإرسال والاستقبال 100G الحالية ، يحتاج تكامل هذه الواجهات إلى تكنولوجيا تصنيع أكثر تطوراً ، فضلاً عن اختبارات الأداء المقابلة لضمان جودة هذه الوحدات.

في الوقت نفسه ، يجلب مجمع اختبار جهاز الإرسال والاستقبال 400 جيجا أيضًا تحديات جديدة لبائعي الوحدات الضوئية. لضمان جودة جهاز الإرسال والاستقبال للمستخدمين ، يتعين على البائعين إيلاء أهمية كبيرة لمعدات اختبار جهاز الإرسال والاستقبال وتقنية البحث والتطوير. كيفية التأكد من أن المنتجات الجديدة تدعم ترقية 400G مع تقليل تكاليف اختبار التطوير والتصنيع المرتبطة بها والتي يمكن أن تعرقل نماذج التسعير التنافسي ، هو ما يجب أن يتعاملوا معه.