Wie kann man eindeutig von 100G QSFP28 LR4, PSM4 und CWDM4 Modulen unterscheiden?

100G ist in vollem Gange, um in den Mainstream überzugehen. Derzeit gibt es vier gebräuchlichste Arten von optischen 100G-QSFP28-Transceivern für Rechenzentrumsanwendungen, dh QSFP28SR4, QSFP28LR4, QSFP28PSM4 und QSFP28 CWDM4. Vergleiche zwischen den letzten drei werden in dieser Passage diskutiert, um Ihnen bei der Auswahl Ihrer 10 zu helfen0G-Anwendungsmodus ordnungsgemäß.

1. Überblick of 100G QSFP28 CWDM4 Optisch Transceiver 

Die Anforderungen an die Datenübertragungsraten werden immer höher und der Markt für optische 100G-QSFP28-Transceiver wächst rasant. Die IEEE-Organisation hat zwei optische Transceiver-Standards für 100G-Netzwerke entwickelt: 100G QSFP28 SR4 und 100G QSFP28 LR4. In der Praxis können diese beiden Standards aufgrund der unterschiedlichen Längen der Glasfaserverbindungen jedoch Rechenzentren nicht auf die kostengünstigste Weise bereitstellen. Daher hat die CWDM4 MSA Organisation den 100G QSFP28 CWDM4 Standard mit einer Übertragungsdistanz von 2 km entwickelt.

100G QSFP28 CWDM4 ist ein Standard, der 4 von der CWDM2014 MSA-Organisation veröffentlicht wurde. Es handelt sich um einen 100G-Übertragungsmodus, der auf der CWDM-Technologie (Single-Mode Coarse Wavelength Division Multiplexing) basiert. Der optische 100G-QSFP28-CWDM4-Transceiver, der diesem Standard entspricht, verwendet eine Duplex-LC-Schnittstelle. Die 4 zentralen Wellenlängen von 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm und 1331 nm werden für die optische Signalübertragung verwendet (wie in der folgenden Tabelle gezeigt), und jedes Band überträgt 25G.

Durch die CWDM-Technologie kann der optische 100G-QSFP28-CWDM4-Transceiver die oben genannten vier mittleren Wellenlängen zur Übertragung auf eine Singlemode-Faser multiplexen. Es ist zu beachten, dass zur Gewährleistung der Stabilität des Glasfaserübertragungssystems der optische 100G QSFP28 CWDM4-Transceiver für die Glasfaserverbindung mit der Vorwärtsfehlerkorrekturfunktion (FEC) verwendet werden muss.

Wellenlängenspur	Zentrale Wellenlänge	Wellenlängenbereich
Lane1	1271 nm	1264.5 bis 1277.5 nm	Tx0, Rx0
Lane2	1291 nm	1284.5 bis 1297.5 nm	Tx1, Rx1
Lane3	1311 nm	1304.5 bis 1317.5 nm	Tx2, Rx2
Lane4	1331 nm	1324.5 bis 1337.5 nm	Tx3, Rx3

Der AAnwendung of 100G QSFP28 CWDM4:

100G QSFP28 CWDM4 kann auf das 100G CWDM4 Ethernet des Rechenzentrums, InfiniBand EDR Hochleistungs-Computing und Speichernetzwerk angewendet werden.

100G QSFP28 CWDM4 Formfaktor:

Der optische Transceiver 100G CWDM4 verwendet den Formfaktor QSFP28, bei dem es sich um einen optischen Transceiver handelt, der zur Unterstützung der 100G-Übertragung verwendet werden kann. Es bietet eine ideale Lösung für die aktuelle Nachfrage nach steigenden Übertragungsraten in ultragroßen Rechenzentren. Die Formfaktorgröße von QSFP28 ist kleiner als die der optischen CFP4-Transceiver, was bedeutet, dass optische QSFP28-Transceiver eine höhere Portdichte am Switch haben.

Die Digital Diagnostic Monitoring (DDM)-Funktion von 100G QSFP28 CWDM4:

Der optische 100G-QSFP28-CWDM4-Transceiver verfügt über eine integrierte DDM-Funktion, mit der die wichtigen Leistungsparameter des optischen Transceivers wie übertragene optische Leistung, empfangene optische Leistung, Temperatur und Versorgungsspannung, Laservorspannungsstrom und Warninformationen effektiv überwacht werden können .

Die Kosten of 100G QSFP28 CWDM4:

Der optische 100G-QSFP28-CWDM4-Transceiver kann direkt von 25G auf 100G aufgerüstet werden, ohne 40G durchlaufen zu müssen, was die Kosten des Verkabelungssystems erheblich senkt.

Funktionen 100G QSFP28 CWDM4:

Nehmen wir als Beispiel den 100G QSFP28 CWDM4 optischen Transceiver (QSFP28-100G-IR4) von FiberMall:

• 1 Gbit/s, Bitrate jeder Lane 25.78 Gbit/s
• Bis zu 2 km Übertragung auf Singlemode-Glasfaser (SMF) mit FEC
• LAN WDM DFB Laser und PIN-Empfänger
• I2C-Schnittstelle mit integrierter digitaler Diagnoseüberwachung
• QSFP28 MSA-Paket mit Duplex-LC-Anschluss
• Single + 3.3V Netzteil
• 4 CWDM Spuren MUX / DEMUX Design
• 100G CWDM4 MSA Technische Spezifikation Rev1.1
• Maximaler Stromverbrauch 3.5W
• Betriebsgehäusetemperatur: 0 bis + 70 ° C.
• Entspricht der EU-Richtlinie 2011/65/EU (RoHS 6/6)

Anwendung:

• Datencenter-Verbindung
• 100G Ethernet
• Infiniband QDR und DDR-Verbindung
• Unternehmensnetzwerke

Was sind die Vorteile von 100G CWDM4 QSFP28 im Vergleich zu anderen 100G Optical Transceivers?

100G QSFP28 CWDM4 optische Transceiver haben in Rechenzentrumsanwendungen mehr Preisvorteile als 100G QSFP28 PSM4 optische Transceiver bei Mittel- und Langstreckenübertragung; im Vergleich zu optischen 100G-QSFP28-LR4-Transceivern mit einem breiteren Anwendungsbereich, sodass auch die Nachfrage größer sein wird; der Preisvorteil ist im Vergleich zu 100G QSFP28 LR4 optischen Transceivern überragend.

Mit dem kontinuierlichen Wachstum des Datenverkehrs fördert der Trend zu großen und flachen Rechenzentren die Entwicklung optischer Transceiver in zweierlei Hinsicht: die Erhöhung der Anforderungen an die Übertragungsrate und die Erhöhung der Anforderungen an die Stückzahl. Bei einer großen Anzahl von optischen Transceivern, die in Rechenzentren verwendet werden, stehen niedrige Kosten und Übertragungsentfernung zweifellos im Mittelpunkt der Überlegungen. Daher ist CWDM4 zum Mainstream der 100G-Cloud-Computing-Rechenzentren geworden.

2. Übersicht über den optischen 100G-QSFP28-LR4-Transceiver

Vor langer Zeit war die Kette der optischen Transceiver-Industrie sehr chaotisch. Jeder Hersteller hatte seine eigene Gehäusestruktur mit diversen Schnittstellen und unterschiedlichen Größen. Um dieses Problem zu lösen, wurde das Multi-Source-Agreement (MSA) ins Leben gerufen. Alle Hersteller folgen dem von MSA vorgeschlagenen Standard zur Vereinheitlichung der Gehäusestruktur und der zugehörigen Schnittstellen von optischen Transceivern, was der Standardisierung von Ladeports für Mobiltelefone ähnelt. Für 100G umfassen die von MSA definierten Standards 100G PSM4 MSA, 100G CWDM4 MSA und 100G Lambda MSA.

Warum hat MSA neben den in IEEE vorgeschlagenen Standards der 100GBASE-Serie auch PSM4- und CWDM4-Standards vorgeschlagen? 100GBASE-SR4 und 100GBASE-LR4 sind die am häufigsten verwendeten 100G-Schnittstellenspezifikationen, die von IEEE definiert werden. Für große Rechenzentrumsszenarien ist die von 100GBASE-SR4 unterstützte Entfernung jedoch zu kurz, um alle Verbindungsanforderungen zu erfüllen, und die Kosten von 100GBASE-LR4 sind zu hoch. Daher bringt MSA Mid-Distance-Verbindungslösungen auf den Markt, und PSM4 und CWDM4 sind die Produkte dieser Revolution. Natürlich deckt die Leistungsfähigkeit von 100GBASE-LR4 die von CWDM4 vollständig ab, aber im Szenario von 2-km-Übertragungen ist die CWDM4-Lösung kostengünstiger und wettbewerbsfähiger.

100G QSFP28 LR4 und 100G QSFP28 CWDM4 sind im Prinzip ähnlich. Beide verwenden optische Geräte MUX und DEMUX zum Wellenlängenmultiplexen von 4 parallelen 25G-Kanälen zu einer 100G-Glasfaserverbindung. Es gibt jedoch ein paar Unterschiede zwischen den beiden.

Im Namen von 100G QSFP28 LR4 bedeutet LR lange Reichweite, dh 10 km; 4 bedeutet vier Kanäle, d. h. 4*25G, die miteinander kombiniert werden, um einen optischen 100G-Transceiver zu bilden, der 10 km übertragen kann.

2.1 Optische MUX/DEMUX-Geräte, die von 100G QSFP28 LR4 verwendet werden, sind teurer

CWDM4 definiert ein 20-nm-CWDM-Intervall, da die Wellenlängen-Temperaturdrift-Charakteristik des Lasers etwa 0.08 nm/°C beträgt, die Wellenlängenänderung im Arbeitsbereich von 0 bis 70 °C etwa 5.6 nm beträgt und der Kanal selbst auch etwas zurücklassen muss Isolationsbänder.

Kanal 1: 1264.5 ~ 1277.5 nm

Kanal 2: 1284.5 ~ 1297.5 nm

Kanal 3: 1304.5 ~ 1317.5 nm

Kanal 4: 1324.5 ~ 1337.5 nm

Und 100G QSFP28 LR4 definiert das 4.5-nm-LAN-WDM-Intervall.

Kanal 1: 1294.53 ~ 1296.59 nm

Kanal 2: 1299.02 ~ 1301.09 nm

Kanal 3: 1303.54 ~ 1305.63 nm

Kanal 4: 1308.09 ~ 1310.19 nm

Je größer der Kanalabstand ist, desto geringer sind die Anforderungen an die optische MUX/DEMUX-Vorrichtung, was Kosten sparen kann.

2.2 Der von 100G QSFP28 LR4 verwendete Laser ist teurer und verbraucht mehr Strom

100G QSFP28 CWDM4 verwendet DML (Direct Modulated Laser), während 100G QSFP28 LR4 EML (Electro-Absorption Modulated Laser) verwendet. DML ist ein einzelner Laser und EML besteht aus zwei Geräten, eines ist DML und das andere ist der EAM-Modulator. Das Prinzip von DML besteht darin, eine Signalmodulation durch Modulation des Injektionsstroms des Lasers zu erreichen. Da die Größe des Injektionsstroms den Brechungsindex des aktiven Bereichs des Lasers ändert, was zu einer Wellenlängenverschiebung (Chirp) und zu einer Dispersion führt, was sehr schwierig ist, eine Hochgeschwindigkeits-Signalmodulation und eine Langstreckenübertragung zu realisieren. 10KM reichen nicht für DML, also kann ich nur zu EML gehen.

Hinweis: Chirp bezieht sich auf ein Signal, dessen Frequenz sich im Laufe der Zeit ändert (zunimmt oder abnimmt), was dem Zwitschern von Vögeln ähnelt.

2.3 100G QSFP28 LR4 Needs Zusätzlicher TEC (Thermo Electric Cooler)

Aufgrund des Abstands von nur 4.5 nm zwischen benachbarten Kanälen von 100G QSFP28 LR4 muss der Laser zur Temperaturregelung auf dem TEC platziert werden. Der TEC-Treiberchip muss auf der Schaltung platziert werden, und der Laser muss auch in das TEC-Material integriert werden, was zu höheren Kosten für LR4 als für CWDM4 führt.

Basierend auf den drei oben genannten Punkten kosten die optischen Transceiver des 100G QSFP28 LR4-Standards mehr, sodass der von MSA vorgeschlagene 100G CWDM4-Standard die Lücke ergänzt, die durch die hohen Kosten von 100GBASE-LR4 innerhalb von 2 km verursacht wird.

3. 100G QSFP28 CWDM4 VS LR4

● Funktionen

100G QSFP28 CWDM4 entspricht dem Standard, der speziell für den Einsatz von 100G formuliert wurde Datenverbindungen 2 km vom Rechenzentrum entfernt. Die Schnittstelle des optischen Moduls QSFP28 CWDM4 entspricht der Spezifikation für die optische Duplex-Singlemode-2km-100G-Schnittstelle, und die Übertragungsdistanz kann 2km erreichen. Es ist das am weitesten verbreitete optische Modul der 100G QSFP28-Serie in Rechenzentren.

Im Vergleich, 100G QSFP28 LR4 besitzt alle Funktionen von QSFP28 CWDM und ist kostengünstiger und wettbewerbsfähiger bei der Anwendung von 2 km Übertragung.

● Funktionsprinzip

100G-QSFP LR4 und CWDM4 sind grundsätzlich ähnlich in wie sie arbeiten. Both ihrer Multiplexen von 4 parallelen 25G-Kanälen auf eine 100G-Glasfaserverbindung bis optische Geräte MUX und DEMUX. QSFP LR4 sendet 100G-Ethernet-Signal über 4 Mittenwellenlängen, dh 1295.56nm, 1300.05nm, 1304.58 nm und 1309.14nm. Das XNUMX Schnittstellenmodells sind wie folgt dargestellt:

◮QSFP28 LR4 schematisch Diagramm

◮CWDM4 schematisch Diagramm

● Kostenunterschiede

Obwohl beide die gängigen optischen 100G-QSFP28-Anwendungen für IDC sind, sind die Kosten zwischen den beiden Modulen unterschiedlich, was sich in den folgenden Aspekten widerspiegelt:

◇ Die optischen MUX/DEMUX-Geräte Einsatz by QSFP CWDM4 sind weniger teuer als das 100G QSFP28 LR4.

◇ Der Laser in der LR4 Modulen ist mehr teuer werden und verbraucht mehr Strom.

◇ LR4 erfordert zusätzlichen TEC (thermoelektrischer Halbleiterkühler)

basierend auf dem oben genannten Vergleich, optisches Moduls konform mit der QSFP28 LR4-Standard sind teurer, während  100G QSFP28 CWDM4 von MSA vorgeschlagener Standard hat gut ergänzt die durch die hohen Kosten von QSFP28 LR4 verursachte Lücke innerhalb von 2 km Übertragung.

4. 100G QSFP28PSM4 VS QSFP28 CWDM4

● Merkmals für 100G PSM4 & CWDM4

Neben dem QSFP28 CWDM4-Transceiver, 100G QSFP28 PSM4 ist eine der alternativen Lösungen in der mittleren Übertragungsdistanz. Aber was sind die Vor- und Nachteile von PSM4 im Vergleich zu CWDM4?

Der optische Transceiver QSFP28 PSM4 ist eine Vierkanal-100G-Verbindungslösung über eine parallele SMF und wird hauptsächlich für 500-m-Verbindungsanwendungen verwendet. 8-Kern-SMF baut vier unabhängige Kanäle (4 zum Senden und 4 zum Empfangen) für optische 100-Gbit/s-Verbindungen auf, und die Übertragungsrate jedes Kanals beträgt 25 Gbit/s.

Jede Signalrichtung verwendet vier unabhängige Kanäle der gleichen Wellenlänge von 1310 nm. Daher kommunizieren die beiden Transceiver normalerweise über 8-Faser MTP / MPO Singlemode-Glasfaserkabel. Die maximale Übertragungsdistanz von PSM4 beträgt 500m.

● Funktionsprinzip für 100G PSM4

Informationen zur Funktionstheorie von 100G QSFP28 PSM4 finden Sie in der folgenden Abbildung, um zu erfahren, wie es Signale überträgt.

◮QSFP28 PSM4 schematisch Diagramm

● Kosten- und Technologieunterschiede

Kurz gesagt, das optische Modul 100G QSFP28 CWDM4 ist mit einem eingebauten Wellenlängenmultiplexer ausgestattet, was es teurer macht als QSFP28PSM4 optische Module. CWDM4-Transceiver benötigen jedoch nur zwei Singlemode-Fasern für die bidirektionale Übertragung, was weit weniger ist als die 8 Singlemode-Fasern von PSM4. Und QSFP28 CWDM4 überträgt 100G Ethernet-Signale über 4 Wellenlängen von 1271nm, 1291nm, 1311 nm bzw. 1331 nm.

Mit zunehmender Verbindungsentfernung steigen die Gesamtkosten der PSM4-Lösung schnell an. Daher, ob a . ausgewählt werden soll PSM4 oder CWDM4-Verbindungslösung sollte nach Ihrem tatsächlichen Bedarf in der Anwendung entschieden werden. Die folgende Grafik zeigt einige der technologischen Unterschiede zwischen den beiden Modulen.

Optisches Modul	CWDM4-Transceiver	PSM4-Transceiver
Optischer Sender	4 DML (20 nm Wellenlängenlücke)	4 integrierte Silizium-Photonenmodulatoren & 1 DFB
Wellenlängen-Multiplexer	notwendig,	unnötig
Schnittstelle	Duplex LC-Anschluss	MPO/MTP-Anschluss (8-adrig)
Linklänge	<2 km

Zusammenfassung

Bei der Auswahl der miteinander verbundenen optischen Transceiver im 25G/100G-Rechenzentrum wird empfohlen, sich auf die folgenden Standards zu beziehen:

∙Verwenden Sie für 100G-Kurzstrecken-Verbindungsszenarien (TOR-LEAF) von nicht mehr als 100 Metern optische 100GBASE-SR4-QSFP28-Transceiver;

∙Verwenden Sie für 100G-Midrange-Verbindungsszenarien (LEAF-SPINE) von 100 Metern bis 500 Metern optische 100G-PSM4-QSFP28-Transceiver;

∙Verwenden Sie für 100G-Mittel- und Langstrecken-Verbindungsszenarien (LEAF-SPINE, SPINE-CORE) von 500 Metern bis 2 km optische 100G-CWDM4-QSFP28-Transceiver;

∙Verwenden Sie für Fernverbindungsszenarien (CORE-MAN) von mehr als 2 km optische 100GBASE-LR4 QSFP28-Transceiver.

Für Anbieter von optischen Transceivern sind hohe Geschwindigkeit, geringer Stromverbrauch und niedrige Kosten die Hauptkriterien für zukünftige Anforderungen an optische Transceiver in Rechenzentren. Es gibt verschiedene Lösungen in Bezug auf Übertragungsdistanz, Modulationsmodus, Betriebstemperatur und Formfaktor, die basierend auf Faktoren wie Anwendungsszenarien und Kosten ausgewählt werden müssen.