100G QSFP28 ZR4: Die beste Wahl für 100G Langstrecken-DCI

Da die Entwicklung von 100G-Ethernet zum Trend wird, steigt die Nachfrage nach optischen 100G-Modulen, und heute machen optische 100G-Module einen großen Teil der Kosten für den Netzwerkaufbau aus. Im Bereich 100G 80km DCI (Data Center Interconnect) sind drei Lösungen entstanden: 100G kohärent, 100G PAM4 DWDM, und 100G QSFP28 ZR4. In diesem Artikel werden optische 100G-QSFP28-ZR4-Module vorgestellt und mit den ersten beiden verglichen, um zu erörtern, warum QSFP28-ZR4 die beste Wahl für 100G-Langstrecken-DCI ist.

 Einführung von 100G QSFP28 ZR4

Der optische 100G-QSFP28-ZR4-Transceiver wird zum Verbinden von Switches, Routern und Übertragungsgeräten im Rechenzentrum verwendet, und die Übertragungsentfernung beträgt bis zu 80 km über Singlemode-Glasfaser (SMF).

Das optische 100G-QSFP28-ZR4-Modul ist vollständig kompatibel mit dem QSFP28-Industriestandard und dem zugehörigen MSA, wie im neuesten SFF-8665/8636 beschrieben, und ist mit digitaler Diagnose über die I2C-Schnittstelle verfügbar. Es ist auch kompatibel mit den IEEE 802.3 100GBASE-ZR4-bezogenen Spezifikationen. Darüber hinaus unterstützt das Modul die Standard-Baudrate KR4 FEC (Forward Error Correction), die dabei hilft, Fehler auf der Empfangsseite zu erkennen und zu korrigieren, um die Gesamtqualität der Verbindung zu verbessern.

Funktionsprinzip von 100G QSFP28 ZR4

Auf der Sendeseite werden die vier Kanäle serieller Daten (NRZ, Not Return to Zero) vom CDR wiederhergestellt und an vier Lasertreiber mit Zentralwellenlängen von 1296 nm, 1300 nm, 1305 nm bzw. 1309 nm weitergeleitet. Das optische Signal wird über einen Standard-LC-Stecker an eine Singlemode-Faser (SMF) gemultiplext. Auf der Empfangsseite werden die optischen Signale der vier Kanäle durch SOA verstärkt und anschließend durch einen integrierten optischen Demultiplexer demultiplext. Jedes optische Signal wird von einem PIN-Detektor wiederhergestellt und dann über einen Transimpedanzverstärker und CDR an einen CAUI-4-kompatiblen Ausgangstreiber weitergeleitet, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

100G QSFP28 ZR4 Blockschaltbild

Drei Arten von Lösungen für 100G 80km DCI

Metropolitan Area Networks und DCI (Data Center Interconnect) beziehen sich auf sehr große Rechenzentren und große Netzwerk-Switches, die innerhalb von Städten verbunden sind. Sie benötigen viele Verbindungen mit hoher Bandbreite und einer Datenrate von über 100 G, was erfordert, dass die optischen Module den Betrieb vereinfachen, Platz sparen und Kosten und Stromverbrauch senken.

• 100G kohärent

Traditionell verwenden Switch-Anbieter CFP/ CFP2 kohärente optische Module in ihren DCI-Geräten. Kohärente Technologie wird normalerweise für die optische Übertragung über große Entfernungen in Großstädten verwendet. Fortgeschrittenere Modulationstechnologien wie QPSK, 8QAM oder 16QAM können die Bitrate verdoppeln, verdreifachen oder vervierfachen. Diese Art der Modulation erfordert jedoch fortschrittliche Technologie, d. h. kohärente Erkennung und DSP auf der Empfängerseite, um die Dispersion zu korrigieren. Obwohl die Kosten pro Bit immer noch ein Problem darstellen, sind die Komponentenkosten sehr hoch und das optische Modul benötigt Platz und ein ausreichendes Leistungsbudget, das nur bei den steckbaren Gehäusen von CFP und CFP2 verfügbar ist. Selbstverständlich können auch zusammenhängende Module in das Switch/Router-Board des IPoDWDM-Szenarios eingefügt werden. Aufgrund des hohen Stromverbrauchs und der Größe des CFP-/CFP2-Moduls sind jedoch spezielle Linecards erforderlich.

• 100G PAM4 DWDM

Das optische Modul PAM4 wurde entwickelt, um den Bedarf an einem optischen Modul für Kurzstreckenverbindungen zu decken. Vor PAM4 wurde das binäre NRZ-Modulationsformat für 100G-Fernstrecken- und 40G-Datenübertragungsnetze verwendet. PAM4 verfügt über vier verschiedene Codemuster zur Kodierung von zwei Datenbits, sodass die Bandbreite der Verbindung mit diesem Modulationsformat verdoppelt werden kann. Darüber hinaus können optische PAM4-Module direkt in den Switches eingebetteter DWDM-Netzwerke verwendet werden, was eine kostengünstige und einfache Lösung für Kunden darstellt, die eingebettete DWDM-Datennetzwerke aufbauen möchten. Der Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin 100G DWDM QSFP28 PAM4 erfordert den Einsatz von Verstärkungs- und Dispersionskompensationssystemen auf der optischen Verbindung, wenn die Übertragungsentfernung mehr als 5 km beträgt, was zu höheren End-to-End-Kosten führt.

QSFP28 PAM4 DWDM zu 100G 80 km DCI

• 100G QSFP28 ZR4

QSFP28 ZR4 überwindet die Nachteile der beiden oben genannten Lösungen. Nach der Kostenoptimierung ist die 100G ZR4 QSFP28 unterstützt 100G Ethernet und kann eine Übertragung von bis zu 80 km realisieren. Darüber hinaus ist QSFP28 ZR4 klein und verbraucht wenig Strom. Es kann eine Punkt-zu-Punkt-Lösung im Rechenzentrum bereitstellen, ohne die alte Version der CFP/CFP2-Schnittstelle einzusetzen, und kann auf einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis zu 80 km ohne optische Verstärkung und Dispersionskompensation betrieben werden. Dies ist eine echte Plug-and-Play-Lösung.

Wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 100G QSFP80 ZR100 von den drei Lösungen für 28G 4km DCI (Data Center Interconnect) erhebliche Kosten- und Leistungsvorteile gegenüber kohärenten Lösungen aufweist und eine optische Punkt-zu-Punkt-Übertragung ohne den Einsatz redundanter und komplexer Geräte erreichen kann 100G QSFP28 ZR4 wird für Langstrecken-DCI-Anwendungen am meisten bevorzugt.