Optisches Transceiver-Modul 100GBASE-SR BD – Merkmale und Anwendungen

Mit dem Aufkommen von Cloud Computing und 5G-Netzwerken entwickeln sich Rechenzentren tendenziell schneller, und die Nachfrage nach optischen 100G-Transceiver-Modulen steigt. Heutzutage machen optische 100G-Module einen großen Teil der Kosten für den Netzwerkaufbau aus. In der Anwendungsumgebung innerhalb von Rechenzentren sind über 90 % der Glasfaserverbindungen in kleinen und mittleren Rechenzentren weniger als 100 Meter lang. In großen Rechenzentren sind mehr als 70 % der Glasfaserverbindungen weniger als 100 Meter lang und mehr als 80 % weniger als 125 Meter lang. Multimode-Glasfaser kann die Anforderungen der meisten Verbindungen erfüllen, sodass das 100G-Multimode-Modul die größte Nachfrage hat. Das QSFP28 100G Multimode-Modul hat drei Mainstream-Lösungen: 100GBASE-SR BD, 100GBASE-SR4, 100GBASE-SWDM4 und 100G QSFP28 BiDi SR1.2.

1. Produktspezifikationen

Unter den drei 100G-Multimode-Modulen ist 100GBASE-SR4 das am weitesten verbreitete. Das 100G QSFP28 SR4 ist ein Hot-Plug-Vollduplex-Optikmodul mit einer Mittenwellenlänge von 850 nm und entspricht den IEEE 802.3BA-Standards. Es wird speziell für die Kurzstreckenübertragung in 100G-Ethernet verwendet. Das optische 100G-QSFP28-SR4-Modul kann vier unabhängige Sende- und Empfangskanäle bereitstellen, von denen jeder mit einer Rate von 25 Gbit/s betrieben werden kann. Bei Verwendung der MPO- oder MTP-Schnittstelle (8-Kern) beträgt die Übertragungsreichweite 70 m bei Verwendung mit OM3-Multimode-Faser und 100 m bei Verwendung mit OM4-Multimode-Faser. Sein Funktionsprinzip ist unten dargestellt:

Funktionsprinzip von 100G QSFP28 SR4

Im Gegensatz zum 100G QSFP28 SR4, das acht Glasfasern für die Übertragung benötigt, verwendet das 100G QSFP28 SR BiDi (Bidirektional)-Modul die WDM-Technologie, damit jeder LC-Port gleichzeitig optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen von einer Multimode-Faser senden und empfangen kann. Die beiden LC-Schnittstellen können insgesamt 100G-Signale senden und empfangen. Bidirektionale optische VCSEL-Schnittstelle mit zwei Wellenlängen, PAM4 2 × 50 Gb/s 850 nm/900 nm. Diese Module sind für den Betrieb in Multimode-Glasfasersystemen mit Wellenlängen von 850 nm an einem Ende und 900 nm am anderen ausgelegt. Sie können bei Verwendung mit OM70-Glasfaser-Patchkabel bis zu 3 Meter, bei Verwendung mit OM100-Glasfaser-Patchkabel bis zu 4 Meter und bei Verwendung mit OM150-Glasfaser-Patchkabel bis zu 5 Meter übertragen. Das Arbeitsprinzip ist wie folgt.

Funktionsprinzip von 100G QSFP28 SRBD

Das 100GBASE-SWDM4 ähnelt dem 100G QSFP28SR BiDi , dass beide Duplex-LC-Schnittstellen haben. SWDM bezieht sich auf die kurzwellige Wellenlängenmultiplextechnologie, ähnlich den CWDM4- und LWDM4-Singlemode-Schemata, durch MUX/DMUX, um die kombinierte Aufteilung von Wellen zu realisieren und optische Signale von vier Bändern auf einer Kern-Multimode-Faser zu übertragen. Die Fenster der vier Bänder sind 850 nm, 880 nm, 910 nm und 940 nm; Die maximale Übertragungsentfernung beträgt 70 Meter bei Verwendung mit OM3-Glasfaser-Patchkabel und bis zu 100 Meter bei Verwendung mit OM4-Glasfaser-Patchkabel. Das Arbeitsprinzip ist wie folgt.

Funktionsprinzip von 100G QSFP28 SWDM4

Geschäftskritische Workloads wie künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen erhöhen die Rechen- und Datenverkehrsanforderungen innerhalb von Strukturen und treiben eine Verlagerung zu dichteren und schnelleren Verbindungen innerhalb der Ridges und Backbones von Rechenzentren sowie zwischen Ridge/Rack-Top-Switches und -Servern voran. Beim Upgrade eines herkömmlichen Rechenzentrums von 10G auf 40G oder 100G muss die LC-Duplex-Verkabelung, die mit dem optischen SFP-Modul verbunden ist, in die MPO-Verkabelung umgewandelt werden, die mit dem optischen QSFP-Modul verbunden ist, was die Betriebskosten erhöht. Wie kann die Verdrahtung vereinfacht und der Investitionsaufwand reduziert werden? Das optische Modul mit BiDi-Lösung kann dies tun, 100G QSFP28 BiDi SR1.2 ist ein solches Produkt.

FiberMall 100G QSFP28 BiDi SR1.2

Das 40G QSFP100 BiDi SR28 ist dem optischen 1.2G QSFP+ SR BiDi-Modul sehr ähnlich und ermöglicht Rechenzentrumsbetreibern die Wiederverwendung ihrer bestehenden Duplex-LC-Jumper-Infrastruktur beim Upgrade von 10G SR oder 40Gb BiDi auf 100G. Durch Aufrüsten der Netzwerkgeräte jeweils eines Terminals kann der Netzbetreiber das Rechenzentrum flexibel aufrüsten.

100G QSF28 SR1.2 ist ein Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP28) BiDi optisches Modul. Es unterstützt 100 Gbit/s und entspricht IEEE802.3bm 100GBASE-SR4. Das Modul verwendet Dual-Core-Duplex-LC-Multimode-Glasfaser. Es verwendet eine 4 × 25-G-NRZ-Modulation am elektrischen Ende und wandelt am optischen Ende in eine 2 × 50-Gbit / s-PAM4-Modulation um. Die Gesamtbandbreite beträgt 100 GB. Die PAM4-Technologie unterstützt die Signalübertragung mit 50-GBit-Datenraten und 25-GBaud-Raten.

Das 100G QSFP28 SR BiDi wird paarweise für 100G-Konnektivität verwendet und kann auch mit dem 400G QSFP+ SR BiDi im 4 x 100G-Zweigmodus verbunden werden.

Es ist ersichtlich, dass, obwohl die vier Module mit optischen Multimode-Fasern verwendet werden müssen, die technischen Prinzipien der Module nicht dieselben sind. 100G QSFP28 SR4 verwendet eine parallele Vierkanalübertragung, sodass mindestens 8 Glasfasern benötigt werden, um die Übertragung abzuschließen (vier empfangende und vier sendende). 100GBASE-SR BD verwendet eine einzelne Glasfaser zum Übertragen und Empfangen von 50G-Daten, und die beiden Schnittstellen übertragen gemeinsam 100G-Daten. 100GBASE-SWDM4 verwendet die Wellenlängen-Multiplex-Technologie (WDM), um Signale von vier Bändern zur Übertragung in eine optische Faser zu multiplexen. Zum Empfangen und Senden werden zwei Lichtwellenleiter benötigt.

2. Auswahl der Produktanwendung

Alle drei Module sind mit dem Mainstream-100G-QSFP28-Port kompatibel, und obwohl es einen großen Unterschied in den technischen Spezifikationen gibt, gibt es kaum einen Unterschied in der Anwendung: 100GBASE-SR4 muss mit MPO 8/12-Core-Multimode-Jumper, 100GBASE-SR, verwendet werden BD und 100GBASE-SWDM4 müssen mit Duplex-LC-Multimode-Glasfaser verwendet werden. Aus Sicht der Glasfaserressourcen und Verkabelungskosten benötigen die Glasfaserressourcen der 100GBASE-SR BD- und 100GBASE-SWDM4-Verkabelung nur 1/4 der 100GBASE-SR4-Verkabelung, wodurch die Investitionsausgaben für die Glasfaserinfrastruktur erheblich eingespart werden können. Die Kosten für 100GBASE-SR BD und 100GBASE-SWDM4-Module ist viel höher als die von 100GBASE-SR4. Aus Sicht der Gesamtkosten für optisches Modul + Glasfaser ist die Verwendung von 100GBASE-SR BD oder 100GBASE-SWDM4 daher nicht unbedingt niedriger als die Verwendung von 100GBASE-SR4.

Duplex-Multimode-Verkabelung in Rechenzentren

Warum entscheiden sich einige Kunden für 100GBASE-SR BD und 100GBASE-SWDM4, wenn die Gesamtanwendungskosten höher als 100GBASE-SR4 sind? Nach der Kommunikation mit dem Kunden stellte das technische Personal von FiberMall fest, dass 100GBASE-SR BD oder 100GBASE-SWDM4 ausgewählt wurde, da der Netzwerkbedarf von ursprünglich 10G/25G auf 100G erhöht wurde und die Netzwerkverkabelung von 10G/25G hauptsächlich LC-Duplex war Multimode-Faser. Wenn die QSFP28 100G SR4-Modul verwendet wird, muss die ursprüngliche Verkabelung stark angepasst werden, und die Kosten wären extrem hoch. Daher wird 100GBASE-SR BD oder 100GBASE-SWDM4 mit LC-Schnittstelle gewählt.

Obwohl 100GBASE-SR BD und 100GBASE-SWDM4 beide Duplex-LC-Schnittstellen sind, gibt es einen großen Unterschied in der Technologie. Es ist bekannt, dass nur wenige Hersteller auf der Welt 100GBASE-SWDM4 produzieren. FiberMall ist einer der Hersteller von optischen Modulen, der 100G QSFP28 SWMD4 produzieren kann, das von weniger Kunden verwendet wird und eine gewisse Instabilität bei der Chipversorgung aufweist. 100GBASE-SR BD hat eine hohe technische Schwelle. FiberMall hat ab 2020 mit dem Massenversand begonnen, und die ökologische Entwicklung der Produkte ist gut. FiberMall empfiehlt optische 100G-QSFP28-SR-BD-Module für 100G-Netzwerke in Duplex-Multimode-Verkabelungsumgebungen von Rechenzentren.

Die Vorteile von 100G QSFP28 BiDi SR1.2

• Reduzieren Sie die Investitionsausgaben, indem Sie die Duplex-LC-Multimode-Glasfaserinfrastruktur wiederverwenden
• Reduzieren Sie die Betriebskosten durch ein nahtloses Upgrade von 10-Gbit/s-SR- oder 40-Gbit/s-BiDi- auf 100-Gbit/s-Raten
• Bereiten Sie sich auf zukünftige Netzwerk-Upgrades vor, indem Sie Verbindungen mit einer Rate von 400 Gbit/s bereitstellen
• Verwenden Sie KP4 Forward Error Correction (FEC), um Übertragungsfehler bei Datenraten von 100 Gbit/s zu reduzieren

Rechenzentrumsverkabelung mit 100G QSFP28 BiDi SR1.2

Wie unten gezeigt, kann das 400G QSFP-DD BiDi SR4.2 in der Spine-Schicht bereitgestellt werden, die als Rückgrat des Netzwerks fungiert, wobei Verzweigungen mit den Blattknoten verbunden sind. Einsetzen 100G QSFP28 BiDi SR1.2 in den Backbone- und Blattknoten und rüsten Sie das Backbone auf 400G auf, wenn die Bandbreitenanforderungen steigen.

Rechenzentrumstopologie der Leaf-Ridge-Architektur

Wie unten gezeigt, steckbare optische Module offEr hat eine größere Reichweite und Betriebsflexibilität als vorkonfektionierte Kabel (DAC/AOC). Betreiber können 100G QSFP28 BiDi SR1.2 für Top-of-Rack-Konnektivität zu Servern verwenden oder 400G in TOR mit nachgelagerter Filialkonnektivität bereitstellen. Verbinden Sie 1×400G QSFP-DD BiDi SR4.2 mit 4×100G QSFP28 BiDi SR1.2 mit dem Server.

Rechenzentrumstopologie für Switch-zu-Server-Konnektivität

Bei der Kurzstreckenverbindung des Rechenzentrums kann FiberMall nicht nur 100G QSFP28 BiDi SR1.2 bereitstellen, sondern auch 40G QSFP+ SR BiDi und 100G QSFP28 SWDM4 kann auch weiterhin Duplex-LC-Multimode-Jumper verwenden. Es kann die optischen Module 40G QSFP+ SR4 und 100GE QSFP28 SR4 ersetzen, wodurch Glasfaserressourcen erheblich eingespart und das Glasfasermanagement im Rechenzentrum vereinfacht werden.