Überblick über 200G optische Transceiver: QSFP56 vs. QSFP-DD

Mit der rasanten Entwicklung optischer Kommunikations- und Verbindungsnetzwerke in den letzten Jahren ist auch die Nachfrage der Benutzer nach Netzwerken im Einklang mit dem Trend gestiegen, was dazu geführt hat, dass der Datenverkehr von Telekommunikations-Backbone-Netzwerken mit einer schnellen Rate von 50 % bis 80 % pro Jahr gewachsen ist Jahr. Um den Bedürfnissen der Benutzer gerecht zu werden, hat sich auch die Übertragungsrate der optischen Kommunikation weiterentwickelt, von der früheren 10G-, 25G- und 40G-Entwicklung zu den heutigen 100G, 200G, 400G usw. Obwohl optische 100G-Module zum Mainstream des Marktes geworden sind , die Anforderungen an Bandbreite, Portdichte und die vom System verbrauchte Energiemenge steigen immer noch, was die Technologie weiter zu Systemen mit 200G, 400G oder höheren Geschwindigkeiten treibt. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Einführung in optische 200G-Module und bringt Ihnen diesen aufstrebenden Stern näher.

1. Was ist der optische 200G-Transceiver?

Derzeit gibt es zwei Haupttypen optischer 200G-Module: 200G QSFP56 und 200G QSFP-DD. Erstens ist der QSFP40 (Quad 100 Gigabits Small Form-factor Pluggable) als Weiterentwicklung des 28G QSFP+ und des 56G QSFP50 speziell für 200G Ethernet konzipiert. QSFP56 bezeichnet 4 x 50 bis 56 Gbit/s in einem QSFP-Formfaktor. Im Vergleich zu QSFP+ und QSFP28 kann der QSFP56-Formfaktor als 200G-QSFP, der 4 x 50G-Kanäle unterstützt, höhere Netzwerkgeschwindigkeiten erreichen. Die wichtigste Änderung von QSFP+ und QSFP28 zu QSFP56 besteht darin, dass QSFP56 von der NRZ-Kodierung zur PAM4-Kodierung wechselt. Optische QSFP56-Module sind in zwei Hauptpaketformen erhältlich: QSFP56 SR4 und QSFP56 FR4.

Der optische Transceiver QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable Double-density) ist mit den Standards IEEE802.3bs und QSFP-DD MSA kompatibel. „Doppelte Dichte“ bedeutet, dass das Modul im Vergleich zum Standard-QSFP28-Modul die doppelte Anzahl elektrischer Hochgeschwindigkeitsschnittstellen unterstützt. Mit der NRZ-Modulationstechnologie können Datenraten von bis zu 25G x 8 (Kanäle) für die 200G-Netzwerkübertragung erreicht werden. Mittlerweile können mit der PAM4-Modulationstechnologie Datenraten bis zu 50G x 4 (Kanäle) erreicht werden, was eine 400G-Netzwerkübertragung für Hochleistungs-Rechenzentren und Cloud-Netzwerke ermöglicht. QSFP-DD-Module können 400 Gbit/s unterstützen, während QSFP56 nur 200 Gbit/s erreichen kann, sodass die QSFP56-Paketform häufiger in optischen 200G-Modulen verwendet wird.

2. 200G QSFP56 vs. 200G QSFP-DD: Unterschiedliche Modulationstechnologie

Es gibt zwei technische Richtungen für optische 200G-Module, eine davon ist ein 4x50G-PAM4-Netzwerk im QSFP56 Paket; das andere ist ein 8x25G NRZ-Netzwerk im QSFP-DD-Paket. Kurz gesagt, NRZ (Non-Return to Zero) ist eine Modulationstechnologie mit zwei Spannungspegeln zur Darstellung von logisch 0 und logisch 1. Die Spannung kehrt buchstäblich nicht „zu Null zurück“; logisch 0 ist ein negativer PAM4, der vier Spannungspegel verwendet, um vier Kombinationen von 2-Bit-Logik darzustellen: 11, 10, 01 und 00.

Im Vergleich zur PAM4-Technologie bietet 200G NRZ (8X25G) die Vorteile eines geringen Stromverbrauchs, einer geringen Latenz und einer einfachen Bereitstellung, sodass 200G NRZ eine kostengünstige optische Verbindung innerhalb von Rechenzentren realisieren kann. Unter den optischen 200G-NRZ-Modulen sind QSFP-DD LR4 und QSFP-DD ER4 allgemein verfügbar.

• 200 G QSFP-DD LR4

200 G QSFP-DD LR4 wandelt die 8-Kanal mit 25 Gb/s oder 4-Kanal mit 50 Gb/s elektrischen Eingangsdaten in optische LWDM-Signale um. Es enthält einen Duplex-LC-Stecker für die optische Schnittstelle und einen 76-poligen Stecker für die elektrische Schnittstelle. Um die optische Dispersion im Langstreckensystem zu minimieren, muss in diesem Modul Singlemode-Faser (SMF) verwendet werden. Host-FEC muss bis zu 10 km Glasfaserübertragung unterstützen.

• 200G QSFP-DD ER4

Das Modul enthält 4 unabhängige Kanäle auf LWDM4 1295.56, 1300.05, 1304.58 und 1309.14 nm Mittenwellenlänge und arbeitet mit 50 G pro Kanal. Es enthält einen Duplex-LC-Stecker für die optische Schnittstelle und einen 76-poligen Stecker für die elektrische Schnittstelle. Um die optische Dispersion im Langstreckensystem zu minimieren, muss in diesem Modul Singlemode-Faser (SMF) verwendet werden. Es kann bis zu 30 km mit 200G FEC und 40 km mit eingebautem PFEC unterstützen.

Im Gegensatz zu NRZ erfordert die 4x50-Gbit/s-PAM4-Technologie für die 200G-Übertragung nicht die Verwendung von acht 25G-Kanälen für die 200G-Übertragung, was Glasfaserkosten spart und Verbindungsverluste reduziert. Unter den optischen 200G-PAM4-Modulen werden QSFP56 SR4 und QSFP56 FR4 am häufigsten verwendet.

• 200G QSFP56 SR4

Das QSFP56SR4 optisches Vollduplex-Modul offers 4 unabhängige Sende- und Empfangskanäle, jeder mit 53.125 Gb/s Betrieb für eine aggregierte Datenrate von 200 Gb/s auf 70 Metern OM3-Multimode-Glasfaser. In die Modulbuchse QSFP12 SR56 kann ein Glasfaserkabel mit MTP/MPO-4 APC-Stecker eingesteckt werden. Die zentralen Wellenlängen aller 4 parallelen Spuren betragen 850 nm. Es enthält einen optischen MPO-12 APC-Stecker für die optische Schnittstelle und einen 38-poligen Stecker für die elektrische Schnittstelle.

• 200G QSFP56 FR4

Das 200G FR4-Modul wandelt die elektrischen 4-Kanal-Eingangsdaten mit 200 Gbit/s (PAM4) durch angesteuerte 4-Wellenlängen-EMLs in optische CWDM-Signale (Licht) um. Die zentralen Wellenlängen der 4 CWDM-Kanäle sind 1271, 1291, 1311 und 1331 nm als Mitglieder des in ITU-T G.694.2 definierten CWDM-Wellenlängenrasters. Es enthält einen Duplex-LC-Stecker für die optische Schnittstelle und einen 38-poligen Stecker für die elektrische Schnittstelle. Es ist für optische Kommunikationsanwendungen über 2 km ausgelegt.

3. 200G Ethernet optisch Transceiver Elektrische Schnittstellenlösung

Der 200G-IEEE-Protokollstandard wurde später als der 400G-Standard veröffentlicht, und der 200G-Standard wurde 2015 vorgeschlagen und 2018 genehmigt. Die IEEE802.3bs-Spezifikation definiert den elektrischen Schnittstellentyp des 200G-Transceivers. Welche elektrischen Schnittstellenlösungen gibt es für den optischen 200G-Ethernet-Transceiver?

Die elektrische Schnittstelle des optischen 200G-Transceivers verwendet derzeit zwei Signalschemata: NRZ und PAM4.

• 200G NRZ-Lösung

Schematische Darstellung der PHY-Schichtstruktur der NRZ-Lösung

Der Name der elektrischen Schnittstelle der 200G NRZ-Lösung lautet 200GAUI-8, mit 8 Kanälen und einer Einzelkanalrate von 26.5625 Gbit/s. 200GAUI-8 wird zwischen PMA und PMA angewendet. Der PMA-Teil des Transceivers ist ein Getriebechip oder ein Retimer-Chip, der das Signal neu abtasten kann, um den Einfluss von Jitter und Rauschen zu eliminieren.

die elektrische Schnittstelle 200GAUI-8

• 200G PAM4-Lösung

Schematische Darstellung der PHY-Schichtstruktur der PAM4-Lösung

Die elektrische Schnittstelle der 200G PAM4-Lösung ist 200GAUI-4, die Anzahl der Kanäle ist im Vergleich zur NRZ-Lösung um die Hälfte reduziert und die Einzelkanalrate beträgt 26.5625 GBd. Wie 200GAUI-8 wird auch 200GAUI-4 zwischen PMA und PMA verwendet. Der PMA-Teil des Transceivers ist ein Getriebechip oder ein Retimer-Chip, der das Signal neu abtasten kann, um den Einfluss von Jitter und Rauschen zu eliminieren.

die elektrische Schnittstelle 200GAUI-4

Neben der Art der elektrischen Schnittstelle zwischen PMA und PMA definiert die Spezifikation auch die Anzahl der Kanäle und Signalraten für die optische Übertragung auf der Singlemode-PMD-Schicht, sodass es viele verschiedene Arten von Schnittstellen zwischen PMA und PMD geben wird.

Das Grundprinzip von Singlemode-200G-Ethernet basiert auf einer Variante der 400G-Ethernet-Spezifikation, was sich insbesondere in der Verwendung einer 50-Gbit/s-Übertragung in PAM4 und der Definition von 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 und 200Gbase-LR4 widerspiegelt.

PMD
Typ	Kanal	Modulationsformat	Baudrate	Bitfehlerrate (BER)	Glasfaser	Kanaleinfügedämpfung	Übertragungsreichweite
200GBASE-DR4	4	PAM4	26.5625GBD	BER<2.4E-4	SMF	3dB	2m-500m
200GBASE-FR4	4	PAM4	26.5625GBD	BER<2.4E-4	SMF	4dB	2m-2km
200GBASE-LR4	4	PAM4	26.5625GBD	BER<2.4E-4	SMF	6.3dB	2km-10km

Spezifikationen von 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 und 200Gbase-LR4 im PMD

Um den Übertragungstyp von PMD anzupassen, ist der Signaltyp zwischen PMA und PMD von 200Gbase-DR4 auch PAM4, der mit 200GAUI-8- oder 200GAUI-4-Schnittstellen abgeglichen werden kann.

Besitzt das 200Gbase-DR4 ist mit einer elektrischen 200GAUI-4-Schnittstelle (PAM4) ausgestattet, der PMA-Teil im Transceiver ist ein 4-Wege-PAM4-Retimer.

200GAUI-4 elektrische Schnittstelle und ein 4-Wege-PAM4-Retimer für 200Gbase-DR4

Besitzt das 200Gbase-DR4 mit einer elektrischen 200GAUI-8-Schnittstelle (PAM4) kombiniert ist, ist der PMA-Teil im Transceiver ein 8-Wege-NRZ-zu-4-Wege-PAM4-Getriebe.

200GAUI-8 elektrische Schnittstelle und ein 8-Wege-NRZ-zu-4-Wege-PAM4-Getriebe für 200Gbase-DR4

200Gbase-FR4 ähnelt 200Gbase-LR4 und DR4 darin, dass sie alle ein Single-Mode-Wellenlängenmultiplexverfahren verwenden, das vier optische Pfade mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem kombiniert und aussendet. Um den Übertragungstyp von PMD anzupassen, ist der Signaltyp zwischen PMA und PMD PAM4, der mit 200GAUI-8- oder 200GAUI-4-Schnittstellen angepasst werden kann. Wenn die 200Gbase-FR4/DR4 ist Im Vergleich zu einer elektrischen 200GAUI-4-Schnittstelle ist der PMA-Teil im Transceiver ein 4-Wege-PAM4-Retimer.

200GAUI-4 elektrische Schnittstelle und 4-Wege-PAM4-Retimer für 200Gbase-FR4/DR4

Wenn es mit einer elektrischen 200GAUI-8-Schnittstelle (PAM4) gekoppelt ist, ist der PMA-Teil im Transceiver ein 8-Wege-NRZ-zu-4-Wege-PAM4-Getriebe.

 200GAUI-8 elektrische Schnittstelle und 8-Wege-NRZ-zu-4-Wege-PAM4-Getriebe für 200Gbase FR4/DR4

Die 200G-Singlemode-PAM4-Lösung kann eine Übertragung von 2 m bis 10 km ermöglichen. Wenn eine elektrische 200GAUI-4-Schnittstelle verwendet wird, wird im Transceiver ein 4-Kanal-PAM4-Retimer verwendet; Wenn die elektrische Schnittstelle 200GAUI-8 (PAM4) verwendet wird und der PMA-Teil im Transceiver ein 8-Wege-NRZ-zu-4-Wege-PAM4-Getriebe verwendet, was für Hersteller optional ist. Die optischen Transceiver FiberMall200G QSFP56 DR4/FR4 verwenden alle eine elektrische 200GAUI-4-Schnittstelle.

4. 200G optischer Transceiver: neu Wahl für Rechenzentrum

Im Jahr 2020 brachte die durch COVID-19 geförderte groß angelegte Anwendung von Online-Diensten dem Rechenzentrumsmarkt neue Wachstumschancen und beschleunigte die Aufrüstung und Aktualisierung der Rechenzentrumstechnologie. Neue Anwendungen wie 4K-HD-Video, Live-Streaming und VR haben das schnelle Wachstum des Netzwerkverkehrs und die Nachfrage nach neuen Anwendungen wie Cloud Computing, IAAs-Diensten und Big Data gefördert, was höhere Anforderungen an die interne Datenübertragung im Internet stellt Rechenzentrum. Daher wird im Rechenzentrum eine Übertragung mit höherer Bandbreite wie 200G oder 400G realisiert. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) standardisierte 200G und 400G, insbesondere für DCN (Data Communication Network). 400G wurde bereits 802.3 vom Ethernet-Standard IEEE 2017bs genehmigt und ursprünglich 2013 vorgeschlagen. Andererseits wurde 200G 2018 genehmigt und der erste Vorschlag erschien 2015. 200G und 400G haben fast die gleichen Standards und Anforderungen , aber der optische 400G-Transceiver ist auf dem Markt nicht weit verbreitet. Und für optische 200G-Module gibt es auch nicht viele Hersteller, die sie liefern können, FiberMall ist eine Ausnahme. Für das Rechenzentrum ist ein Upgrade von 100G auf 200G die beste Lösung. Die Technologie von 200G ist ausgereifter als 400G. Aufgrund des Wettbewerbs zwischen OEM (Original Equipment Manufacturer) und Modulherstellern von Drittanbietern bietet es auch mehr Optionen für optische 200G-Module und reduziert die Anschaffungskosten. Daher kann ein Rechenzentrum mit einem knappen Budget das teurere 400G-Upgrade auf später verschieben und zuerst das Zwischenschema von 200G übernehmen. FiberMall kann Ihnen hochwertige optische 200G-Module liefern, einschließlich einer vollständigen Serie von 200G-QSFP56-Transceivern, QSFP56-AOC, 200G-QSFP-DD-Transceivern und QSFP-DD-AOC.