Optischer 800G-Transceiver: Ein neues Laufwerk für DCI der nächsten Generation

Während die aktuelle Nachfrage nach den Komponentenherstellern bei optischen 400G-Modulen liegen mag, steht die optische 800G-Netzwerkanwendung kurz vor dem Weg zu Hochgeschwindigkeits-Ports mit hoher Dichte und DCI mit geringer Latenz. In diesem Artikel wurden der aktuelle Markt für optische Ethernet-Module, die DCI-Marktprognose für optische 800G-Module und die Spezifikation der 800G-Module von 2 800G-MSAs erörtert.

1. Aktueller Status des Marktes für optische Ethernet-Module

Der optische 400G-Transceiver ist seit einigen Jahren ein heißes Thema, steht jedoch aufgrund der hohen Kosten und der unausgereiften Technologie noch am Anfang der Bereitstellung. Laut den Statistiken von Lightcounting, einem Marktforschungsinstitut für optische Kommunikation, spielen optische 100G-Transceiver eine dominierende Rolle auf dem aktuellen Markt für optische Module, obwohl die Auslieferung von 200G- und 400G-Modulen allmählich ansteigt, wobei 400G-optische Module deutlicher zunehmen .

 

∆ Marktprognose für optische Ethernet-Module (10GbE bis 2x400GbE)

Es wird erwartet, dass im Jahr 800 optische 400G-Transceiver durch die Integration zweier optischer 2021G-Kanäle in einem optischen Modul auf den Markt kommen. Ein solches 800G-Glasfasermodul kann jedoch keine kostengünstige und leistungsstarke 800G-Verbindungslösung für Rechenzentren bieten. 

 

2. QSFP-DD800 MSA & 800G steckbares MSA

Da der Einsatz von optischen 400G-Transceivern im Gange ist, beginnt die Erforschung von optischen 800G-Modulen die Aufmerksamkeit der Industrie auf sich zu ziehen. Bis jetzt gibt es zwei MSA-Organisationen, die 800G-Module für QSFP-DD-Spezifikationen standardisieren, eine ist QSFP-DD800 MSA und die andere ist 800G Pluggable MSA.

∆ 8 Mitglieder des QSFP-DD800 MSA

 

● QSFP DD800 MSA

Die am 19. September 2019 gegründete QSFP DD800 MSA besteht aus acht führenden Herstellern der Branche, von optischen Modulen bis hin zu Systemherstellern. Diese 800G MSA hat sich zum Ziel gesetzt, das bestehende Design der 400G QSFP-DD -Optikmodule weiterzuentwickeln und ein QSFP-DD-Optikmodul der neuen Generation mit insgesamt acht Kanälen und einer Single-Link-Übertragungsrate von 100 Gbit/s zu entwickeln.

 

Es wird erwartet, dass QSFP-DD800 MSA in den nächsten Monaten dieses Jahres seinen ersten MSA 800G-Standardentwurf fertigstellen wird, an dem seine 8 Mitglieder zusammenarbeiten, und andere Unternehmen sind willkommen, sich an der Verbesserung der MSA-Spezifikation zu beteiligen. Branchenprognosen prognostizieren, dass der 800G-Ethernet-Standard den Erfolg optischer Transceiver im QSFP-Formfaktor erben wird, da diese 8 Mitglieder das führende Unternehmen der Branche sind.

 

● QSFP-DD800 MSA-Spezifikation für optisches 800G-Modul

Gemäß dem QSFP-DD800-MSA-Standardprojekt wird erwartet, dass die Leistungsaufnahme des optischen QSFP-DD800-Moduls 24 W erreicht, wobei der Käfig und die Anschlüsse im Käfig mit den bestehenden QSFP-DD- und QSFP-Modulen kompatibel bleiben.

 

QSFP-DD800 MSA wird insbesondere die folgenden Aspekte definieren, einschließlich mechanischer Abmessungen von Modulen, 1×1-Oberflächenmontagekäfig, Steckverbindersignalverteilung, Modulmanagement, Wärmeableitungsdesign usw. Außerdem würde es spezifizieren, dass die optischen 800G-Module 2× . verwenden 1 Crimpkäfige mit BiPass/Flyover-Steckern und integrierten Steckern.

∆ Schema der im 800G-Optikmodul entworfenen optischen und elektrischen Steckverbinder

Im Gegensatz zur vorherigen MSA-Organisation betonte diese QSFP-DD800-MSA, die aus einigen internationalen Herstellern besteht, dass 2 x 1-Crimpkäfige mit BiPass/Flyover-Steckverbindern entwickelt und in optischen 800G-Transceivern eingesetzt würden. Es gibt 2 Gründe für dieses Projekt. Einer besteht darin, den Verlust der elektrischen Verbindung zwischen dem ASIC und dem optischen Modul zu minimieren; der andere soll darauf hinweisen, dass die kabelbasierte Verbindungstopologie im Zeitalter der 112-Gbit/s-Datenrate weiter verbreitet sein wird. Auf der HW Full Connect Conference 2019 demonstrierte HW das Linecard-Design mit Cable Cage.

 

● 800G Pluggable MSA für 800G Glasfaser-Transceiver

Anders als das QSFP-DD800 MSA, das sich aus internationalen Herstellern zusammensetzt, wurde das 800G Pluggable MSA von chinesischen Herstellern auf der CIOEC (China International Optoelectronic Conference) am 5. September 2019 organisiert.

∆ 800G Steckbare MSA, gebildet von chinesischen Anbietern optischer Module oder Dienstleistungen

Der OTT-Dienstleister Tencent, die Systemlieferanten HW und H3C, die optischen Modul- und Gerätehersteller Wuhan Guangxun/Hisense/Luxshare Precision usw. engagieren sich alle aktiv in dieser MSA-Organisation. Die Einrichtung des 800G Pluggable MSA hat auch die Aufmerksamkeit von Standardisierungsorganisationen wie IEEE auf sich gezogen.

∆ Aktuelle Mitglieder der 800G Pluggable MSA

3. DCI-Marktprognose für optische 800G-Module

LightCounting prognostizierte in seinem 2019 veröffentlichten „Mega Data Center Optics Report“, dass extrem große Cloud-Service-Anbieter bis 2023/2024 Bedarf an optischen 800G-Transceiver-Modulen haben würden, sofern der interne Datenverkehr in den Rechenzentren kontinuierlich wächst. Gleichzeitig werden auch 51.2-Tbps-Switching-Chips auf den Markt kommen.

∆ Die Entwicklung der optischen Geschwindigkeit pro Lambda (G b / s )

4. Implementierung des optischen 800G-Moduls

Langfristig ist unbestritten, dass die Nachfrage nach einem optischen 800G-Transceiver anhält. Themen wie die technologische Machbarkeit, die spezifische Implementierung und die Kosten der 800G-Optikmodule sind jedoch zum neuen Fokus der Branche geworden.

 

Aus technischer Sicht erreicht die Bandbreite der neuesten QSFP DD DAC/ADCs etwa 45 GHz und kann für 200-Gbit/s-Signale auf Basis fortschrittlicher PAM-Signalmodulation genutzt werden. Solange die Wellenlänge des optischen Signals noch für 100-Gbit/s-Glasfasermodule ausgelegt ist , decken die bestehenden Spezifikationen dies im Wesentlichen ab. Die konkrete Anwendung von 8x100G PSM8, 4x200G PSM4 oder 4x200G CWDM4 ist noch nicht abschließend geklärt. Sollte es jedoch gelingen, ein optisches Modul mit einer einzigen Verbindung für 200 Gbit/s zu entwickeln, ließe sich mit nur vier Kanälen eine Bandbreitenkapazität von 800 Gbit/s erreichen, was kostengünstiger wäre und die Hälfte der benötigten DAC/ADC-Kabel einsparen würde.

∆ Implementierung von 8 x 100 GbE PSM8, 4 x 200 G PSM4 und CWDM4 Optikmodul

 

5. Übertragungsentfernung des optischen 800G-Moduls

Für 400G-Glasfaser-Transceiver-Module existieren QSFP-DD-Management- Schnittstellenspezifikationen und -standards für Kurz-, Mittel- und Langstreckenübertragungen. Für kohärente optische 800G-Transceiver gelten ähnliche Anforderungen für unterschiedliche Übertragungsdistanzen. Die 800G Pluggable MSA konzentriert sich jedoch ausschließlich auf optische Module mit Übertragungsdistanzen von 100 m, 500 m und 2 km, den in Rechenzentren am häufigsten verwendeten Spezifikationen. Für Übertragungsdistanzen von 10–80 km und über 80 km werden voraussichtlich entsprechende Standards im Rahmen der IEEE 802.3-Spezifikationsorganisation entwickelt.

∆ 800G Steckbares MSA Fokus auf das Kurzstreckenmodul PSM8, PSM4, CWDM4

 

6. Technisch Innovation für optische Module

Sämtliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich optischer 800G-Transceiver tragen wesentlich zur technologischen Weiterentwicklung und Reife bei. Die 16QAM-Modulation wird bereits in optischen 200G- und 400G-Transceivern eingesetzt, während die komplexere 64QAM-Modulation voraussichtlich in 400G- und 800G-Modulen Anwendung finden wird.

 

Der Chipherstellungsprozess innerhalb des optischen Moduls wird ebenfalls vom aktuellen 16-nm- auf den neuesten 7-nm-Prozess aufgerüstet. Darüber hinaus werden das passive Link-Design und die Signal-Tuning-Algorithmen auf der Leiterplatte entsprechend weiter verbessert. Bei optischen Modulen ist es jedoch entscheidend, ein Gleichgewicht zwischen Kosten, Leistung und Stromverbrauch zu finden.

 

 

∆ FlexGrid, Hochgeschwindigkeits-Verbindungstechnologie für kohärente optische Module

 

7. Roadmap des 800G MSA-Standards

Gemäß der Roadmap von 800G Pluggable MSA würde die Spec1.0 MSA-Standardversion im vierten Quartal 4 eingeführt. Außerdem würde der von der QSFP-DD2020 MSA-Organisation spezifizierte Standard im Jahr 800 fertiggestellt, was darauf hindeutete, dass es 2020 Kopien der detaillierten Spezifikationen für optische 2G-Module. Infolgedessen erfolgt der Übergang zu 800G schrittweise und führt die Konnektivität von Rechenzentren der nächsten Generation in eine neue Ära.

 

∆ Roadmap des 800G Pluggable MSA-Standards

 

Fazit

Seit dem Jahr 2020 wird die Entwicklung von 5G-, KI- und IoT-Technologien nicht nur den Endnutzern ein völlig neues Benutzererlebnis bringen, sondern auch einen rasanten Anstieg des Datenverkehrs in die gesamte Online-Welt anregen. Daher wird die Forschung und Entwicklung von 800G- und sogar 1.6T-Optikmodulen ein neues und heißes Thema werden, solange der Verbindungsbedarf an Big-Data-Bandbreite innerhalb und zwischen Rechenzentren steigt.