Ein umfassender Vergleich der 400G QSFP112 SR4-, OSFP SR4-, QSFP-DD SR4- und QSFP-DD SR8-Module

Einführung

Der rasante Aufstieg von KI-Rechenclustern und Hyperscale-Rechenzentren hat zu einem exponentiellen Anstieg des Netzwerkbandbreitenbedarfs geführt. Als kritische Hardware für die Vernetzung innerhalb von Rechenzentren wirkt sich die Auswahl optischer 400G-Module direkt auf Netzwerkleistung, Kosten und Skalierbarkeit aus. Im Kurzstrecken-Multimode-Bereich haben sich vier gängige Module – QSFP112 SR4, OSFP SR4, QSFP-DD SR4 und QSFP-DD SR8 – durch ihre unterschiedlichen Gehäuseformate und technologischen Ansätze zu einem wettbewerbsfähigen Markt entwickelt. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Analyse ihrer Gehäuseeigenschaften, technischen Spezifikationen, Leistungsunterschiede und Anwendungsszenarien, um eine optimierte Entscheidungsfindung zu unterstützen.

Verpackung und Kompatibilität

Modultyp	Verpackungsformat	Kompatibilität	Technische Eigenschaften
QSFP112SR4	QSFP112	Entwickelt für 112G SerDes, unterstützt 400G/200G/100G-Raten	Kompakt, geeignet für NICs der nächsten Generation
OSFP SR4	OSFP	Nicht abwärtskompatibel mit älteren Schnittstellen	Größere Größe mit integriertem Kühlkörper
QSFP-DD SR4	QSFP-DD	Kompatibel mit QSFP+/QSFP28	Hochdichtes Design (36 Ports/1U)
QSFP-DD SR8	QSFP-DD	Kompatibel mit QSFP+/QSFP28	Gleiche Abmessungen wie SR4, mit doppelten Kanälen

Wichtige Erkenntnisse:

• QSFP112 SR4: Maßgeschneidert für das 112G SerDes-Ökosystem, kompatibel mit NVIDIA CX7/ConnectX-8-NICs und unterstützt flexible Ratenaufteilung (z. B. 400G → 2×200G oder 4×100G).
• OSFP SR4: Mit einem komplexen Kühldesign (integrierter Kühlkörper) wird es hauptsächlich auf der Switch-Seite verwendet, weist jedoch keine Kompatibilität mit der QSFP-Serie auf.
• QSFP-DD-Serie: Diese Module nutzen ein Dual-Density-Format (8 elektrische Kanäle) mit Abwärtskompatibilität und sind daher die gängige Wahl in Rechenzentren. SR4 und SR8 haben zwar identische Abmessungen, ihre Kanalkonfigurationen unterscheiden sich jedoch erheblich.

Technische Daten und Leistungsunterschiede

Parameter	QSFP112SR4	OSFP SR4	QSFP-DD SR4	QSFP-DD SR8
Modulation	4×100G PAM4	4×100G PAM4	4×100G PAM4	8×50G PAM4
Fasertyp/Entfernung	OM4: 100m	OM4: 50m	OM4: 100m	OM4: 100m
Anschlusstyp	MPO-12 APC	MPO-12	MPO-12 APC	MPO-16/MPO-24
Anzahl der Fasern	8 (4 Tx + 4 Rx)	8 (4 Tx + 4 Rx)	8 (4 Tx + 4 Rx)	16 (8 Tx + 8 Rx)
Energieverbrauch
Latency	84 ns (niedriger ohne DSP)	90–100 ns	85ns	102 ns (mit Getriebe)
Kosten	Konservativ	Hoch	Niedrig	Niedrigster Wert (pro Kanal)

Wichtige Erkenntnisse:

Kanal- und Glasfaserressourcen:

• SR8 verwendet eine 8-Kanal-50G-PAM4-Modulation und benötigt 16-adrige Glasfasern (MPO-16-Anschluss). Es eignet sich für Switch-to-Switch-Verbindungen, erhöht jedoch den Verkabelungsaufwand.
• Die SR4-Serie nutzt eine 4-Kanal-100G-PAM4-Modulation und benötigt nur 8-adrige Fasern (MPO-12-Anschluss). Dadurch eignet sie sich besser für Server-Switch-Verbindungen und ist mit vorhandenen OM3/OM4-Verkabelungssystemen kompatibel.

Latenz und DSP-Abhängigkeit:

• Die Latenz von SR4 ist im Allgemeinen niedriger als die von SR8 (z. B. QSFP-DD SR4 bei 85 ns gegenüber SR8 bei 102 ns), da SR8 für die Signalmultiplexierung auf Gearbox-Chips angewiesen ist.
• QSFP112 SR4 kann die Latenz mit einer LPO-Architektur (Linear Drive) weiter auf unter 60 ns reduzieren, ideal für HPC- und KI-Trainingsszenarien.

Kosteneffizienz:

• Die Kosten pro Kanal von QSFP-DD SR8-Modulen sind etwa 54 % niedriger als die von SR4 (aufgrund weniger Laser), was erhebliche wirtschaftliche Vorteile bei Switch-to-Switch-Verbindungen bietet.

Anwendungsszenarien und Empfehlungen

QSFP112SR4

Kernanwendungen: Optimiert für 112G SerDes-NICs wie NVIDIA CX7 und ConnectX-8, unterstützt Ratenaufteilung von 1:2 (400G → 2×200G) oder 1:4 (400G → 4×100G).

Beispiel-Anwendungsfall: GPU-Clusterkommunikation innerhalb von Leaf-Spine-Architekturen, bei denen 800G-OSFP-Switches über MPO-112-Breakout-Fasern mit mehreren QSFP4 SR12-NICs verbunden sind, was eine Kommunikation mit hoher Bandbreite und geringer Latenz ermöglicht.

OSFP SR4

Kernanwendungen: Entwickelt für Kurzstreckenverbindungen innerhalb von Racks (50 m OM4) und verwendet in 800G-Switch-Downlinks zu 400G-Geräten über MPO-Fasern.

Einschränkungen: Eingeschränkte Kompatibilität (nur OSFP-Ports) und kurze Übertragungsreichweite erfordern dichte Glasfaserressourcen.

QSFP-DD SR4

Kernanwendungen: Aufbau verlustfreier RoCE-Netzwerke, ideal für Leaf-Switches, die mit GPU-Servern verbunden werden (z. B. Kombinationen aus NVIDIA Spectrum-4 und CX7), Unterstützung von 100 m Entfernung mit vorhandenen Verkabelungssystemen.

Vorteile: Hohe Kompatibilität, geringer Stromverbrauch (<8 W) und hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis.

QSFP-DD SR8

Kernanwendungen: Optimiert für Switch-to-Switch-Verbindungen, unterstützt 56G/112G SerDes mit nicht blockierenden Links mit voller Bandbreite.

Beispiel-Anwendungsfall: Reduzierung der Gesamtkosten um 19.38 % in einem 256-Knoten-Cluster durch weniger Module und vereinfachtes Glasfasermanagement.

Auswahlentscheidungsbaum

• Anforderungen an Rate und Portdichte:

Hohe Dichte: Wählen Sie QSFP-DD SR4/SR8 für 36-Port/1U-Switch-Konfigurationen.

Zukünftige Erweiterung: Entscheiden Sie sich für QSFP112 SR4, kompatibel mit dem 112G SerDes-Ökosystem und bereit für 800G-Upgrades.

• Latenzempfindlichkeit:

HPC/AI-Schulung: Wählen Sie QSFP-DD SR4 oder QSFP112 SR4 für eine Architektur mit geringer Latenz.

Allgemeine Rechenzentren: SR8 bietet eine bessere Kosteneffizienz mit höherer Latenztoleranz.

• Einschränkungen der Glasfaserressourcen:

Eingeschränkte Glasfaserverfügbarkeit: Wählen Sie SR4 (8-adrig im Vergleich zu 8-adrig bei SR16), um die Anzahl der MPO-Anschlüsse zu reduzieren.

Neubauten: Setzen Sie SR8 ein, um die Glasfaserverwaltung zu vereinfachen und die langfristigen Wartungskosten zu senken.

Fazit und Trends

• Technologische Entwicklung:

QSFP112 SR4 ist führend im 112G-SerDes-Ökosystem und eignet sich für Geräte der nächsten Generation wie NVIDIA BlueField-3 DPUs.

OSFP SR4 dient als Übergangsprodukt im 800G-Ökosystem, steht jedoch vor Kompatibilitätsproblemen.

• Kosteneffizienz:

QSFP-DD SR8 dominiert mit seinen niedrigen Kosten pro Kanal die Switch-Verbindungen, während SR4-Module der Standard für Serververbindungen bleiben.

• Energieeffizienz:

Fortschritte in der Siliziumphotonik und LPO-Architekturen senken den SR4-Stromverbrauch weiter (z. B. < 8 W für FiberMall-Siliziumphotonik-DR4-Module) und führen so zu einer Energieoptimierung im Rechenzentrum.

Zukunftsausblick

Mit der Weiterentwicklung der 100G-PAM4-Technologie mit Einzelwellenlänge wird SR4 voraussichtlich SR8 in Singlemode-Feldern (z. B. DR4/FR4) ersetzen. Beide werden jedoch in Multimode-Szenarien über kurze Distanzen koexistieren und sich langfristig ergänzen.