Datenübertragung der nächsten Generation: SFP112/QSFP112/QSFP-DD800/OSFP 800G DAC

Mit dem Aufkommen des Big-Data-Zeitalters und der rasanten Entwicklung von Rechenzentren erfreuen sich Direct Attach Cables (DAC), auch Direct-Attach-Kabel oder Hochgeschwindigkeitskabel genannt, aufgrund ihres erheblichen Preisvorteils und ihrer schnellen, sicheren und zuverlässigen Übertragungseigenschaften in großen Rechenzentren immer größerer Beliebtheit. Sie haben einen erheblichen Anteil an großen Rechenzentren übernommen. Da sich High-Definition-Live-Streaming, KI, IoT und andere 5G-Netzwerkanwendungen weiterhin rasant entwickeln, besteht ein wachsender Bedarf an höheren Übertragungsgeschwindigkeiten in großen Rechenzentren.

In Rechenzentren verfügen Router und Switches über Schnittstellen auf der I/O-Panel-Seite, und die Verbindungen zwischen Netzwerkgeräten (die über IO-Schnittstellen miteinander verbunden sind) basieren hauptsächlich auf zwei Arten von Verbindungen: Kupferkabelverbindungen und Glasfaserverbindungen. Aufgrund der hohen Kosten von Glasfasern sind DAC (Hochgeschwindigkeitskabel) eine ideale Lösung für die Übertragung über kurze Entfernungen innerhalb oder zwischen Schränken. Da sich die Single-Link-Signalrate von 56 Gbit/s auf 112 Gbit/s erhöht und die E/A-Schnittstellen von Netzwerkgeräten von 400 G auf 800 G aufgerüstet werden, ist eine direkte Folge ein starker Anstieg der Verbindungsverluste, was zu kürzeren Übertragungsentfernungen für passive Kupferkabel-E/A-Module führt.

Die vier oben genannten Hochgeschwindigkeits-Kupferkabellösungen weisen folgende Eigenschaften auf:

• Verwendung des von FiberMall selbst entwickelten blanken Hochgeschwindigkeitsdrahts der Serie High Speed ​​112 mit hervorragender Leistung.
• Die Übertragungskodierung nutzt die PAM4-112G-Technologie, unterstützt bis zu 40 GHz Vorresonanz (Suck-out) und ist abwärtskompatibel mit QSFP56 und QSFP28.
• Die Produkte entsprechen der IEEE 802.3ck-Spezifikation mit einer maximalen Übertragungsrate von 800 Gbit/s und Abwärtskompatibilität mit 400G-Produkten.
• Der Einfügungsverlust beträgt weniger als 19.75 dB bei 26.56 GHz, und unter der Bedingung, dass 8 Nahnebensprechsignale und 7 Fernnebensprechsignale gestapelt werden, ist die Kanalbetriebsmarge (COM) besser als 4 dB.

Zu den spezifischen technischen Spezifikationen des DAC gehören:

• SFP112 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M
• QSFP112 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M
• QSFP-DD800      30AWG-1.5M / 28AWG-1.5M
• OSFP 800 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M

FiberMall QSFP112 26AWG 2M Produkttest

112G-Hochgeschwindigkeitsverbindungs-Kupferkabeltechnologie

Einleitung von Hochgeschwindigkeits-Kupferkabeln

Hochgeschwindigkeits-Kupferkabel bezieht sich im Allgemeinen auf DAC (Direct Attach Cable), bei dem es sich um ein direktes Kabel oder direktes Kupferkabel handelt. Es verwendet versilberte Leiter und geschäumte Isolierkerne und übernimmt die Aderpaarabschirmung und die Gesamtabschirmung, um ein Hochgeschwindigkeitskabel zu bilden. Im Vergleich zu optischen Modulen verfügen Hochgeschwindigkeits-Kupferkabel nicht über teure optische Laser und andere elektronische Komponenten, wodurch Kosten und Stromverbrauch bei Kurzstreckenanwendungen erheblich gespart werden. Sie dienen als kostengünstige und effiziente Kommunikationslösung, die optische Module ersetzen kann.

Hauptkomponenten des Hochgeschwindigkeits-DAC

QSFP112G DAC

Allerdings stellt die Gesamtverbindung mit steigenden Übertragungsraten strengere Anforderungen an die Kabeldämpfung. Herkömmliche Kupferkabel sind nicht mehr in der Lage, Langstreckenanwendungen innerhalb von Rechenzentrumsschränken abzudecken. Dies hat zur Entstehung aktiver Kupferkabel mit linearer Verstärkung wie Active Copper Cable (ACC) und noch leistungsfähigerer aktiver Kupferkabel mit CDR (Clock Data Recovery) namens Active Electric Cable (AEC) geführt. Das Prinzip von ACC besteht darin, dem Empfangsende des Kabels über analoge Mittel eine lineare Kompensation (CTLE) hinzuzufügen, um Situationen mit hohem Verlust in Kupferkabelanwendungen zu kompensieren und die Verbindungsanforderungen des Systems zu erfüllen. Das Prinzip von AEC besteht darin, CDR oder komplexer hinzuzufügen digitale Signalverarbeitung (DSP) Algorithmen an beiden Enden des Kabels. Es führt Pre-Emphasis, De-Emphasis, Neukompilierung und Re-Driven der Eingangs- und Ausgangssignale durch, wodurch Jitter und Rauschen effektiv isoliert werden und ein höheres Signal-zu-Null-Verhältnis (SNR) bei der Übertragung erreicht wird.

ACC-Signalübertragungsprinzip mit linearer Verstärkung

AEC (CDR oder CDR+DSP aktives Kupferkabel-Signalübertragungsprinzip)

Anwendungsübersicht von Hochgeschwindigkeits-Kupferkabeln

70 % des Internetverkehrs findet in Rechenzentren statt, daher muss die Verbindungstechnologie in Rechenzentren mit dem zunehmenden Datenfluss Schritt halten. Große Internet-Rechenzentren waren in den letzten Jahren der am schnellsten wachsende Markt im Hinblick auf die Vernetzung und der Bereich mit der schnellsten technologischen Innovation. In der derzeit beliebten CLOS-Rechenzentrumsnetzwerkarchitektur beträgt der Anteil der Verbindungen, die optische Kurz- bis Fernstreckenmodule zwischen der Leaf- und der Sp-Schicht nutzen, etwa ein Drittel der Gesamtzahl der Verbindungen zwischen Access-Layer-Switches und Servern. Für Server und TOR-Switches, die den Großteil der Verbindungsnutzung ausmachen, können für die Verbindung Hochgeschwindigkeits-Kupferkabel (DAC/ACC/AEC) und aktive optische Kabel (AOC) verwendet werden, die Entfernungen von bis zu 20 Metern überbrücken. Passive Kupferkabel (DAC) haben gegenüber aktiven optischen Kabeln (AOC) natürliche Vorteile in Bezug auf niedrige Ausfallrate, geringen Stromverbrauch und niedrige Kosten. Angesichts der aktuellen Forderung nach „COXNUMX-Neutralität“ ist die Power Usage Effectiveness (PUE) von Rechenzentren zu einer Schlüsselkennzahl für die Messung der Betriebseffizienz von Rechenzentren geworden. In den letzten Jahren hat das fortschrittliche integrierte Design mit dem Bau und der Einrichtung großer/ultragroßer Rechenzentren die Stromkapazität einzelner Serverschränke erheblich erhöht und dadurch die vertikale Verkabelungsentfernung für den Serverzugriff effektiv reduziert (durch Anpassung der Einsatzort von TOR-Switches). Mit dem Einsatz von White-Box-Netzwerkgeräten und benutzerdefinierten Rechenknoten werden DAC- oder DAC+ACC-Lösungen häufig für Server-Netzwerkzugriffsverbindungen innerhalb von Schränken verwendet und erfüllen die Anforderungen an hohe Zuverlässigkeit, niedrige Kosten und geringen Stromverbrauch für den Bau von Rechenzentren .

Typische Netzwerkarchitektur eines Rechenzentrums 1

Typische Netzwerkarchitektur eines Rechenzentrums 2

Das vielfältige Angebot an Hochgeschwindigkeits-Kupferkabelschnittstellentypen der 112G-Serie bietet vielfältige Optionen für unterschiedliche Architekturebenen und Anwendungsszenarien. Basierend auf jahrelanger Markterfahrung und Analyse der Designmerkmale verschiedener Hochgeschwindigkeits-Kupferkabelschnittstellen basieren die gängigen Hochgeschwindigkeits-Kupferkabelschnittstellen der 112G-PAM4-Generation auf 400G, QSFP-DD 800G und OSFP 800G. Darüber hinaus gibt es parallele Iterationen von SFP112G/SFP-DD112G/DSFP112G.

Referenz zum Industriestandard der Schnittstelle

Hochgeschwindigkeits-Kupferkabeldesign

Das hochkompatible iterative Upgrade der 112G PAM4-Hochgeschwindigkeits-Kupferkabellösung gewährleistet eine stabile Migration der neuen Generation der externen Hochgeschwindigkeits-Kupferkabeltechnologie. Die neue Lösung basiert auf den Anforderungen der bestehenden Produktfamilie, kombiniert mit den bestehenden strukturellen Merkmalen für Aufrüstung und Weiterentwicklung. Es verbessert nicht nur die Geschwindigkeit, sondern stellt auch die Kontinuität der Verwaltungsschnittstellen und Pin-Definitionen sicher.

Strukturelles Design von Kupferkabeln

Basierend auf unterschiedlichen Anwendungsumgebungen wurden verschiedene Formen von OSFP- und QSFP-DD-Produkten abgeleitet. Das Design mehrerer Formen basiert auf der Berücksichtigung der Wärmeableitungsanforderungen des Moduls. In Anbetracht der Tatsache, dass der Stromverbrauch passiver Kupferkabel sehr niedrig ist (Milliwatt-Niveau) und die Berücksichtigung der Normalisierung der Produktformen die gesunde Entwicklung von Produkten und des Marktes fördert, sind QSFP-DD Type1 und OSFP Open Top im Allgemeinen bevorzugte Modelle für passive Kupferkabel (unter Berücksichtigung der Tatsache, dass QSFP112G als Beispiel).

QSFP112 Dimensionsreferenz

Kupferschaltungsdesign

QSFP112 Pin-Definition

EBeispiel-QSFP112-Host-Board-Schema für passive Kupferkabel

Verwaltungsschnittstellenstandard

Referenzspezifikationen für EEPROM-Karten

Siehe oben SFF-8636-Verwaltungsschnittstelle für kabelgebundene Umgebungen Rev 2.9.

Speicherzuordnung des CMIS-Moduls

Siehe oben Common Management Interface Specification Rev 4.0.

Prüfung und Zertifizierung von Hochgeschwindigkeits-Kupferkabeln

Um die Einheitlichkeit und Standardisierung des Zertifizierungsprozesses von Hochgeschwindigkeitskabeln sicherzustellen, basierend auf den Anforderungen der EIA-364-Testnorm, kombiniert mit den Design- und Anwendungsmerkmalen externer Hochgeschwindigkeits-Kupferkabel, den elektrischen, mechanischen und ökologischen Zuverlässigkeitsanforderungen.

1. Anforderungen und Methoden für Signalintegritätstests

Die folgenden Elemente sind die Testdaten von TP1-TP4, einschließlich MCB-Leiterplattenausrichtung und Stecker, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Testspezifikationen:

2. Anforderungen an elektrische Zuverlässigkeitstests

3. Anforderungen an mechanische Zuverlässigkeitstests

4. Anforderungen an Umweltzuverlässigkeitstests

5. Anforderungen an Flüssigkeitskühlungs-Kompatibilitätstests