100G QSFP28 ZR4: la mejor opción para 100G DCI de larga distancia

Con el desarrollo de Ethernet 100G convirtiéndose en una tendencia, la demanda de módulos ópticos 100G está aumentando y, en la actualidad, los módulos ópticos 100G representan una gran parte del costo de construcción de la red. Han surgido tres soluciones en 100G 80km DCI (Data Center Interconnect), a saber 100G coherente, 100G PAM4 DWDM, y 100G QSFP28 ZR4. Este artículo presenta los módulos ópticos 100G QSFP28 ZR4 y los compara con los dos primeros para analizar por qué QSFP28 ZR4 es la mejor opción para DCI de larga distancia de 100G.

 Introducción de 100G QSFP28 ZR4

El transceptor óptico 100G QSFP28 ZR4 se utiliza para conectar conmutadores, enrutadores y equipos de transmisión en el centro de datos, y la distancia de transmisión es de hasta 80 km a través de fibra monomodo (SMF).

El módulo óptico 100G QSFP28 ZR4 cumple totalmente con el estándar de la industria QSFP28 y el MSA asociado, como se describe en el último SFF-8665/8636, y está disponible con diagnóstico digital a través de la interfaz I2C. También cumple con las especificaciones relacionadas con IEEE 802.3 100GBASE-ZR4. Además, el módulo admite la velocidad en baudios estándar KR4 FEC (Corrección de errores hacia adelante), que ayudará a detectar y corregir errores en el lado receptor para mejorar la calidad general del enlace.

Principio de operación de 100G QSFP28 ZR4

En el extremo de transmisión, el CDR recupera los cuatro canales de datos en serie (NRZ, no volver a cero) y los pasa a cuatro controladores láser con longitudes de onda centrales de 1296 nm, 1300 nm, 1305 nm y 1309 nm, respectivamente. La señal óptica se multiplexa a una fibra monomodo (SMF) a través de un conector LC estándar. En el extremo de recepción, las señales ópticas de los cuatro canales son amplificadas por SOA y luego demultiplexadas por un demultiplexor óptico integrado. Cada señal óptica es recuperada por un detector PIN y luego pasa a través de un amplificador de transimpedancia y CDR a un controlador de salida compatible con CAUI-4, como se muestra en la siguiente figura:

Diagrama de bloques de 100G QSFP28 ZR4

Tres tipos de soluciones para 100G 80km DCI

Las redes de área metropolitana y DCI (interconexión de centros de datos) se refieren a centros de datos muy grandes y conmutadores de red grandes conectados dentro de las ciudades. Necesitan muchas conexiones de gran ancho de banda a una velocidad de datos de más de 100 G, lo que requiere que los módulos ópticos simplifiquen el funcionamiento, reduzcan el espacio y reduzcan los costos y el consumo de energía.

• 100G coherente

Tradicionalmente, los proveedores de conmutadores utilizan CFP / CFP2 módulos ópticos coherentes en sus dispositivos DCI. La tecnología coherente se utiliza generalmente para la transmisión óptica metropolitana de larga distancia. Las tecnologías de modulación más avanzadas, como QPSK, 8QAM o 16QAM, pueden duplicar, triplicar o cuadriplicar la tasa de bits. Sin embargo, este tipo de modulación necesita tecnología avanzada, es decir, detección coherente y DSP en el lado del receptor para corregir la dispersión. Aunque el costo por bit sigue siendo una preocupación, el costo de los componentes es muy alto y el módulo óptico necesita espacio y un presupuesto de energía suficiente, que solo está disponible en los paquetes enchufables de CFP y CFP2. Por supuesto, también se pueden insertar módulos coherentes en la placa del conmutador / enrutador del escenario IPoDWDM. Sin embargo, debido al gran consumo de energía y al tamaño del módulo CFP / CFP2, se necesitan tarjetas de línea especiales.

• 100G PAM4 DWDM

El módulo óptico PAM4 está diseñado para dar respuesta a la necesidad de un módulo óptico para enlaces de corta distancia. Antes de PAM4, el formato de modulación binaria NRZ se usaba para redes de transmisión de datos de larga distancia 100G y 40G. PAM4 viene con cuatro patrones de código diferentes para codificar dos bits de datos, por lo que el ancho de banda de la conexión se puede duplicar con este formato de modulación. Además, los módulos ópticos PAM4 se pueden usar directamente en los conmutadores de las redes DWDM integradas, lo cual es una solución rentable y sencilla para los clientes que deseen construir redes de datos DWDM integradas. Sin embargo, la desventaja de esta solución es que 100G DWDM QSFP28 PAM4 requiere el uso de sistemas de compensación de dispersión y amplificación en el enlace óptico cuando la distancia de transmisión es mayor a 5 km, lo que resulta en mayores costos de extremo a extremo.

QSFP28 PAM4 DWDM a 100G 80km DCI

• 100G QSFP28 ZR4

QSFP28 ZR4 supera las desventajas de las dos soluciones anteriores. Después de la optimización de costos, el 100G ZR4 QSFP28 admite Ethernet 100G y puede realizar transmisiones de hasta 80 km. Además, QSFP28 ZR4 es de tamaño pequeño y de bajo consumo de energía. Puede proporcionar una solución punto a punto en el centro de datos sin implementar la versión anterior de la interfaz CFP / CFP2 y puede operar en un enlace punto a punto de hasta 80 km sin amplificación óptica y compensación de dispersión. Esta es una verdadera solución plug-and-play.

Como se muestra en la figura a continuación:

Resumen

En resumen, entre las tres soluciones para 100G 80km DCI (Interconexión de centro de datos), 100G QSFP28 ZR4 tiene ventajas significativas de costo y energía sobre las soluciones coherentes, y puede lograr una transmisión óptica punto a punto sin implementar equipos complejos y redundantes, por lo que 100G QSFP28 ZR4 es el más preferido en aplicaciones DCI de larga distancia.