Descripción general del transceptor óptico 200G: QSFP56 frente a QSFP-DD

Con el rápido desarrollo de la comunicación óptica y la red de interconexión en los últimos años, la demanda de redes por parte de los usuarios también ha aumentado en línea con la tendencia, lo que ha llevado a que el tráfico de las redes troncales de telecomunicaciones crezca a una tasa rápida del 50% al 80% por año. Con el fin de satisfacer las necesidades de los usuarios, la velocidad de transmisión de la comunicación óptica también aumentó el desarrollo, desde el desarrollo anterior de 10G, 25G y 40G hasta el actual 100G, 200G, 400G, etc. Aunque los módulos ópticos de 100G se han convertido en la corriente principal del mercado , los requisitos de ancho de banda, densidad de puertos y la cantidad de energía consumida por el sistema siguen aumentando, lo que impulsa aún más la tecnología a 200G, 400G o sistemas de mayor velocidad. Este artículo proporcionará una introducción detallada a los módulos ópticos de 200G y le permitirá conocer esta estrella en ascenso.

1. ¿Qué es el transceptor óptico 200G?

Actualmente, existen dos tipos principales de módulos ópticos 200G: 200G QSFP56 y 200G QSFP-DD. Primero, como una evolución del 40G QSFP + y 100G QSFP28, el QSFP56 (Quad 50 Gigabits Small Form-factor Pluggable) está diseñado específicamente para 200G Ethernet. QSFP56 indica 4 x 50 a 56 Gb / s en un factor de forma QSFP. En comparación con QSFP + y QSFP28, el factor de forma QSFP56 como un QSFP de 200G que admite 4 canales de 50G puede alcanzar velocidades de red más altas. El cambio más importante de QSFP + y QSFP28 a QSFP56 es que QSFP56 cambia de codificación NRZ a codificación PAM4. Los módulos ópticos QSFP56 están disponibles en dos paquetes principales: QSFP56 SR4 y QSFP56 FR4.

El transceptor óptico QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable de doble densidad) cumple con los estándares IEEE802.3bs y QSFP-DD MSA. “Doble densidad” significa que el módulo admite el doble de interfaces eléctricas de alta velocidad en comparación con el módulo estándar QSFP28. Con la tecnología de modulación NRZ, se pueden lograr velocidades de datos de hasta 25G x 8 (canales) para una transmisión de red de 200G. Mientras tanto, con la tecnología de modulación PAM4, las velocidades de datos pueden alcanzar 50G x 4 (canales), lo que permite la transmisión de red de 400G para centros de datos informáticos de alto rendimiento y redes en la nube. Los módulos QSFP-DD pueden admitir 400 Gbps, mientras que QSFP56 solo puede alcanzar 200 Gbps, por lo que el formato de paquete QSFP56 se usa más comúnmente en módulos ópticos de 200G.

2. 200G QSFP56 frente a 200G QSFP-DD: Tecnología de modulación diferente

Hay dos direcciones técnicas para los módulos ópticos 200G, una es una red 4x50G PAM4 en el QSFP56 paquete; la otra es una red 8x25G NRZ en el paquete QSFP-DD. En resumen, NRZ (sin retorno a cero) es una tecnología de modulación con dos niveles de voltaje para representar el 0 lógico y el 1 lógico. El voltaje literalmente no "vuelve a cero"; El 0 lógico es un PAM4 negativo que usa cuatro niveles de voltaje para representar cuatro combinaciones de lógica de 2 bits: 11, 10, 01 y 00.

En comparación con la tecnología PAM4, 200G NRZ (8X25G) tiene las ventajas de bajo consumo de energía, baja latencia y fácil implementación, por lo que 200G NRZ puede realizar una interconexión óptica de bajo costo dentro de los centros de datos. Entre los módulos ópticos 200G NRZ, QSFP-DD LR4 y QSFP-DD ER4 están comúnmente disponibles.

• 200G QSFP-DD LR4

200G QSFP-DD LR4 convierte los datos de entrada eléctrica de 8 canales de 25 Gb/s o 4 canales de 50 Gb/s en señales ópticas LWDM. Contiene un conector LC dúplex para la interfaz óptica y un conector de 76 pines para la interfaz eléctrica. Para minimizar la dispersión óptica en el sistema de larga distancia, se debe aplicar fibra monomodo (SMF) en este módulo. Se requiere host FEC para admitir hasta 10 km de transmisión de fibra.

• 200G QSFP-DD ER4

El módulo incorpora 4 canales independientes en longitud de onda central LWDM4 1295.56, 1300.05, 1304.58 y 1309.14nm, operando a 50G por canal. Contiene un conector LC dúplex para la interfaz óptica y un conector de 76 pines para la interfaz eléctrica. Para minimizar la dispersión óptica en el sistema de larga distancia, se debe aplicar fibra monomodo (SMF) en este módulo. Puede soportar hasta 30 km con 200G FEC y 40 km con PFEC incorporado.

A diferencia de NRZ, la tecnología PAM4 de 50x4Gbps para la transmisión de 200G no requiere el uso de ocho canales de 25G para la transmisión de 200G, lo que ahorra costos de fibra y reduce la pérdida de enlace. Entre los módulos ópticos 200G PAM4, QSFP56 SR4 y QSFP56 FR4 son los más utilizados.

• 200G QSFP56 SR4

El QSFP56SR4 módulo óptico full-duplex offCuenta con 4 canales de transmisión y recepción independientes, cada uno con una capacidad de operación de 53.125 Gb / s para una velocidad de datos agregada de 200 Gb / s en 70 metros de fibra multimodo OM3. Se puede enchufar un cable de fibra óptica con un conector APC MTP / MPO-12 en el receptáculo del módulo QSFP56 SR4. Las longitudes de onda centrales de los 4 carriles paralelos son de 850 nm. Contiene un conector óptico MPO-12 APC para la interfaz óptica y un conector de 38 pines para la interfaz eléctrica.

• 200G QSFP56 FR4

El módulo 200G FR4 convierte los datos de entrada eléctrica de 4 Gb/s (PAM200) de 4 canales en señales ópticas CWDM (luz), mediante EML de 4 longitudes de onda. Las longitudes de onda centrales de los 4 canales CWDM son 1271, 1291, 1311 y 1331 nm como miembros de la red de longitudes de onda CWDM definida en ITU-T G.694.2. Contiene un conector LC dúplex para la interfaz óptica y un conector de 38 pines para la interfaz eléctrica. Está diseñado para aplicaciones de comunicación óptica de 2 km.

3. 200G Ethernet óptico Transceptor Solución de interfaz eléctrica

El estándar de protocolo 200G IEEE se lanzó después del estándar 400G, y el estándar 200G se propuso en 2015 y se aprobó en 2018. La especificación IEEE802.3bs define el tipo de interfaz eléctrica del transceptor 200G. ¿Cuáles son las soluciones de interfaz eléctrica para el transceptor óptico Ethernet 200G?

La interfaz eléctrica del transceptor óptico 200G actualmente adopta dos esquemas de señal: NRZ y PAM4.

• Solución 200G NRZ

Diagrama esquemático de la estructura de la capa PHY de la solución NRZ

El nombre de la interfaz eléctrica de la solución 200G NRZ es 200GAUI-8, con 8 canales y una tasa de un solo canal de 26.5625 Gbps. 200GAUI-8 se aplica entre PMA y PMA. La parte PMA del transceptor es un chip de caja de cambios o un chip retemporizador, que puede volver a muestrear la señal para eliminar la influencia de la fluctuación y el ruido.

la interfaz eléctrica 200GAUI-8

• Solución 200G PAM4

Diagrama esquemático de la estructura de la capa PHY de la solución PAM4

La interfaz eléctrica de la solución 200G PAM4 es 200GAUI-4, la cantidad de canales se reduce a la mitad en comparación con la solución NRZ y la tasa de un solo canal es 26.5625GBd. Al igual que 200GAUI-8, 200GAUI-4 también se usa entre PMA y PMA. La parte PMA del transceptor es un chip de caja de cambios o un chip retemporizador, que puede volver a muestrear la señal para eliminar la influencia de la fluctuación y el ruido.

la interfaz eléctrica 200GAUI-4

Además del tipo de interfaz eléctrica entre PMA y PMA, la especificación también define la cantidad de canales y velocidades de señal para la transmisión óptica en la capa PMD monomodo, por lo que habrá muchos tipos diferentes de interfaces entre PMA y PMD.

El principio básico de Ethernet 200G monomodo se basa en una variante de la especificación Ethernet 400G, especialmente reflejada en su uso de transmisión de 50 Gbps en PAM4 y la definición de 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 y 200Gbase-LR4.

PMD
Tipo de Propiedad	Channel	Formato de modulación	Velocidad de transmisión	Tasa de error de bits (BER)	Fibra óptica	Pérdida de inserción de canal	Distancia de transmisión
200GBASE-DR4	4	PAM4	26.5625 GBD	BER<2.4E-4	SMF	3dB	2m-500m
200GBASE-FR4	4	PAM4	26.5625 GBD	BER<2.4E-4	SMF	4dB	2m-2km
200GBASE-LR4	4	PAM4	26.5625 GBD	BER<2.4E-4	SMF	6.3dB	2km-10km

Especificaciones de 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 y 200Gbase-LR4 en PMD

Para coincidir con el tipo de transmisión de PMD, el tipo de señal entre PMA y PMD de 200Gbase-DR4 también es PAM4, que se puede combinar con las interfaces 200GAUI-8 o 200GAUI-4.

Si 200Gbase-DR4 se combina con una interfaz eléctrica 200GAUI-4 (PAM4), la parte PMA dentro del transceptor es un Retimer PAM4 de 4 vías.

Interfaz eléctrica 200GAUI-4 y un Retemporizador PAM4 de 4 vías para 200Gbase-DR4

Si 200Gbase-DR4 se combina con una interfaz eléctrica 200GAUI-8 (PAM4), entonces la parte PMA dentro del transceptor será una caja de cambios NRZ de 8 vías a PAM4 de 4 vías.

Interfaz eléctrica 200GAUI-8 y caja de engranajes NRZ de 8 vías a PAM4 de 4 vías para 200Gbase-DR4

200Gbase-FR4 es similar a 200Gbase-LR4 y DR4 en que todos usan un esquema de multiplexación por división de longitud de onda de modo único, que combina cuatro caminos ópticos con diferentes longitudes de onda en uno y lo envía. Además, para coincidir con el tipo de transmisión de PMD, el tipo de señal entre PMA y PMD es PAM4, que se puede combinar con las interfaces 200GAUI-8 o 200GAUI-4. Si el 200Gbase-FR4/DR4 es en comparación con una interfaz eléctrica 200GAUI-4, la parte PMA dentro del transceptor será un Retimer PAM4 de 4 vías.

Interfaz eléctrica 200GAUI-4 y Retemporizador PAM4 de 4 vías para 200Gbase-FR4/DR4

Si se combina con una interfaz eléctrica 200GAUI-8 (PAM4), la parte PMA dentro del transceptor será una caja de cambios NRZ de 8 vías a PAM4 de 4 vías.

 Interfaz eléctrica 200GAUI-8 y caja de cambios de 8 vías NRZ a 4 vías PAM4 para 200Gbase FR4/DR4

La solución PAM200 monomodo 4G puede hacer que se produzca una transmisión de 2 a 10 km. Si utiliza una interfaz eléctrica 200GAUI-4, se utilizará un Retimer PAM4 de 4 canales dentro del transceptor; si adopta la interfaz eléctrica 200GAUI-8 (PAM4), y la parte PMA dentro del transceptor utilizará una caja de cambios NRZ de 8 vías a PAM4 de 4 vías, que es opcional para los fabricantes. Todos los transceptores ópticos FiberMall200G QSFP56 DR4/FR4 usan una interfaz eléctrica 200GAUI-4.

4. Transceptor óptico 200G: nuevo opción para el centro de datos

En 2020, la aplicación a gran escala de servicios en línea promovida por COVID-19 trajo nuevas oportunidades de crecimiento al mercado de centros de datos y aceleró la mejora y actualización de la tecnología de centros de datos. Las nuevas aplicaciones como el video 4K HD, la transmisión en vivo y la realidad virtual han promovido el rápido crecimiento del tráfico de red y la demanda de aplicaciones emergentes como la computación en la nube, los servicios de IAA y Big Data, lo que plantea requisitos más altos para la transmisión interna de datos en el centro de datos. Por lo tanto, la transmisión de mayor ancho de banda, como 200G o 400G, se realiza en el centro de datos. IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) estandarizó 200G y 400G, especialmente para DCN (Red de Comunicación de Datos). 400G fue aprobado por el estándar Ethernet IEEE 802.3bs ya en 2017 y se propuso originalmente en 2013. Por otro lado, 200G se aprobó en 2018 y la propuesta inicial apareció en 2015. 200G y 400G tienen casi los mismos estándares y requisitos , pero el transceptor óptico 400G no se usa mucho en el mercado. Y para los módulos ópticos de 200G, tampoco hay muchos fabricantes que puedan proporcionarlos, FiberMall es una excepción. Para el centro de datos, actualizar de 100G a 200G es la mejor solución. La tecnología de 200G es más madura que la de 400G. Debido a la competencia entre OEM (fabricante de equipos originales) y fabricantes de módulos de terceros, también brinda más opciones para módulos ópticos de 200G y reduce su costo de compra. Por lo tanto, un centro de datos con un presupuesto ajustado puede posponer la actualización más costosa de 400G para más adelante y adoptar primero el esquema intermedio de 200G. FiberMall puede proporcionarle módulos ópticos 200G de alta calidad, incluida una serie completa de transceptores QSFP200 de 56G, QSFP56 AOC, transceptores QSFP-DD de 200G y QSFP-DD AOC.