Transceptor Ethernet 400G: la guía definitiva sobre transceptores ópticos 400G y sus aplicaciones

Dada la naturaleza evolutiva de la industria de las redes y su creciente alcance de aplicación, la demanda de mayor ancho de banda y velocidad de datos ha llevado a la invención de nuevos transceptores ópticos. Un ejemplo de ello es el Transceptor Ethernet de 400 G, un dispositivo importante para mejorar la capacidad de la red en centros de datos, redes empresariales y sistemas de telecomunicaciones. Esta guía está dedicada a un servidor, donde proporcionaré vistas detalladas de los transceptores ópticos de 400G: estructura, funcionalidad y áreas de aplicación en varias industrias. Explicación del diseño y la función de estos dispositivos y de alta velocidad. transferencia de datos En el artículo se abordan las características avanzadas como la interoperabilidad, el bajo costo y la potencia. Este artículo ofrece una buena comprensión de la tecnología 400G y su relevancia en la conectividad moderna, independientemente de si se trata de un del sistema, Ingeniero o profesional de TI o que tenga un gran interés en el desarrollo de redes ópticas.

¿Qué es un transceptor Ethernet 400G?

Descripción general de la tecnología del transceptor 400G

Un transceptor Ethernet de 400 G puede definirse como una encarnación de la unidad de transmisión de datos, que opera a velocidades de 400 Gigabits por segundo (Gbps). Utiliza diferentes tecnologías de interfaz de capa física, como Corto alcance (SR), óptica de largo alcance (LR) y de alcance extendido (ER) diseñada para diversos requisitos de distancia y aplicación. Estos transceptores emplean múltiples longitudes de onda ópticas y técnicas de modulación avanzadas como PAM4 para aumentar el ancho de banda a través de fibras ópticas. Las partes importantes incluyen el transmisor láser, el fotodiodo y el procesador de señal digital, todos los cuales son cruciales para su rendimiento. Los transceptores de 400G son útiles para aumentar el ancho de banda dentro de los centros de datos y conectar enlaces de alta velocidad a redes de telecomunicaciones.

Características principales de los transceptores Ethernet de 400 G

Los transceptores Ethernet 400G cuentan con múltiples funciones integradas que definen su rendimiento mejorado y su idoneidad para redes de aproximación complejas.

1. Alta velocidad de datos: El diseño de estos transceptores que operan a 400 Gbps tiene como objetivo satisfacer las enormes necesidades de ancho de banda de los proveedores de servicios y centros de datos modernos en comparación con otras generaciones anteriores como 100G que ofrecían un menor rendimiento.
2. Múltiples factores de forma: Los transceptores 400G vienen en múltiples y diferentes factores de forma, como QSFP-DD y OSFP, los cuales permiten lograr una mayor densidad de puertos y son compatibles con las infraestructuras actuales para una fácil modernización.
3. Multiplexación por división de longitud de onda (WDM): Algunos o la mayoría de los transceptores 400G contienen tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), donde se envían múltiples señales de datos a través de un solo cable de fibra óptica para expandir la capacidad de ancho de banda y esto es fundamental para aplicaciones de larga distancia y metropolitanas ya que se maximiza el uso de la fibra.
4. Técnicas avanzadas de modulación: Gracias a la introducción de la modulación PAM4, se duplica de manera eficiente el ancho de banda codificado por longitud de onda efectivo, que se actualiza con bits duales codificados por símbolo. Esto significa que la misma cantidad de datos se transmite de manera más eficiente sin aumentar el ancho de banda necesario para su uso en más fibra.
5. Cobertura de distancia: Existen diferentes tipos de transceptores 400G calibrados para realizar una tarea común, a saber, EWM de largo, corto y largo alcance. Por ejemplo, una página de inicio de sesión del usuario define más de 100 metros, mientras que el LR puede alcanzar hasta 10 kilómetros.
6. Avances tecnológicos: Gracias al desarrollo de la tecnología, los transceptores 400 G también se fabrican con una eficiencia energética en términos de potencia de salida más acorde con las teorías de la marcha. Estos se fabrican en torno a los 7-15 vatios y, por lo tanto, son más económicos en lo que respecta al uso masivo.
7. Estandarización: Posteriormente, todos los protocolos de la industria indican que los transceptores 400 se utilizan en combinación con muchos otros dispositivos, lo que permite flexibilidad y seguridad de las inversiones para los operadores de redes.

Son estas características las que determinan la demanda de transceptores Ethernet 400G, que son fundamentales para el desarrollo de redes de alta velocidad que satisfacen la demanda de transferencia de datos adecuada para aplicaciones de computación en la nube, inteligencia artificial y big data.

Cómo funcionan los transceptores 400G en las redes modernas

Los transceptores 400G son muy populares en las redes modernas, ya que mejoran la transmisión de datos en un ancho de banda amplio. Para ello, los transceptores utilizan multiplexación, mediante la cual se reúnen varios flujos de datos y se envían a través de un cable óptico, lo que aumenta la velocidad de transferencia de datos. La modulación de datos mediante técnicas de modulación PAM4 estándar permite que estos transceptores alcancen una velocidad de datos x2 por fibra sin necesidad de más refuerzo de fibra.

Se construyen distintos transceptores utilizando fibras monomodo y multimodo, utilizando recursos de voladizo adecuados para ese modo de implementación específico. Utilizan amplificadores ópticos y técnicas de compensación de dispersión para mantener la calidad en grandes distancias de comunicación. También utilizan el enfoque de la óptica adaptativa, que mejora el rendimiento a través de la compensación de las condiciones variables en la red utilizada para transmitir datos. En general, los transceptores de 400G son fundamentales para manejar los crecientes requisitos de ancho de banda para la computación en la nube, el video a pedido y otras formas de grandes transferencias de datos.

Comparación de diferentes formatos de transceptores 400G

QSFP-DD: factor de forma pequeño cuádruple conectable de doble densidad

El transceptor QSFP-DD está diseñado para lograr una transmisión de 400G al aumentar el número de canales, que son 2 más que los del QSFP estándar. Esto facilita la implementación de SOSA sin forzar la sustitución de la interfaz QSFP. El diseño del factor de forma QSFP-DD admite cables de cobre y fibras ópticas tanto pasivos como activos, lo que permite flexibilidad en diferentes escenarios de red. Además, incorpora un mecanismo de gestión térmica mejorado para optimizar el rendimiento en operaciones de datos pesados. Al ser pequeño y muy denso, es perfecto para centros de datos HPC y se implementa de manera óptima en espacios con grandes requisitos de ancho de banda.

OSFP: Factor de forma pequeño octal conectable

El OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) transmite una transmisión eficiente de 400G, que está diseñado en forma de Octal e incluye soporte para ocho canales de datos separados. Las mejoras realizadas en este diseño permiten aumentos significativos del ancho de banda al tiempo que garantizan que la infraestructura ya existente se utilice al máximo. OSFP está dirigido a áreas de alta densidad, ya que proporciona soluciones avanzadas de gestión del calor que permiten el funcionamiento en condiciones de trabajo duras bajo carga máxima. Además, es ideal debido a su naturaleza de soporte tanto de cables de cobre como ópticos, lo que suele suceder incluso en centros de datos y situaciones de computación de alto rendimiento donde la velocidad y el espacio son primordiales.

Otros factores de forma: CFP8 y COBO

El CFP8 (es decir, módulo transceptor enchufable con factor de forma C 8) proporciona interfaces de 400 G en factores de forma pequeños y robustos que admiten varias tecnologías de transmisión diferentes. Hay cuatro canales en este transceptor que funcionan a 100 G cada uno gracias a técnicas de modulación modernas, que mejoran la compresión del ancho de banda y minimizan el consumo de energía. El diseño de los factores de forma del CFP8 incorpora disposiciones de refrigeración integradas que mejoran el funcionamiento en sistemas de red con altas densidades de uso. Su arquitectura también es compatible con las generaciones anteriores del estándar CFP para facilitar la implementación de la red.

El estándar COBO (Consorcio para la Óptica de a Bordo) es un enfoque radicalmente nuevo para la comunicación óptica, ya que engloba la óptica de a bordo como parte del circuito en lugar de aumentarla individualmente. Este nuevo enfoque presenta algunas ventajas significativas, ya que las dimensiones del cuerpo se reducen a niveles mínimos, se mejora la calidad de las señales y, en consecuencia, se optimizan varios parámetros de rendimiento. Los módulos COBO se pueden utilizar para la transmisión de datos de alta capacidad para varias distancias y tipos de cableado, lo que claramente los hace más versátiles en varias configuraciones de red. En un intento por satisfacer la creciente necesidad de datos y, al mismo tiempo, simplificar el diseño y la distribución de los sistemas, se ha introducido la tecnología COBO en el mercado, especialmente en la industria de los transceptores ópticos.

¿Cuáles son las aplicaciones de los transceptores 400G en los centros de datos?

Transmisión de datos de alta velocidad

La transmisión de datos a alta velocidad es un elemento integral de los centros de datos modernos, ya que el volumen de datos, debido al creciente número de usuarios y la capacidad de procesamiento, también aumenta exponencialmente. En relación con estas aplicaciones, los transceptores de 400G se consideran una solución indispensable para mantener los altos requisitos de ancho de banda en una amplia variedad de campos, como la computación en la nube, la inteligencia artificial y el big data.

Por ejemplo, en entornos como los centros de datos, se instalan transceptores de 400G para conectar conmutadores y servidores en un rack, lo que permite la transferencia de datos de más de 10 terabits por segundo por rack. Esta característica reduce en gran medida los retrasos, lo que la hace eficiente para aplicaciones que son sensibles a los retrasos. Además, se ha informado de que la aplicación de la tecnología 400G debería reducir el consumo de energía en los transceptores hasta en un 70% con respecto a cada Gigabit en comparación con las generaciones anteriores, lo que la hace económica y respetuosa con el medio ambiente.

De manera similar, estos transceptores de 400G de alto ancho de banda también son capaces de utilizar formatos de modulación avanzados como PAM4, que pueden ofrecer el doble de velocidad de datos por canal sin ampliar el ancho de banda. Esta mejora es muy importante para las aplicaciones de negociación de alta frecuencia, donde cada microsegundo es crucial en la ejecución de las transacciones. Con el cambio de los centros de datos a estructuras que operan a velocidades más altas, la integración de transceptores de 400G se convertirá en una necesidad para lograr aumentos más rápidos en el rendimiento de los datos en toda la red.

Optimización del ancho de banda y la densidad de puertos

Además, optimizar el ancho de banda y la densidad de puertos en un centro de datos es una de las formas clave de maximizar la utilización de recursos y garantizar el flujo fluido de datos. Para una organización es más rentable utilizar soluciones de transceptores de 400G, ya que ayudan a ahorrar más espacio y aumentan la capacidad de transporte. Tales técnicas, como la interfaz multivelocidad (MRI), permiten operar varios canales en un solo puerto físico, lo que conduce a un aumento efectivo del ancho de banda sin requisitos de hardware adicionales. También es posible extender la arquitectura de red troncal e implementarla como un modelo escalonado dentro de redes de red troncal adicionales, lo que aumenta la escalabilidad y la flexibilidad de la demanda, mejorando así el equilibrio de carga y minimizando las posibilidades de congestión. La implementación de tales estrategias aumenta el rendimiento del sistema y, al mismo tiempo, afecta la estructura de costos al respaldar inversiones de capital más bajas y mejorar el ahorro de energía.

Compatibilidad con la infraestructura de red existente

Al incorporar tecnologías de transceptores de 400G, es de suma prioridad considerar cómo se integran en la estructura de red preexistente. La mayoría de los elementos de red contemporáneos, ya sean enrutadores, conmutadores o infraestructuras de transporte óptico, están diseñados con transceptores de 100G estándar de la industria y sus patrones modulares para permitir la conexión de otros tipos de transceptores. Los proveedores destacados también incluyen funciones de compatibilidad con versiones anteriores para que los módulos de 400G puedan funcionar con tecnologías actuales, como 100G y 10G, sin interrupciones en el rendimiento. Además, varios protocolos estandarizados, como Ethernet y redes de transporte óptico, reducen los obstáculos para la integración de sistemas existentes. Las organizaciones tienen en cuenta la presencia de nuevo hardware emergente en una red y planifican su instalación con pruebas de rendimiento graduales para garantizar que se mantengan los objetivos requeridos y que la integridad de la estructura de operaciones de la red no se vea comprometida durante el cambio de sistemas.

Comprensión de los transceptores ópticos de 400G

Tipos de transceptores ópticos de 400G

Los transceptores ópticos de 400G suelen ser de 5 tipos diferentes que dependen de su fabricación y de la distancia desde la que se pretende que funcionen dichos sistemas. Algunos ejemplos de los tipos más comunes son:

• QSFP (factor de forma pequeño cuádruple conectable de doble densidad): Admite Ethernet de hasta 400 G; muy adecuado para configuraciones de alta densidad.
• OSFP: Proporciona la misma funcionalidad que el QSFP-DD pero en un diseño más voluminoso, mejorando la disipación del calor.
• PPC8: Admite interfaces ópticas y está diseñado para trabajos de alta velocidad.
• PAM4: Un esquema de comunicación de datos empleado en transceptores para aprovechar la velocidad de datos al doble del ancho de banda presente, aumentando así el rendimiento de los datos.

Todos estos tipos tienen sus especificaciones y satisfacen diferentes necesidades para mejorar el funcionamiento de las redes.

Métricas de rendimiento: velocidad de datos y distancia de transmisión

Las métricas de rendimiento de los transceptores ópticos de 400G deben incluir al menos dos parámetros, a saber, la velocidad de datos y la distancia de transmisión. La velocidad de datos de un transceptor, generalmente en gigabits por segundo, es una medida de cuánta información se puede transportar en un nodo de transmisión en particular. Estos transceptores con un estándar de 400G pueden manejar un orden de magnitud mayor de datos en relación con los modelos anteriores.

La distancia de transmisión también se denomina distancia sin distorsión significativa de la señal ni disminución de su rendimiento. Estas distancias dependen del tipo de fibra óptica utilizada, ya sea multimodo o monomodo. Por ejemplo, las fibras multimodo de 400 g admiten un alcance de hasta 150 metros, mientras que las fibras monomodo pueden aumentar la efectividad del alcance a distancias extremadamente lejanas de varios kilómetros. Estas medidas son importantes para la selección adecuada de los componentes durante la construcción, así como durante el despliegue de la red.

Tipos de cables utilizados con transceptores 400G

La elección de los tipos de cables adecuados es muy importante para aprovechar al máximo los transceptores ópticos de 400 G. Los cables más utilizados son los siguientes: Los cables esenciales son:

• Fibra monomodo (SMF): En este tipo, solo hay un transmisor, ya que fue diseñado para transmisión de largo alcance, lo que permite la transmisión de transferencia de datos con conexiones a más de 500 metros. Esta fibra de vidrio diferencial de diámetro de núcleo pequeño de veintiocho está diseñada con un diámetro de núcleo particularmente pequeño; desafortunadamente, como la propagación radial monomodo es limitada, reduce la dispersión, lo que ayuda a la mayoría de las señales ópticas en largas distancias.
• Fibra multimodo (MMF): Se utiliza principalmente en aplicaciones de corta distancia. La fibra multimodo es capaz de soportar una alta velocidad de datos de hasta 400 G, pero solo es eficaz para distancias de transmisión confiables de poco más de 150 metros. Su mayor diámetro de núcleo permite la transmisión simultánea de múltiples modos de luz y es útil para conexiones dentro y entre edificios.
• Cables ópticos activos (AOC): Se trata de un tipo particular de cable activo en el que el propio conjunto de cables contiene transceptores ópticos. Los AOC están diseñados para aplicaciones de corta distancia y gran ancho de banda y son un medio económico de interconectar equipos en el centro de datos, lo que los hace ideales para aplicaciones de 400 G en distancias que normalmente no superan los 100 metros.

En conclusión, la selección de fibra monomodo, fibra multimodo y cables ópticos activos dependerá enteramente de la naturaleza del trabajo que la red debe realizar, particularmente su distancia, ancho de banda y costo de instalación.

Preguntas frecuentes sobre transceptores ópticos y Ethernet de 400 G

¿Cuál es la diferencia entre los transceptores de 100G y 400G?

El rendimiento es la principal diferencia entre los transceptores de 100G y 400G. A diferencia de los transceptores de 100G, que pueden transmitir datos a una velocidad determinada, en este caso, la capacidad de los transceptores de 400G es la que pueden hacerlo y liberar espacio para más tráfico dentro de los sistemas de transmisión y mejorar la eficiencia. También está el hecho de que los transceptores de 400G suelen estar diseñados para admitir formatos de modulación más avanzados, que son útiles para ofrecer eficiencia en áreas densamente pobladas y en distancias más largas. Además, se sabe que los transceptores de 400G también consumen menos energía por gigabit que los transceptores de 100G habituales a medida que la tecnología mejora, lo que los convierte en mejores opciones para el uso en centros de datos contemporáneos.

¿Cómo elegir el transceptor 400G adecuado para su red?

Para seleccionar un transceptor de 400G, se deben tener en cuenta muchos factores para garantizar que el rendimiento obtenido sea razonable en relación con el costo. A continuación, se presentan algunos de los aspectos más destacados:

1. Distancia de transmisión: Establezca la separación física más lejana que exista entre los elementos de la red. Según la distancia, funcionan mejor distintos transceptores: la fibra multimodo SR de corto alcance (70 m) es la mejor para distancias cortas, mientras que la fibra monomodo LR de largo alcance (hasta 10 km) es la mejor para distancias largas.
2. Formato de modulación: Analizar el formato de modulación en el que podrá funcionar el transceptor. Se utilizan formatos de modulación más complejos o técnicas avanzadas de modulación de amplitud de 4 pulsos (PAM4) para ayudar a aumentar las tasas de bits y mejorar la eficiencia del diseño, especialmente en diseños de alta densidad.
3. Tipo de conector: La compatibilidad de los conectores es fundamental para lograr una conexión sencilla con el diseño ya existente. La elección de conectores SC, LC, externos/intermedios e iniciadores, entre otros, está determinada por el tipo de cableado y la aplicación.
4. El consumo de energía: Mide la capacidad operativa del transceptor en términos de energía. Esto se debe a que cuando se adopta un enfoque "verde" en los centros de datos, la adopción de un menor consumo por cada gigabit reducirá a su vez las facturas impositivas que se generan al volver a poner en funcionamiento el sistema, lo que se traduce en una función de ganancia de eficiencia general.
5. Compatibilidad y estándares: Compruebe si se pueden integrar los dispositivos y protocolos de red existentes. Asegúrese de que el transceptor cumpla con los estándares proporcionados por organizaciones como IEEE y OIF para facilitar su interconexión con otras redes.

Entonces, al tener en cuenta los factores mencionados anteriormente, los administradores de red pueden elegir los mejores transceptores 400G que satisfagan sus necesidades de infraestructura sin comprometer el rendimiento y la transmisión de datos.

¿Cuáles son las tendencias futuras en la tecnología 400G?

La perspectiva futura de la tecnología 400G apunta hacia un desarrollo razonable y una implementación fructífera debido a ciertas tendencias que se han identificado.

1. Creciente adopción de tecnología coherente: Dado el nivel de tráfico de la red y las tendencias de crecimiento, la tecnología óptica coherente será vital para aumentar el rendimiento y la distancia de las redes de 400G. Esta tecnología permite cubrir largas distancias, satisfaciendo así las necesidades de la computación en la nube e Internet.
2. El paso adelante de 800G y más: La industria ya está pensando en el momento en que la transición de las tecnologías de 400G a las de 800G y mucho más allá será una tendencia mundial normal. A través de este cambio, la integración fotónica cambiará la forma en que se transmiten los datos, de modo que la energía consumida por unidad de información transmitida disminuirá.
3. Modularización mejorada e inteligencia de la red: Las tendencias futuras muestran que la gestión de redes estará impulsada en gran medida por la automatización y las tecnologías de inteligencia artificial (IA). Estas tecnologías eliminarán la monotonía operativa, aumentarán la detección de fallas y el rendimiento general de la operación de la red, lo que dará como resultado entornos de red mejorados, más flexibles y más tolerantes a fallas.

A medida que se produzcan estos cambios, promoverán el desarrollo de las tecnologías 400G y también la planificación de la próxima generación de aplicaciones e infraestructuras de red.

Fuentes de referencia

Ethernet

Pequeño factor de forma enchufable

Transceptor

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Qué es un transceptor QSFP-DD 400G?

A: El transceptor QSFP-DD de 400 G es un módulo óptico avanzado que se utiliza para la conectividad Ethernet de 400 gigabits. QSFP-DD, que significa Quad Small Form-factor Pluggable Double Density, se introdujo para permitir velocidades de datos más altas que sus predecesores en los estándares QSFP.

P: ¿Cuáles son los principales tipos de transceptores ópticos 400G?

R: Los principales tipos de transceptores ópticos de 400G incluyen 400G QSFP-DD, 400G OSFP, SR8, DR4, LR4 y FR4. Existen diferentes tipos de transceptores en términos de alcance y aplicación: corto alcance (100 m), alcance medio (más de 1 km) y largo alcance (hasta 10 km).

P: ¿Cómo se compara un transceptor de 400 g con un transceptor con una capacidad máxima de 400 g por pie cuadrado?

R: Un OSFP de 400 G también está destinado a Gigabit Ethernet, pero en un formato ligeramente diferente. Los transistores OSFP de 400 G también pueden admitir una velocidad de transmisión de 400 Gbps como los QSFP-DD de 400 G, pero debido a la estructura OSFP, existe un límite superior en el consumo de energía debido a la estabilidad de la gestión térmica en los límites mínimos OSFP, a diferencia de los QSFP DD.

P: ¿Cuál es el alcance prescrito de un transceptor DR400 de 4G?

R: Un transceptor DR400 de 4 G, como uno de los módulos de 400 G que utilizan un diseño de cuatro elementos, normalmente admite un alcance de hasta 500 metros en un único modelo de fibra. Esto se logra mediante el uso de cuatro canales ópticos (DR) modulados en PAM4 para la velocidad de 400 Gbps.

P: ¿Qué aplicaciones son posibles con los transceptores QSFP-DD 400G y cómo funcionan estas aplicaciones?

A: Los transceptores QSFP-DD de 400 G se utilizan con más frecuencia en centros de datos, computación de alto rendimiento e infraestructuras de redes de telecomunicaciones. Ayudan a aumentar la velocidad y la capacidad de transferencia de datos en aplicaciones como computación en la nube, video a pedido y aplicaciones y análisis de computación de alto rendimiento.

P: ¿En qué aplicaciones se utilizan los transceptores 400G SR8?

A: Los transceptores SR400 de 8G son de rango corto que normalmente se utilizan en rangos de distancia de aproximadamente 100 m sobre fibra multimodo. Utilizan 8 canales para la transmisión de datos de 50 Gbps cada uno y se utilizan principalmente en la conexión de centros de datos.

P: ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la transición a la tecnología Ethernet 400G?

R: La transición a Ethernet de 400 G tiene varias ventajas, entre ellas, la capacidad de soportar un ancho de banda más amplio y con una latencia mucho menor. Satisface los requisitos habituales de crecimiento de datos y, al mismo tiempo, aborda la necesidad de diseñar redes que estén acostumbradas a la próxima generación de aplicaciones y servicios.

P: ¿Será posible utilizar transceptores QSFP-DD 400G con los puertos QSFP28 actuales?

R: No, los transceptores QSFP-DD de 400 G no están diseñados para ser compatibles con versiones anteriores de los puertos existentes en el dominio QSRP28. El QSFP-DD está diseñado para operaciones de 400 G y no funciona con la interfaz existente sin el QSFP-DD correspondiente.

P: ¿Qué es CWDM en el contexto de los conmutadores 400G?

R: CWDM significa Multiplexación por División de Longitud de Onda Gruesa. En el contexto de la óptica 400G, la tecnología CWDM es la que permite reunir varias señales ópticas y colocarlas en una sola fibra con el fin de mejorar la capacidad de ancho de banda del enlace de fibra óptica.

P: ¿Qué es una descripción general del transceptor en las soluciones Ethernet 400G?

A: Una descripción general de los transceptores en las soluciones Ethernet de 400 G se relaciona con la descripción y los detalles de los aspectos relacionados con los módulos transceptores, como el tipo, el factor de forma del transceptor de 400 G, las aplicaciones y las especificaciones. En esta sección se explican en detalle los diferentes tipos de transceptores de 400 G disponibles y, por lo tanto, se ayuda a los ingenieros de redes a elegir los módulos más adecuados para su propósito.