Evolución de la tecnología 800G OSFP/QSFP-DD basada en tecnología optoelectrónica basada en Si

Resumen

La creciente demanda de ancho de banda de los centros de datos a hiperescala está impulsando el desarrollo de 800G OSFP/QSFP-DD. Los módulos conectables de próxima generación aprovecharán velocidades de baudios más altas, protocolos estandarizados e integración avanzada para lograr una transmisión de 800G en factores de forma pequeños. Funciones clave como compatibilidad con 800 GbE, tarifas para múltiples clientes, modos interoperables y bajo consumo de energía acelerarán su comercialización. Con una tecnología fotónica de silicio madura y una tecnología de empaquetado tridimensional, se espera que 800G OSFP/QSFP-DD logre una implementación a gran escala en 2024.

Introducción

El crecimiento continuo del tráfico de los centros de datos está impulsando el desarrollo de tecnologías de interconexión óptica más eficientes y de mayor capacidad. En los últimos años se han implementado con éxito 400G OSFP/QSFP-DD con señales de velocidad de baudios de 60G, pero ahora la atención se está desplazando hacia el 800G OSFP/QSFP-DD de próxima generación.

Se espera que los centros de datos de hiperescala lideren la transición a 800G OSFP/QSFP-DD, exigiendo puertos 800G para las plataformas de conmutadores y enrutadores de próxima generación. Al igual que en la era 400G, las organizaciones de estandarización están presionando para que se armonicen los parámetros para garantizar la interoperabilidad y las economías de escala entre múltiples proveedores. Esto incluye duplicar la velocidad en baudios a aproximadamente 120 G baudios y aumentar el espacio entre canales a 150 GHz.

Las tecnologías avanzadas como la fotónica de silicio, la integración tridimensional y la electrónica de señal mixta permiten velocidades de baudios y esquemas de modulación más altos necesarios para el funcionamiento de 800G. Aprovechando la validación de tecnologías basadas en silicio 400G OSFP/QSFP-DD y módulos de rendimiento optimizado, estas tecnologías ahora son aplicables al desarrollo de módulos ópticos conectables de 800G en factores de forma pequeños como QSFP-DD y OSFP.

Características clave como 800GBE soporte, múltiples clientes de baja velocidad, modos interoperables, productos de alta potencia de transmisión y bajo consumo de energía permitirán su aplicación en varias redes. Con la convergencia de la tecnología y la estandarización, se espera que 800G OSFP/QSFP-DD logre una implementación a gran escala alrededor de 2024.

Armonización de estándares ópticos 800G

Organizaciones industriales como OIF, Open ROADM e IEEE están impulsando la armonización de los estándares 800G para garantizar la interoperabilidad entre múltiples proveedores. Esto incluye la estandarización de parámetros ópticos de 800G, protocolos del lado del cliente e interfaces de gestión de módulos.

En términos de transmisión óptica, OIF está definiendo 800ZR, que es una solución DWDM coherente interoperable de 800G que logra una transmisión de enlace amplificada de 80 km utilizando ópticas de Clase 3 con señales de velocidad de baudios de aproximadamente 120 G y modulación 16QAM. Open ROADM también especifica un modo de rendimiento mejorado, que incluye una implementación interoperable de conformación probabilística de constelaciones (PCS) para mejorar la relación señal-ruido óptica, con una velocidad de baudios operativa de más de 130 G baudios.

Figura 1. Duplicación de la velocidad en baudios y el espaciado de canales de Clase 2 a aproximadamente 60+G baudios a Clase 3 a aproximadamente 120+G baudios (Fuente: Cisco)

En el lado del cliente, IEEE 802.3ck define las especificaciones de la capa física para el funcionamiento de 800 GbE en interfaces de 100 γ. OIF y Open ROADM también admiten la multiplexación de clientes de menor velocidad (como 400 GbE y 100 GbE) sobre enlaces ópticos de 800 G. Además, el acuerdo de implementación de OIF para la Especificación de Interfaz de Gestión Común (CMIS) garantiza una gestión interoperable entre módulos conectables de múltiples proveedores. Al armonizar los parámetros ópticos, de cliente y de gestión, los estándares 800G crearán economías de escala similares a las de 400G, al tiempo que garantizarán la interoperabilidad entre múltiples proveedores.

Tecnologías avanzadas para 800G OSFP/QSFP-DD

Aprovechar tecnologías avanzadas como la fotónica de silicio, la integración tridimensional y la electrónica de señal mixta es importante para desarrollar OSFP/QSFP-DD 800G compacto y eficiente.

La tecnología de fotónica de silicio proporciona componentes de multiplexación por división de longitud de onda de alta densidad de ancho de banda, como moduladores, multiplexores y fotodetectores, que pueden integrarse en un sustrato de silicio. Esta tecnología permite escalar velocidades de baudios más altas por encima de 100G de una manera rentable y escalable.

Las tecnologías de integración tridimensional o siliconación (como la unión de chips invertidos, el apilamiento de chips y el empaquetado de sustratos de alta densidad) permiten una estrecha integración de la fotónica y la electrónica CMOS. Esta integración puede mejorar la integridad de la señal y la eficiencia energética a velocidades de 800G.

La electrónica de señal mixta de próxima generación, como la mejora del rendimiento de DAC y ADC de 112G por canal, y los nuevos DSP, permiten señales de alta velocidad y esquemas de modulación complejos necesarios para la transmisión óptica de 800G.

Estas tecnologías se han validado en módulos de rendimiento optimizado, como los módulos coherentes CIM de 400G OSFP/QSFP-DD basados ​​en silicio y los módulos coherentes CIM de Acacia, lo que los hace prometedores para soportar el desarrollo de 800G OSFP/QSFP-DD a gran escala.

Figura 2. De izquierda a derecha: tecnologías de siliconación 3D para módulos conectables MSA de Clase 2 y módulos CIM 3 de rendimiento optimizado de Clase 8. El co-empaquetado altamente integrado es fundamental para los módulos conectables MSA Clase 3 800G. (Fuente: Cisco)

Funciones clave para aplicaciones 800G OSFP/QSFP-DD

Para lograr aplicaciones exitosas a gran escala, 800G OSFP/QSFP-DD necesita admitir algunas características clave para cumplir con los requisitos de desarrollo de la industria y las aplicaciones de red. Una característica importante es la compatibilidad con el tráfico de clientes de 800 GbE. Se espera que haya puertos de conmutador y enrutador de 800G en 2024 y, para interconectar estas plataformas, los módulos conectables deben tener capacidad nativa de 800GbE. Durante el período de transición, cuando los clientes de velocidades más bajas, como 400 GbE y 100 GbE, todavía están ampliamente presentes en la red, su soporte de multiplexación también es fundamental.

Los modos interoperables son otro facilitador clave. 800ZR proporcionará un modo básico para enlaces DWDM coherentes. Sin embargo, el modo PCS de Open ROADM offOfrece un mayor rendimiento, alcanzando una cobertura comparable a 400G. Esta flexibilidad se adapta a las necesidades de diversas topologías y aplicaciones de red. Los productos de alta potencia de transmisión son esenciales para las redes tradicionales abandonadas que utilizan la infraestructura ROADM existente. Los amplificadores incorporados proporcionan la mayor potencia de transmisión necesaria para estos enlaces.

Por último, el bajo consumo de energía sigue siendo una prioridad. La eficiencia energética puede maximizar la densidad de puertos de las tarjetas de línea de enrutadores y conmutadores de 800G, así como lograr compatibilidad con los puertos de 400G existentes. El diseño optimizado de 800G OSFP/QSFP-DD aprovechará los últimos avances en la integración de fotónica de silicio y el escalado de nodos de proceso CMOS para reducir el consumo de energía.

Figura 3. Ilustración de las características clave requeridas para los módulos conectables MSA de 800G (Fuente: Cisco)

Conclusión

Las tendencias de la industria indican que 800G OSFP/QSFP-DD es el siguiente paso en la evolución de la interconexión de centros de datos. Con la combinación de desarrollo tecnológico y convergencia de estandarización, se espera que 800G OSFP/QSFP-DD logre un despliegue de red a gran escala alrededor de 2024. Su aparición se sincronizará con los puertos 800G de las plataformas de enrutadores y conmutadores de próxima generación, proporcionando capacidad directa. Actualizaciones para operadores de centros de datos. 800G OSFP/QSFP-DD aprovechará la experiencia y la tecnología clave obtenidas de las aplicaciones de módulos ópticos de 400G, proporcionando la funcionalidad y el rendimiento necesarios para la interconexión óptica de próxima generación.