Comment distinguer clairement les modules 100G QSFP28 LR4, PSM4 et CWDM4

Le 100G bat son plein pour transiter vers le grand public. Il existe actuellement quatre types d'émetteurs-récepteurs optiques 100G QSFP28 les plus courants pour les applications de centre de données, c'est-à-dire QSFP28 SR4, QSFP28LR4, QSFP28PSM4et QSFP28CWDM4. Des comparaisons entre ces trois derniers seront abordées dans ce passage pour vous aider à sélectionner vos 100mode d'application G correctement.

1. Vue d’ensemble of 100G QSFP28 CWDM4 Optique émetteur-récepteur 

Les exigences en matière de débits de transmission de données sont de plus en plus élevées et le marché des émetteurs-récepteurs optiques 100G QSFP28 se développe rapidement. L'organisation IEEE a développé deux normes d'émetteur-récepteur optique pour les réseaux 100G : 100G QSFP28 SR4 et 100G QSFP28 LR4. Mais en pratique, en raison de la variété des longueurs de liaison fibre, ces deux normes ne peuvent pas déployer les centres de données de la manière la plus rentable. Par conséquent, l'organisation CWDM4 MSA a développé la norme 100G QSFP28 CWDM4 avec une distance de transmission de 2 km.

100G QSFP28 CWDM4 est une norme publiée par l'organisation CWDM4 MSA en 2014. Il s'agit d'un mode de transmission 100G basé sur la technologie de multiplexage grossier en longueur d'onde (CWDM) monomode. L'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 CWDM4 conforme à cette norme adopte une interface LC duplex. Les 4 longueurs d'onde centrales de 1271nm, 1291nm, 1311nm et 1331nm sont utilisées pour la transmission du signal optique (comme indiqué dans le tableau ci-dessous), et chaque bande transmet 25G.

Grâce à la technologie CWDM, l'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 CWDM4 peut multiplexer les quatre longueurs d'onde centrales ci-dessus sur une fibre monomode pour la transmission. Il convient de noter qu'afin d'assurer la stabilité du système de transmission par fibre optique, l'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 CWDM4 doit être utilisé pour la liaison par fibre optique avec la fonction de correction d'erreur directe (FEC).

Voie de longueur d'onde	Longueur d'onde centrale	Gamme de longueur d'onde
Lane1	1271 nm	1264.5 à 1277.5 nm	Tx0, Rx0
Lane2	1291 nm	1284.5 à 1297.5 nm	Tx1, Rx1
Lane3	1311 nm	1304.5 à 1317.5 nm	Tx2, Rx2
Lane4	1331 nm	1324.5 à 1337.5 nm	Tx3, Rx3

La UnePplication of 100G QSFP28 CWDM4 :

100G QSFP28 CWDM4 peut être appliqué au centre de données Ethernet 100G CWDM4, réseau informatique et de stockage haute performance InfiniBand EDR.

100G QSFP28 CWDM4 Facteur de forme:

L'émetteur-récepteur optique 100G CWDM4 utilise le facteur de forme QSFP28, qui est un émetteur-récepteur optique qui peut être utilisé pour prendre en charge la transmission 100G. Il fournit une solution idéale pour la demande actuelle d'augmentation des débits de transmission dans les centres de données ultra-larges. La taille du facteur de forme du QSFP28 est inférieure à celle des émetteurs-récepteurs optiques CFP4, ce qui signifie que les émetteurs-récepteurs optiques QSFP28 ont une densité de ports plus élevée sur le commutateur.

La fonction de surveillance diagnostique numérique (DDM) de 100G QSFP28 CWDM4 :

L'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 CWDM4 a une fonction DDM intégrée, qui peut surveiller efficacement les paramètres de performance importants de l'émetteur-récepteur optique tels que la puissance optique transmise, la puissance optique reçue, la température et la tension d'alimentation, le courant de polarisation laser et les informations d'avertissement. .

Le coût of 100G QSFP28 CWDM4 :

L'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 CWDM4 peut être directement mis à niveau de 25G à 100G sans passer par 40G, ce qui réduit considérablement le coût du système de câblage.

Caractéristiques 100G QSFP28 CWDM4:

Prenez l'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 CWDM4 de FiberMall (QSFP28-100G-IR4) comme exemple :

• 1 Gb/s, chaque débit de voie 25.78 Gb/s
• Transmission jusqu'à 2 km sur fibre monomode (SMF) avec FEC
• Laser LAN WDM DFB et récepteur PIN
• Interface I2C avec surveillance de diagnostic numérique intégrée
• Boîtier QSFP28 MSA avec connecteur LC duplex
• Alimentation simple + 3.3 V
• Conception MUX/DEMUX à 4 voies CWDM
• Spécification technique 100G CWDM4 MSA Rev1.1
• Consommation électrique maximale 3.5W
• Température du boîtier de fonctionnement: 0 à + 70 ° C
• Conforme à la directive UE 2011/65 / UE (RoHS 6/6)

Application:

• Interconnexion du centre de données
• 100G Ethernet
• Interconnexion Infiniband QDR et DDR
• Réseau d'entreprise

Quels sont les avantages du 100G CWDM4 QSFP28 par rapport aux autres optiques 100G émetteur-récepteurs?

Les émetteurs-récepteurs optiques 100G QSFP28 CWDM4, dans les applications de centre de données, ont plus d'avantages de prix que les émetteurs-récepteurs optiques 100G QSFP28 PSM4 dans la transmission moyenne et longue distance ; par rapport aux émetteurs-récepteurs optiques 100G QSFP28 LR4, avec un champ d'application plus large, la demande sera donc également plus importante ; l'avantage de prix est exceptionnel par rapport aux émetteurs-récepteurs optiques 100G QSFP28 LR4.

Avec la croissance continue du trafic de données, la tendance des centres de données à grande échelle et plats favorise le développement des émetteurs-récepteurs optiques sous deux aspects : la mise à niveau des exigences de débit de transmission et l'augmentation des exigences de quantité. Pour un grand nombre d'émetteurs-récepteurs optiques utilisés dans les centres de données, le faible coût et la distance de transmission sont sans aucun doute au centre des considérations. Par conséquent, CWDM4 est devenu le courant dominant des centres de données de cloud computing 100G.

2. Présentation de l'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 LR4

Il y a longtemps, la chaîne de l'industrie des émetteurs-récepteurs optiques était très chaotique. Chaque fabricant avait sa propre structure de package avec différentes interfaces et différentes tailles. Afin de résoudre ce problème, l'accord multi-sources (MSA) a vu le jour. Tous les fabricants suivent la norme proposée par MSA pour unifier la structure du boîtier et les interfaces associées des émetteurs-récepteurs optiques, ce qui est similaire à la normalisation des ports de charge des téléphones mobiles. Pour 100G, les normes définies par MSA incluent 100G PSM4 MSA, 100G CWDM4 MSA et 100G Lambda MSA.

En plus des normes de la série 100GBASE proposées dans l'IEEE, pourquoi MSA a-t-il également proposé les normes PSM4 et CWDM4 ? 100GBASE-SR4 et 100GBASE-LR4 sont les spécifications d'interface 100G les plus couramment utilisées définies par l'IEEE. Cependant, pour les scénarios d'interconnexion de centres de données à grande échelle, la distance prise en charge par 100GBASE-SR4 est trop courte pour répondre à toutes les exigences d'interconnexion, et le coût de 100GBASE-LR4 est trop élevé. Par conséquent, MSA apporte sur le marché des solutions d'interconnexion à moyenne distance, et PSM4 et CWDM4 sont les produits de cette révolution. Bien sûr, la capacité de 100GBASE-LR4 couvre complètement celle de CWDM4, mais dans le scénario de transmissions à 2 km, la solution CWDM4 a un coût inférieur et est plus compétitive.

100G QSFP28 LR4 et 100G QSFP28 CWDM4 sont similaires en principe. Ils utilisent tous deux des dispositifs optiques MUX et DEMUX pour multiplexer par répartition en longueur d'onde 4 canaux 25G parallèles vers une liaison fibre 100G. Cependant, il existe quelques différences entre les deux.

Au nom du 100G QSFP28 LR4, LR signifie longue portée, c'est-à-dire 10Km ; 4 signifie quatre canaux, c'est-à-dire 4*25G, qui sont combinés pour former un émetteur-récepteur optique 100G pouvant transmettre 10Km.

2.1 Les périphériques MUX/DEMUX optiques utilisés par 100G QSFP28 LR4 sont plus chers

CWDM4 définit un intervalle CWDM de 20 nm parce que la caractéristique de dérive de température de longueur d'onde du laser est d'environ 0.08 nm/°C, le changement de longueur d'onde dans la plage de travail de 0 à 70°C est d'environ 5.6 nm, et le canal lui-même doit également laisser quelques bandes d'isolement.

Canal 1 : 1264.5 ~ 1277.5 nm

Canal 2 : 1284.5 ~ 1297.5 nm

Canal 3 : 1304.5 ~ 1317.5 nm

Canal 4 : 1324.5 ~ 1337.5 nm

Et 100G QSFP28 LR4 définit l'intervalle LAN-WDM de 4.5 nm.

Canal 1 : 1294.53 ~ 1296.59 nm

Canal 2 : 1299.02 ~ 1301.09 nm

Canal 3 : 1303.54 ~ 1305.63 nm

Canal 4 : 1308.09 ~ 1310.19 nm

Plus l'espacement des canaux est grand, plus les exigences pour le dispositif MUX/DEMUX optique sont faibles, ce qui peut réduire les coûts.

2.2 Le laser utilisé par 100G QSFP28 LR4 est plus cher et consomme plus d'énergie

Le QSFP100 CWDM28 4G utilise le DML (laser modulé direct), tandis que le QSFP100 LR28 4G utilise l'EML (laser modulé à électro-absorption). DML est un laser unique et EML est composé de deux dispositifs, l'un est DML et l'autre est le modulateur EAM. Le principe du DML est de réaliser une modulation du signal en modulant le courant d'injection du laser. Étant donné que la taille du courant d'injection modifiera l'indice de réfraction de la région active du laser, entraînant un décalage de longueur d'onde (chirp) et entraînant une dispersion, il est très difficile de réaliser une modulation de signal à grande vitesse et une transmission longue distance. 10KM ne suffisent pas pour DML, donc je ne peux aller qu'en EML.

Remarque : Le gazouillis fait référence à un signal dont la fréquence change (augmente ou diminue) au fil du temps, ce qui ressemble au gazouillis d'un chant d'oiseau.

2.3 100G QSFP28LR4 Besoins Supplémentaire TEC (Thermo Electric Cooler)

En raison du seul intervalle de 4.5 nm entre les canaux adjacents du 100G QSFP28 LR4, le laser doit être placé sur le TEC pour le contrôle de la température. La puce du pilote TEC doit être placée sur le circuit, et le laser doit également être intégré dans le matériau TEC, ce qui entraîne un coût plus élevé pour le LR4 que pour le CWDM4.

Sur la base des trois points ci-dessus, les émetteurs-récepteurs optiques de la norme 100G QSFP28 LR4 coûtent plus cher, de sorte que la norme 100G CWDM4 proposée par MSA complète bien l'écart causé par le coût élevé du 100GBASE-LR4 dans un rayon de 2 km.

3. 100G QSFP28 CWDM4 VS LR4

● Caractéristiques

100G QSFP28 CWDM4 est conforme à la norme spécialement formulée pour le déploiement de 100G liaisons de données à moins de 2 km du centre de données. L'interface du module optique QSFP28 CWDM4 est conforme à la spécification de l'interface optique duplex monomode 2 km 100G, et la distance de transmission peut atteindre 2 km. C'est le module optique de la série 100G QSFP28 le plus utilisé dans les centres de données.

Par comparaison, 100G QSFP28 LR4 possède toutes les caractéristiques de QSFP28 CWDM et est plus rentable et compétitif dans l'application de la transmission de 2 km.

● Principe de fonctionnement

QSFP 100G LR4 et CWDM4 sont fondamentalement similaires in la façon dont ils fonctionnent. BoTH d'entre eux multiplexer 4 canaux parallèles 25G sur une liaison fibre 100G à travers dispositifs optiques MUX et DEMUX. QSFP LR4 transmet Signal Ethernet 100G sur 4 longueurs d'onde centrales, c'est-à-dire 1295.56nm, 1300.05nm, 1304.58 nm, et 1309.14 nm. Les deux modèle d'interfaces   illustré comme suit :

◮QSFP28 LR4 Schématique Diagramme

◮CWDM4 Schématique Diagramme

● Différences de coûts

Bien que les deux soient les applications optiques 100G QSFP28 grand public pour IDC, le coût entre les deux modules est différent, ce qui se reflète dans les aspects suivants :

◇ Les appareils optiques MUX/DEMUX déployé by QSFP CWDM4  moins cher que le 100G QSFP28 LR4.

◇ Le laser in le LR4 module est plus cher et consomme plus d'énergie.

◇ LR4 nécessite un TEC supplémentaire (refroidisseur thermoélectrique à semi-conducteur)

Sur la base de ce qui précède Comparaison, module optiqueest conforme à la norme QSFP28 LR4 sont plus chers, tout en le 100G QSFP28 CWDM4 norme proposée par MSA a bien complété l'écart causé par le coût élevé du QSFP28 LR4 à moins de 2 km transmission.

4. 100G QSFP28PSM4 VS QSFP28CWDM4

● Fonctionnalitépour 100G PSM4 et CWDM4

En plus de l'émetteur-récepteur QSFP28 CWDM4, 100G QSFP28 PSM4 est l'une des solutions alternatives en distance de transmission intermédiaire. Mais quels sont les avantages et les inconvénients de PSM4 par rapport à CWDM4?

L'émetteur-récepteur optique QSFP28 PSM4 est une solution d'interconnexion 100G à quatre canaux sur un SMF parallèle et il est principalement utilisé pour les applications de liaison de 500 m. Le SMF à 8 cœurs construit quatre canaux indépendants (4 pour la transmission et 4 pour la réception) pour les interconnexions optiques de 100 Gbit/s, et le taux de transmission de chaque canal est de 25 Gbit/s.

Chaque direction de signal utilise quatre canaux indépendants de la même longueur d'onde de 1310 nm. Par conséquent, les deux émetteurs-récepteurs communiquent généralement via 8 fibres MTP / MPO câble à fibre optique monomode. La distance de transmission maximale du PSM4 est de 500 m.

● Principe de fonctionnement du PSM100 4G

Pour la théorie fonctionnelle du 100G QSFP28 PSM4, veuillez vous référer à la figure suivante pour savoir comment il transmet les signaux.

◮QSFP28 PSM4 Schématique Diagramme

● Différences de coût et de technologie

En bref, le module optique 100G QSFP28 CWDM4 est conçu avec un multiplexeur à division de longueur d'onde intégré, ce qui le rend plus coûteux que QSFP28PSM4 modules optiques. Cependant, les émetteurs-récepteurs CWDM4 ne nécessitent que deux fibres monomodes pour la transmission bidirectionnelle, ce qui est bien moins que les 8 fibres monomodes du PSM4. Et QSFP28 CWDM4 transmet un signal Ethernet 100G sur 4 longueurs d'onde de 1271nm, 1291nm, 1311 nm et 1331 nm respectivement.

À mesure que la distance de liaison augmente, le coût total de la solution PSM4 augmente rapidement. Par conséquent, s'il faut sélectionner un PSM4 ou la solution d'interconnexion CWDM4 doit être décidée en fonction de votre besoin réel dans l'application. Le tableau suivant montre certaines des différences technologiques entre les deux modules.

Module optique	Émetteur-récepteur CWDM4	Émetteur-récepteur PSM4
Émetteur optique	4 DML (20 nm d'écart de longueur d'onde)	4 modulateurs de photons au silicium intégrés et 1 DFB
Multiplexeur de division de longueur d'onde	nécessaire	inutile
Interfaces	Connecteur LC duplex	Connecteur MPO/MTP (8 cœurs)
Longueur du lien	<2 km

Conclusion

Quant au choix des émetteurs-récepteurs optiques interconnectés dans le datacenter 25G/100G, il est recommandé de se référer aux normes suivantes :

∙Pour les scénarios d'interconnexion à courte distance 100G (TOR-LEAF) ne dépassant pas 100 mètres, utilisez des émetteurs-récepteurs optiques 100GBASE-SR4 QSFP28 ;

∙Pour les scénarios d'interconnexion de milieu de gamme 100G (LEAF-SPINE) de 100 mètres à 500 mètres, utilisez des émetteurs-récepteurs optiques 100G PSM4 QSFP28 ;

∙Pour les scénarios d'interconnexion moyenne et longue distance 100G (LEAF-SPINE, SPINE-CORE) de 500 mètres à 2 km, utilisez des émetteurs-récepteurs optiques 100G CWDM4 QSFP28 ;

∙Pour les scénarios d'interconnexion longue distance (CORE-MAN) dépassant 2 km, utilisez des émetteurs-récepteurs optiques 100GBASE-LR4 QSFP28.

Pour les fournisseurs d'émetteurs-récepteurs optiques, une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie et un faible coût sont les principaux critères pour les futurs besoins en émetteurs-récepteurs optiques des centres de données. Il existe différentes solutions en termes de distance de transmission, de mode de modulation, de température de fonctionnement et de facteur de forme, qui doivent être sélectionnées en fonction de facteurs tels que les scénarios d'application et le coût.