100G QSFP28 ZR4 : le meilleur choix pour le DCI longue distance 100G

Le développement de l'Ethernet 100G devenant une tendance, la demande de modules optiques 100G augmente et aujourd'hui, les modules optiques 100G représentent une grande partie du coût de construction du réseau. Trois solutions ont vu le jour en 100G 80km DCI (Data Center Interconnect), à savoir 100G cohérent, 100G PAM4 DWDM, et 100G QSFP28 ZR4. Cet article présente les modules optiques 100G QSFP28 ZR4 et les compare aux deux premiers pour expliquer pourquoi QSFP28 ZR4 est le meilleur choix pour le DCI longue distance 100G.

 Présentation du 100G QSFP28 ZR4

L'émetteur-récepteur optique 100G QSFP28 ZR4 est utilisé pour connecter des commutateurs, des routeurs et des équipements de transmission dans le centre de données, et la distance de transmission peut atteindre 80 km sur fibre monomode (SMF).

Le module optique 100G QSFP28 ZR4 est entièrement conforme à la norme industrielle QSFP28 et au MSA associé, comme décrit dans le dernier SFF-8665/8636, et est disponible avec des diagnostics numériques via l'interface I2C. Il est également conforme aux spécifications relatives à IEEE 802.3 100GBASE-ZR4. De plus, le module prend en charge le débit en bauds standard KR4 FEC (Forward Error Correction), qui aidera à détecter et à corriger les erreurs du côté réception pour améliorer la qualité globale du lien.

Principe de fonctionnement de 100G QSFP28 ZR4

À l'extrémité de transmission, les quatre canaux de données série (NRZ, Not Return to Zero) sont récupérés par le CDR et transmis à quatre pilotes laser avec des longueurs d'onde centrales de 1296 nm, 1300 nm, 1305 nm et 1309 nm, respectivement. Le signal optique est multiplexé sur une fibre monomode (SMF) via un connecteur LC standard. A la réception, les signaux optiques des quatre canaux sont amplifiés par SOA puis démultiplexés par un démultiplexeur optique intégré. Chaque signal optique est récupéré par un détecteur PIN, puis transmis à travers un amplificateur de transimpédance et un CDR vers un pilote de sortie compatible CAUI-4, comme illustré dans la figure suivante :

Schéma fonctionnel 100G QSFP28 ZR4

Trois types de solutions pour 100G 80km DCI

Les réseaux métropolitains et DCI (Data Center Interconnect) font référence à de très grands centres de données et à de grands commutateurs de réseau connectés dans les villes. Ils ont besoin de nombreuses connexions à large bande passante à un débit de données de 100G+, ce qui nécessite que les modules optiques simplifient le fonctionnement, réduisent l'espace et réduisent les coûts et la consommation d'énergie.

• 100G Cohérent

Traditionnellement, les fournisseurs de commutateurs utilisent CFP / CFP2 modules optiques cohérents dans leurs dispositifs DCI. La technologie cohérente est généralement utilisée pour la transmission optique métropolitaine longue distance. Des technologies de modulation plus avancées, telles que QPSK, 8QAM ou 16QAM, peuvent doubler, tripler ou quadrupler le débit binaire. Cependant, ce type de modulation nécessite une technologie de pointe, c'est-à-dire une détection cohérente et un DSP côté récepteur pour corriger la dispersion. Bien que le coût par bit soit toujours une préoccupation, le coût des composants est très élevé, et le module optique a besoin d'espace et d'un budget de puissance suffisant, qui n'est disponible que sur les boîtiers enfichables de CFP et CFP2. Bien entendu, des modules cohérents peuvent également être insérés dans la carte commutateur/routeur du scénario IPoDWDM. Cependant, en raison de la grande consommation d'énergie et de la taille du module CFP / CFP2, des cartes de ligne spéciales sont nécessaires.

• 100G PAM4 DWDM

Le module optique PAM4 est conçu pour répondre au besoin d'un module optique pour les liaisons à courte distance. Avant PAM4, le format de modulation binaire NRZ était utilisé pour les réseaux de transmission de données longue distance 100G et 40G. PAM4 est livré avec quatre modèles de code différents pour coder deux bits de données, de sorte que la bande passante de la connexion peut être doublée avec ce format de modulation. De plus, les modules optiques PAM4 peuvent être utilisés directement dans les commutateurs des réseaux DWDM embarqués, ce qui constitue une solution économique et simple pour les clients souhaitant construire des réseaux de données DWDM embarqués. Cependant, l'inconvénient de cette solution est que 100G DWDMQSFP28 PAM4 nécessite l'utilisation de systèmes d'amplification et de compensation de dispersion sur la liaison optique lorsque la distance de transmission est supérieure à 5 km, ce qui entraîne des coûts de bout en bout plus élevés.

QSFP28 PAM4 DWDM à 100G 80km DCI

• 100G QSFP28 ZR4

QSFP28 ZR4 surmonte les inconvénients des deux solutions ci-dessus. Après optimisation des coûts, le 100G ZR4 QSFP28 prend en charge Ethernet 100G et peut réaliser une transmission jusqu'à 80 km. De plus, le QSFP28 ZR4 est de petite taille et consomme peu d'énergie. Il peut fournir une solution point à point dans le data center sans déployer l'ancienne version de l'interface CFP/CFP2 et peut fonctionner sur une liaison point à point jusqu'à 80km sans amplification optique et compensation de dispersion. Il s'agit d'une véritable solution plug-and-play.

Comme le montre la figure ci-dessous:

Résumé

Pour résumer, parmi les trois solutions pour 100G 80km DCI (Data Center Interconnect), 100G QSFP28 ZR4 présente des avantages significatifs en termes de coût et de puissance par rapport aux solutions cohérentes, et il peut réaliser une transmission optique point à point sans déployer d'équipements redondants et complexes, donc 100G QSFP28 ZR4 est le plus préféré dans les applications DCI longue distance.