Présentation de l'émetteur-récepteur optique 200G : QSFP56 vs QSFP-DD

Avec le développement rapide des réseaux de communication et d'interconnexion optiques au cours des dernières années, la demande des utilisateurs pour les réseaux a également augmenté conformément à la tendance, ce qui a entraîné une croissance rapide du trafic des réseaux de base des télécommunications à un rythme rapide de 50 % à 80 % par année. Afin de répondre aux besoins des utilisateurs, le taux de transmission de la communication optique a également augmenté le développement, du développement précédent des 10G, 25G et 40G aux 100G, 200G, 400G, etc. d'aujourd'hui. Bien que les modules optiques 100G soient devenus le courant dominant du marché , les exigences en matière de bande passante, de densité de ports et de quantité d'énergie consommée par le système continuent d'augmenter, ce qui pousse davantage la technologie vers des systèmes 200G, 400G ou à vitesse plus élevée. Cet article fournira une introduction détaillée aux modules optiques 200G et vous fera connaître cette étoile montante.

1. Qu'est-ce que l'émetteur-récepteur optique 200G ?

Actuellement, il existe deux principaux types de modules optiques 200G : 200G QSFP56 et 200G QSFP-DD. Premièrement, en tant qu'évolution du 40G QSFP+ et du 100G QSFP28, le QSFP56 (Quad 50 Gigabits Small Form-factor Pluggable) est conçu spécifiquement pour l'Ethernet 200G. QSFP56 désigne 4 x 50 à 56 Gb/s dans un facteur de forme QSFP. Par rapport à QSFP+ et QSFP28, le facteur de forme QSFP56 en tant que QSFP 200G prenant en charge 4 canaux 50G peut atteindre des vitesses de réseau plus élevées. Le changement le plus important de QSFP+ et QSFP28 à QSFP56 est que QSFP56 passe du codage NRZ au codage PAM4. Les modules optiques QSFP56 sont disponibles sous deux formes de boîtiers principaux : QSFP56 SR4 et QSFP56 FR4.

L'émetteur-récepteur optique QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable Double-density) est conforme aux normes IEEE802.3bs et QSFP-DD MSA. « Double densité » signifie que le module prend en charge le double du nombre d'interfaces électriques à grande vitesse par rapport au module QSFP28 standard. Avec la technologie de modulation NRZ, des débits de données allant jusqu'à 25G x 8 (canaux) peuvent être atteints pour une transmission réseau 200G. Pendant ce temps, avec la technologie de modulation PAM4, les débits de données peuvent atteindre 50G x 4 (canaux), permettant une transmission réseau 400G pour les centres de données de calcul haute performance et les réseaux cloud. Les modules QSFP-DD peuvent prendre en charge 400 Gbit/s, tandis que QSFP56 ne peut atteindre que 200 Gbit/s, de sorte que la forme de package QSFP56 est plus couramment utilisée dans les modules optiques 200G.

2. 200G QSFP56 vs 200G QSFP-DD : technologie de modulation différente

Il existe deux directions techniques pour les modules optiques 200G, l'une est un réseau 4x50G PAM4 dans le QSFP56 emballer; l'autre est un réseau 8x25G NRZ dans le package QSFP-DD. En bref, NRZ (non-retour à zéro) est une technologie de modulation à deux niveaux de tension pour représenter le 0 logique et le 1 logique. La tension ne « revient littéralement pas à zéro » ; la logique 0 est un PAM4 négatif qui utilise quatre niveaux de tension pour représenter quatre combinaisons de logique à 2 bits : 11, 10, 01 et 00.

Par rapport à la technologie PAM4, 200G NRZ (8X25G) présente les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'une faible latence et d'un déploiement facile, de sorte que 200G NRZ peut réaliser une interconnexion optique à faible coût au sein des centres de données. Parmi les modules optiques 200G NRZ, QSFP-DD LR4 et QSFP-DD ER4 sont couramment disponibles.

• 200G QSFP-DD LR4

200G QSFP-DD Le LR4 convertit les données d'entrée électriques à 8 canaux de 25 Gb/s ou à 4 canaux de 50 Gb/s en signaux optiques LWDM. Il contient un connecteur LC duplex pour l'interface optique et un connecteur à 76 broches pour l'interface électrique. Pour minimiser la dispersion optique dans le système longue distance, la fibre monomode (SMF) doit être appliquée dans ce module. Le FEC hôte est requis pour prendre en charge jusqu'à 10 km de transmission par fibre.

• 200G QSFP-DD ER4

Le module intègre 4 canaux indépendants sur les longueurs d'onde centrales LWDM4 1295.56, 1300.05, 1304.58 et 1309.14nm, fonctionnant à 50G par canal. Il contient un connecteur LC duplex pour l'interface optique et un connecteur à 76 broches pour l'interface électrique. Pour minimiser la dispersion optique dans le système longue distance, la fibre monomode (SMF) doit être appliquée dans ce module. Il peut prendre en charge jusqu'à 30 km avec 200G FEC et 40 km avec PFEC intégré.

Contrairement à NRZ, la technologie PAM4 50x4Gbps pour la transmission 200G ne nécessite pas l'utilisation de huit canaux 25G pour la transmission 200G, ce qui économise le coût de la fibre et réduit la perte de liaison. Parmi les modules optiques 200G PAM4, QSFP56 SR4 et QSFP56 FR4 sont les plus couramment utilisés.

• 200G QSFP56 SR4

Les QSFP56 SR4 module optique duplex intégral offIl dispose de 4 canaux de transmission et de réception indépendants, chacun capable de fonctionner à 53.125 Gb/s pour un débit de données cumulé de 200 Gb/s sur 70 mètres de fibre multimode OM3. Un câble à fibre optique avec un connecteur MTP/MPO-12 APC peut être branché dans le réceptacle du module QSFP56 SR4. Les longueurs d'onde centrales des 4 voies parallèles sont de 850 nm. Il contient un connecteur optique MPO-12 APC pour l'interface optique et un connecteur 38 broches pour l'interface électrique.

• 200G QSFP56 FR4

Le module 200G FR4 convertit les données d'entrée électriques 4Gb/s (PAM200) à 4 canaux en signaux optiques CWDM (lumière), par des EML à 4 longueurs d'onde. Les longueurs d'onde centrales des 4 canaux CWDM sont 1271, 1291, 1311 et 1331 nm en tant que membres de la grille de longueurs d'onde CWDM définie dans ITU-T G.694.2. Il contient un connecteur LC duplex pour l'interface optique et un connecteur 38 broches pour l'interface électrique. Il est conçu pour les applications de communication optique de 2 km.

3. Optique Ethernet 200G émetteur-récepteur Solution d'interface électrique

La norme de protocole IEEE 200G a été publiée plus tard que la norme 400G, et la norme 200G a été proposée en 2015 et approuvée en 2018. La spécification IEEE802.3bs définit le type d'interface électrique de l'émetteur-récepteur 200G. Quelles sont les solutions d'interface électrique pour l'émetteur-récepteur optique Ethernet 200G ?

L'interface électrique de l'émetteur-récepteur optique 200G adopte actuellement deux schémas de signal : NRZ et PAM4.

• Solution 200G NRZ

Schéma de principe de la structure de la couche PHY de la solution NRZ

Le nom de l'interface électrique de la solution 200G NRZ est 200GAUI-8, avec 8 canaux et un débit monocanal à 26.5625 Gbps. 200GAUI-8 est appliqué entre PMA et PMA. La partie PMA de l'émetteur-récepteur est une puce de boîte de vitesses ou une puce de resynchronisation, qui peut rééchantillonner le signal pour éliminer l'influence de la gigue et du bruit.

l'interface électrique 200GAUI-8

• Solution 200G PAM4

Schéma de principe de la structure de la couche PHY de la solution PAM4

L'interface électrique de la solution 200G PAM4 est 200GAUI-4, le nombre de canaux est réduit de moitié par rapport à la solution NRZ, et le débit monocanal est de 26.5625GBd. Comme 200GAUI-8, 200GAUI-4 est également utilisé entre PMA et PMA. La partie PMA de l'émetteur-récepteur est une puce de boîte de vitesses ou une puce de resynchronisation, qui peut rééchantillonner le signal pour éliminer l'influence de la gigue et du bruit.

l'interface électrique 200GAUI-4

En plus du type d'interface électrique entre PMA et PMA, la spécification définit également le nombre de canaux et les débits de signal pour la transmission optique au niveau de la couche PMD monomode, il y aura donc de nombreux types d'interfaces différents entre PMA et PMD.

Le principe de base de l'Ethernet 200G monomode est basé sur une variante de la spécification Ethernet 400G, notamment reflétée dans son utilisation de la transmission à 50 Gbit/s dans PAM4 et la définition de 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 et 200Gbase-LR4.

PMD
Type	Développement	Format de modulation	Vitesse de transmission	Taux d'erreur binaire (BER)	Fibre optique	Perte d'insertion de canal	La distance de transmission
200GBASE-DR4	4	PAM4	26.5625GBD	TEB<2.4E-4	SMF	3dB	2m-500m
200GBASE-FR4	4	PAM4	26.5625GBD	TEB<2.4E-4	SMF	4dB	2m-2km
200GBASE-LR4	4	PAM4	26.5625GBD	TEB<2.4E-4	SMF	6.3dB	2km-10km

Spécifications de 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 et 200Gbase-LR4 dans le PMD

Afin de correspondre au type de transmission de PMD, le type de signal entre PMA et PMD de 200Gbase-DR4 est également PAM4, qui peut être associé à des interfaces 200GAUI-8 ou 200GAUI-4.

Si la 200Gbase-DR4 est associé à une interface électrique 200GAUI-4 (PAM4), la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur est un Retimer PAM4 à 4 voies.

Interface électrique 200GAUI-4 et un Retimer PAM4 4 voies pour 200Gbase-DR4

Si la 200Gbase-DR4 est associé à une interface électrique 200GAUI-8 (PAM4), alors la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur sera une boîte de vitesses NRZ à 8 voies à PAM4 à 4 voies.

Interface électrique 200GAUI-8 et une boîte de vitesses PAM8 4 voies NRZ à 4 voies pour 200Gbase-DR4

200Gbase-FR4 est similaire à 200Gbase-LR4 et DR4 en ce sens qu'ils utilisent tous un schéma de multiplexage par répartition en longueur d'onde monomode, qui combine quatre chemins optiques avec différentes longueurs d'onde en un seul et l'envoie. De plus, afin de correspondre au type de transmission de PMD, le type de signal entre PMA et PMD est PAM4, qui peut être associé aux interfaces 200GAUI-8 ou 200GAUI-4. Si la 200Gbase-FR4/DR4 est par rapport à une interface électrique 200GAUI-4, la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur sera un Retimer PAM4 à 4 voies.

Interface électrique 200GAUI-4 et Retimer PAM4 4 voies pour 200Gbase-FR4/DR4

S'il est associé à une interface électrique 200GAUI-8 (PAM4), la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur sera une boîte de vitesses PAM8 NRZ à 4 voies à 4 voies.

 Interface électrique 200GAUI-8 et boîte de vitesses PAM8 4 voies NRZ à 4 voies pour 200Gbase FR4/ DR4

La solution PAM200 monomode 4G peut permettre une transmission de 2 m à 10 km. S'il utilise une interface électrique 200GAUI-4, un Retimer PAM4 à 4 canaux sera utilisé à l'intérieur de l'émetteur-récepteur ; s'il adopte l'interface électrique 200GAUI-8 (PAM4), et la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur utilisera une boîte de vitesses PAM8 4 voies NRZ à 4 voies, qui est facultative pour les fabricants. Les émetteurs-récepteurs optiques FiberMall200G QSFP56 DR4/FR4 utilisent tous une interface électrique 200GAUI-4.

4. Émetteur-récepteur optique 200G : nouveau choix pour le centre de données

En 2020, l'application à grande échelle des services en ligne promue par le COVID-19 a apporté de nouvelles opportunités de croissance au marché des centres de données et a accéléré la mise à niveau et la mise à jour de la technologie des centres de données. De nouvelles applications telles que la vidéo 4K HD, la diffusion en direct et la réalité virtuelle ont favorisé la croissance rapide du trafic réseau et la demande d'applications émergentes telles que l'informatique en nuage, les services IAA et le Big Data, ce qui impose des exigences plus élevées pour la transmission de données interne dans le centre de données. Par conséquent, une transmission à bande passante plus élevée telle que 200G ou 400G est réalisée dans le centre de données. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a normalisé 200G et 400G, en particulier pour DCN (Data Communication Network). 400G a été approuvé par la norme Ethernet IEEE 802.3bs dès 2017 et a été initialement proposé en 2013. D'autre part, 200G a été approuvé en 2018 et la proposition initiale est apparue en 2015. 200G et 400G ont presque les mêmes normes et exigences. , mais l'émetteur-récepteur optique 400G n'est pas largement utilisé sur le marché. Et pour les modules optiques 200G, il n'y a pas beaucoup de fabricants qui peuvent les fournir non plus, FiberMall est une exception. Pour le centre de données, la mise à niveau de 100G à 200G est la meilleure solution. La technologie de 200G est plus mature que 400G. En raison de la concurrence entre les OEM (Original Equipment Manufacturer) et les fabricants de modules tiers, il offre également plus d'options pour les modules optiques 200G et réduit son coût d'achat. Par conséquent, un centre de données avec un budget serré peut reporter la mise à niveau 400G plus coûteuse à plus tard et adopter le schéma intermédiaire de 200G en premier. FiberMall peut vous fournir des modules optiques 200G de haute qualité, y compris une série complète d'émetteurs-récepteurs QSFP200 56G, QSFP56 AOC, émetteurs-récepteurs 200G QSFP-DD et AOC QSFP-DD.