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

11 août 2021

Chloe

Architecte Optique

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.

Table des Matières

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

Actuellement, il existe deux principaux types de modules optiques 200G : les QSFP56 et QSFP-DD. Évolution des QSFP+ 40G et QSFP28 100G, le QSFP56 (Quad 50 Gigabits Small Form-factor Pluggable) est spécifiquement conçu pour l’Ethernet 200G. Il offre quatre canaux de 50 à 56 Gb/s au format QSFP. Comparé aux QSFP+ et QSFP28, le QSFP56, grâce à ses quatre canaux de 50 Gb/s, permet d’atteindre des débits réseau supérieurs. La principale différence entre les QSFP+ et QSFP28 réside dans le passage du codage NRZ au codage PAM4. Les modules optiques QSFP56 sont disponibles sous deux formes d'emballage principales : 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 approches techniques pour les modules optiques 200G : un réseau PAM4 4x50G en boîtier QSFP56 et un réseau NRZ 8x25G en boîtier QSFP-DD. En résumé, la modulation NRZ (non-retour à zéro) utilise deux niveaux de tension pour représenter les états logiques 0 et 1. La tension ne revient pas à zéro ; l’état logique 0 correspond à une modulation PAM4 négative utilisant quatre niveaux de tension pour représenter quatre combinaisons de bits binaires : 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

Le module QSFP-DD LR4 200G convertit les données d'entrée électriques (8 canaux à 25 Gbit/s ou 4 canaux à 50 Gbit/s) en signaux optiques LWDM. Il est équipé d'un connecteur LC duplex pour l'interface optique et d'un connecteur 76 broches pour l'interface électrique. Afin de minimiser la dispersion optique sur les liaisons longue distance, ce module utilise de la fibre monomode (SMF). Un système de correction d'erreurs (FEC) hôte est nécessaire pour prendre en charge une transmission sur fibre jusqu'à 10 km.

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

Le module optique duplex intégral QSFP56 SR4 offre 4 canaux d'émission et de réception indépendants, chacun capable de fonctionner à 53.125 Gbit/s pour un débit agrégé de 200 Gbit/s sur 70 mètres de fibre multimode OM3. Un câble à fibre optique avec connecteur MTP/MPO-12 APC peut être branché sur le connecteur du module QSFP56 SR4. La longueur d'onde centrale des 4 voies parallèles est de 850 nm. Il comprend un connecteur optique MPO-12 APC pour l'interface optique et un connecteur à 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 le 200Gbase-DR4 est associé à une interface électrique 200GAUI-4 (PAM4), la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur est un resynchroniseur PAM4 à 4 voies.

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

Si le 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 vers PAM4 à 4 voies.

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

Le 200Gbase-FR4 est similaire au 200Gbase-LR4 et au DR4 en ce qu'il utilise tous un multiplexage par répartition en longueur d'onde monomode, combinant quatre trajets optiques de longueurs d'onde différentes en un seul avant de l'envoyer. De plus, afin d'assurer la compatibilité avec le type de transmission du PMD, le signal entre le PMA et le PMD est de type PAM4, compatible avec les interfaces 200GAUI-8 ou 200GAUI-4. Si l'on compare le 200Gbase-FR4/DR4 à une interface électrique 200GAUI-4, la partie PMA à l'intérieur de l'émetteur-récepteur sera un rééchelonneur 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, le déploiement massif des services en ligne, favorisé par la COVID-19, a généré de nouvelles opportunités de croissance pour le marché des centres de données et accéléré la modernisation de leurs technologies. De nouvelles applications telles que la vidéo 4K HD, le streaming en direct et la réalité virtuelle ont entraîné une forte augmentation du trafic réseau et de la demande pour des applications émergentes comme le cloud computing, les services d'infrastructure et d'accès à Internet (IAA) et le Big Data, imposant ainsi des exigences accrues en matière de transmission de données internes aux centres de données. Par conséquent, des débits de transmission plus élevés, tels que 200G ou 400G, sont désormais déployés dans les centres de données. L'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a normalisé les débits 200G et 400G, notamment pour les réseaux de communication de données (DCN). La norme Ethernet 400G a été approuvée par la norme IEEE 802.3bs dès 2017, après avoir été initialement proposée en 2013. La norme 200G, quant à elle, a été approuvée en 2018, sa proposition initiale datant de 2015. Bien que les normes et exigences des technologies 200G et 400G soient quasiment identiques, les émetteurs-récepteurs optiques 400G sont peu répandus sur le marché. De plus, peu de fabricants proposent des modules optiques 200G, FiberMall faisant exception. Pour les centres de données, la migration de 100G vers 200G constitue la solution optimale. La technologie 200G est plus mature que la 400G. La concurrence entre les OEM (Original Equipment Manufacturers) et les fabricants de modules tiers offre un plus large choix de modules optiques 200G, ce qui contribue à réduire leur coût d'acquisition. Par conséquent, un centre de données disposant d'un budget limité peut reporter la mise à niveau plus coûteuse vers le 400G et adopter dans un premier temps la solution intermédiaire du 200G. FiberMall peut vous fournir des modules optiques 200G de haute qualité, notamment une gamme complète d'émetteurs-récepteurs QSFP56 200G, des modules optiques AOC QSFP56, des émetteurs-récepteurs QSFP-DD 200G et des modules optiques AOC QSFP-DD.