Évolution de la technologie 800G OSFP/QSFP-DD basée sur la technologie optoélectronique basée sur Si

Abstract

La demande croissante de bande passante des centres de données hyperscale stimule le développement de l’OSFP/QSFP-DD 800G. Les modules enfichables de nouvelle génération exploiteront des débits en bauds plus élevés, des protocoles standardisés et une intégration avancée pour atteindre une transmission 800G dans des formats compacts. Des fonctionnalités clés telles que la prise en charge de 800 GbE, les tarifs clients multiples, les modes interopérables et la faible consommation d'énergie accéléreront leur commercialisation. Grâce à une technologie photonique sur silicium mature et à une technologie de packaging tridimensionnel, le 800G OSFP/QSFP-DD devrait être déployé à grande échelle en 2024.

Introduction

La croissance continue du trafic des centres de données entraîne le développement de technologies d’interconnexion optique de plus grande capacité et plus efficaces. L'OSFP/QSFP-DD 400G avec des signaux à débit en bauds de 60G a été déployé avec succès au cours des dernières années, mais l'attention se porte désormais sur la nouvelle génération OSFP/QSFP-DD 800G.

Les centres de données hyperscale devraient mener la transition vers 800G OSFP/QSFP-DD, exigeant des ports 800G pour les plates-formes de commutateurs et de routeurs de nouvelle génération. À l’instar de l’ère 400G, les organismes de normalisation font pression pour l’harmonisation des paramètres afin de garantir l’interopérabilité et les économies d’échelle entre plusieurs fournisseurs. Cela inclut le doublement du débit en bauds à environ 120 G bauds et l'augmentation de l'espacement des canaux à 150 GHz.

Les technologies avancées telles que la photonique sur silicium, l'intégration tridimensionnelle et l'électronique à signaux mixtes permettent les débits en bauds et les schémas de modulation plus élevés requis pour le fonctionnement 800G. S'appuyant sur la validation des technologies à base de silicium OSFP 400G/QSFP-DD et des modules aux performances optimisées, ces technologies sont désormais applicables au développement de modules optiques enfichables 800G dans de petits facteurs de forme tels que QSFP-DD et OSFP.

Des fonctionnalités clés telles que 800GbE la prise en charge, plusieurs clients à faible débit, les modes interopérables, les produits à haute puissance de transmission et la faible consommation d'énergie permettront leur application dans divers réseaux. Grâce à la convergence de la technologie et de la normalisation, le 800G OSFP/QSFP-DD devrait parvenir à un déploiement à grande échelle vers 2024.

Harmonisation des normes optiques 800G

Des organisations industrielles telles que l'OIF, Open ROADM et l'IEEE pilotent l'harmonisation des normes 800G pour garantir l'interopérabilité entre plusieurs fournisseurs. Cela inclut la normalisation des paramètres optiques 800G, des protocoles côté client et des interfaces de gestion des modules.

En termes de transmission optique, l'OIF définit 800ZR, qui est une solution DWDM cohérente 800G interopérable qui permet une transmission de liaison amplifiée de 80 km en utilisant une optique de classe 3 avec des signaux à débit en bauds d'environ 120 G et une modulation 16QAM. Open ROADM spécifie également un mode de performances amélioré, qui inclut une implémentation interopérable de la mise en forme de constellation probabiliste (PCS) pour améliorer le rapport signal/bruit optique, avec un débit en bauds de fonctionnement de plus de 130 G bauds.

Figure 1. Doublement du débit en bauds et de l'espacement des canaux de la classe 2 à environ 60+G bauds à la classe 3 à environ 120+G bauds (Source : Cisco)

Côté client, IEEE 802.3ck définit les spécifications de la couche physique pour le fonctionnement 800GbE sur des interfaces 100γ. OIF et Open ROADM prennent également en charge le multiplexage de clients à faible débit (tels que 400GbE et 100GbE) sur des liaisons optiques 800G. En outre, l'accord de mise en œuvre de l'OIF pour la spécification d'interface de gestion commune (CMIS) garantit une gestion interopérable entre les modules enfichables multi-fournisseurs. En harmonisant les paramètres optiques, client et de gestion, les normes 800G créeront des économies d'échelle similaires à celles du 400G, tout en garantissant l'interopérabilité entre plusieurs fournisseurs.

Technologies avancées pour 800G OSFP/QSFP-DD

Il est important de tirer parti de technologies avancées telles que la photonique sur silicium, l’intégration tridimensionnelle et l’électronique à signaux mixtes pour développer un OSFP/QSFP-DD 800G compact et efficace.

La technologie photonique sur silicium fournit des composants de multiplexage par répartition en longueur d'onde à densité de bande passante élevée, tels que des modulateurs, des multiplexeurs et des photodétecteurs, qui peuvent être intégrés dans un substrat de silicium. Cette technologie permet la mise à l'échelle de débits en bauds supérieurs à 100 G de manière rentable et évolutive.

Les technologies d'intégration tridimensionnelle ou de siliconisation (telles que la liaison flip-chip, l'empilement de puces et le conditionnement de substrat haute densité) permettent une intégration étroite de la photonique et de l'électronique CMOS. Cette intégration peut améliorer l'intégrité du signal et l'efficacité énergétique à des taux de 800G.

L'électronique à signaux mixtes de nouvelle génération, telle que l'amélioration des performances DAC et ADC 112G par canal, ainsi que les nouveaux DSP, permettent les signaux à grande vitesse et les schémas de modulation complexes requis pour la transmission optique 800G.

Ces technologies ont été validées dans des modules aux performances optimisées tels que les modules cohérents OSFP/QSFP-DD 400G à base de silicium et les modules cohérents CIM d'Acacia, ce qui les rend prometteurs pour prendre en charge le développement OSFP/QSFP-DD 800G à grande échelle.

Figure 2. De gauche à droite : technologies de silicium 3D pour les modules enfichables MSA de classe 2 et les modules CIM 3 à performances optimisées de classe 8. Un co-packaging hautement intégré est essentiel pour les modules enfichables MSA 3G de classe 800. (Source : Cisco)

Principales fonctionnalités des applications 800G OSFP/QSFP-DD

Pour réussir des applications à grande échelle, 800G OSFP/QSFP-DD doit prendre en charge certaines fonctionnalités clés pour répondre aux exigences des applications réseau et du développement de l’industrie. Une fonctionnalité majeure consiste à prendre en charge le trafic client 800GbE. Il est prévu qu'il y ait des ports de commutateur et de routeur 800G en 2024, et pour interconnecter ces plates-formes, les modules enfichables doivent avoir une capacité native de 800GbE. Pendant la période de transition, où les clients à faible débit tels que 400GbE et 100GbE sont encore largement présents dans le réseau, leur prise en charge du multiplexage est également essentielle.

Les modes interopérables sont un autre facteur clé. 800ZR fournira un mode de base pour les liens DWDM cohérents. Cependant, ouvrez le mode PCS de ROADM offers des performances plus élevées, atteignant une couverture comparable à 400G. Cette flexibilité répond aux besoins de diverses topologies et applications de réseau. Les produits à puissance de transmission élevée sont essentiels pour les réseaux de friches industrielles traditionnels qui utilisent l'infrastructure ROADM existante. Les amplificateurs intégrés fournissent la puissance d'émission plus élevée requise pour ces liaisons.

Enfin, la faible consommation électrique reste une priorité. L'efficacité énergétique peut maximiser la densité de ports des cartes de ligne de commutateur et de routeur 800G, ainsi qu'obtenir une compatibilité descendante avec les ports 400G existants. La conception optimisée du 800G OSFP/QSFP-DD tirera parti des dernières avancées en matière d'intégration photonique sur silicium et de mise à l'échelle des nœuds de processus CMOS pour réduire la consommation d'énergie.

Figure 3. Illustrant les principales fonctionnalités requises pour les modules enfichables 800G MSA (Source : Cisco)

Conclusion

Les tendances du secteur indiquent que le 800G OSFP/QSFP-DD constitue la prochaine étape dans l'évolution de l'interconnexion des centres de données. Grâce à la combinaison du développement technologique et de la convergence de la normalisation, le 800G OSFP/QSFP-DD devrait permettre un déploiement de réseau à grande échelle vers 2024. Son émergence sera synchronisée avec les ports 800G des plates-formes de commutation et de routeur de nouvelle génération, offrant ainsi une capacité directe. mises à niveau pour les opérateurs de centres de données. 800G OSFP/QSFP-DD s'appuiera sur l'expérience et la technologie clés acquises grâce aux applications de modules optiques 400G, fournissant les fonctionnalités et les performances requises pour l'interconnexion optique de nouvelle génération.