Présentation de l'émetteur-récepteur optique 400G ZR, DR4, FR4, LR4, SR8 QSFP-DD

Les émetteurs-récepteurs optiques sont des dispositifs clés pour réaliser l'interconnexion de réseaux optiques dans le centre de données. Au fur et à mesure du nombre et de la densité des ports, les centres de données doivent prendre en compte le coût des modules optiques, car il devrait représenter près de la moitié du coût des réseaux optiques dans IDC. À l'heure actuelle, les centres de données nouvellement construits des grandes sociétés Internet cherchent à faire une transition vers 400G Ethernet. Les modules optiques 400G QSFP-DD sont les solutions optiques les plus courantes pour la connectivité réseau 400G à haut débit. Une brève introduction de l'optique 400G QSFP-DD sera donnée dans cet article.

Qu'est-ce que QSFP-DD dans le module émetteur-récepteur 400G ?

QSFP-DD, abréviation de Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) - Double Density (DD), est un facteur de forme enfichable à chaud à haut débit défini par le groupe QSFP-DD MSA comme un élément clé de l'industrie des communications optiques pour obtenir un réseau haute densité. En tant que meilleure option pour le facteur de forme d'émetteur-récepteur optique 400G, ce connecteur QSFP-DD permet aux centres de données de se développer et d'étendre efficacement la capacité du cloud selon les besoins. 

QSFP-DD est compatible en amont et en aval avec le port QSFP et est également compatible avec le port existant Modules optiques QSFP28 et AOC/DAC, etc. L'interface électrique d'un connecteur QSFP-DD se compose de 8 voies électriques, fonctionnant à 25 Gb/s de signal NRZ ou 50 Gb/s de signal PAM4 chacune pour une bande passante totale de 200 Gb/s ou 400 Gb/s. QSFP-DD peut atteindre jusqu'à 14.4 To de bande passante agrégée dans un seul emplacement de commutateur.

 

Quels sont les types d'émetteurs-récepteurs 400G courants sur le marché ?

● Émetteur-récepteur 400G DR4 QSFP-DD

400G DR4 est un module émetteur-récepteur optique conçu pour l'interconnexion de centre de données Ethernet 400G dans le facteur de forme QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable-double densité). Du côté de l'émetteur, ce module DR4 convertit 8 canaux de signal électrique de 50 Gb/s (PAM4) en 4 canaux de données de sortie optique parallèles, chacun capable d'un débit de données de 100 Gb/s pour une bande passante agrégée de 400 Gbls. Côté récepteur, l'émetteur-récepteur optique convertit 4 voies de données optiques parallèles de 100 Gbp/s chaque voie pour un agrégé de 400 Gbp/s pour prendre en charge 8 voies de signal de sortie électrique PAM50 de 4 Gb/s.

Module émetteur-récepteur optique FiberMall 400G DR4 QSFP-DD 

La 400G QSFP-DD DR4 Le module fibre réalise la transmission sur SMF (une fibre monomode) avec un Connecteur MPO-12. Normalement, l'émetteur-récepteur 400G du facteur de forme QSFP-DD DR4 prend en charge une distance de transmission maximale de 500 mètres sur une longueur d'onde centrale de 1310 nm. Le produit est conçu avec des fonctions de diagnostic numérique selon le 400G QSFP-DD Accord multi-sources (MSA).

Introduction et application du QSFP-DD DR400 4G

● Émetteur-récepteur optique 400G FR4 QSFP-DD

Le module 400GBASE-FR4 est un émetteur-récepteur enfichable à chaud de 400 Gbit/s dans un facteur de forme QSFP-DD qui prend en charge 8 interfaces électriques à haut débit se connectant à l'hôte. le 400GFR4 L'émetteur-récepteur intègre 4 voies indépendantes sur des longueurs d'onde centrales CWDM4 de 1271/1291/1311/1331 nm fonctionnant à 100 Gbps par voie. 4 EML CWDM 100 Gbps non refroidis sont utilisés dans les lasers DSP ET EML comme lecteur optique avec un multiplexeur optique. Il est conçu avec un connecteur LC duplex pour l'interface optique afin de prendre en charge jusqu'à 2 km de transmission pour les liaisons Ethernet 400G sur fibre monomode (SMF). 400GFR4 Le module émetteur-récepteur fibre QSFP DD suit un protocole similaire de Spécification 100G Lambda MSA unique pour 400GFR4 ainsi que  QSFP-DD MSA spécification.

Δ Schéma du module émetteur-récepteur 400G FR4 QSFP-DD avec Fibre duplex

 

● Module émetteur-récepteur 400G LR4 QSFP-DD

Les modules à fibre optique 400GBase LR4 sont conçus avec une puce Gearbox intégrée qui multiplexer les données d'entrée électriques des deux canaux en un signal de sortie monocanal, puis les moduler vers l'extrémité du récepteur optique. Plus précisément, la boîte de vitesses de base DSP convertit 8 canaux de signaux PAM25 de 4 Go en 4 canaux de signaux de 50 Go (PAM4) sur un SMF (Fibre monomode) câble avec connecteurs LC duplex. Cette 400GLR4 Le produit émetteur-récepteur est doté d'une surveillance FEC et d'un diagnostic numérique en temps réel, prenant en charge une distance de transmission allant jusqu'à 10 km. It définit un 400Gb/s PHY pour un fonctionnement sur les quatre Longueurs d'onde centrales CWDM de 1271, 1291, 1311 et 1331 nm. L'émetteur-récepteur 400G LR4 de FiberMall a la même fonction et la même qualité que l'émetteur-récepteur Cisco 400G et l'émetteur-récepteur Arista 400G et a une meilleure compatibilité.

Émetteur-récepteur optique FiberMall 400G QSFP-DD LR4

● Émetteur-récepteur optique 400G SR8 

400G SR8 est un Quad Small Form Factor Pluggable–double densité émetteur-récepteur à fibre optique conforme à la spécification IEEE 802.3bs. Ce module offERS 8 parallèle Emetteur et récepteur voies, où le signal Ethernet 400 Gigabit est transféré. Chacun de ces 8 canaux indépendants est capable d'un 53.125 Gbps(PAM4) data rmangé pour agréger une bande passante totale de 400Gb/s sur 100 mètres de câble fibre multimode OM3 avec connecteur MTP/MPO-16. La longueur d'onde centrale des 8 canaux indépendants est de 850 nm. Similaire au module optique DR4, FR4, LR4 QSFP-DD 400G, 400GSR8 est conforme à la spécification QSFP-DD MSA et IEEE 802.3b protocole. 

Quelle est la différence entre 400G QSFP-DD FR4 et 400G QSFP-DD FR8 ?

Fiabilité

Le QSFP-DD FR400 4G a un baud de 53.125 Go et le QSFP-DD FR400 8G a un baud de 26.5625 Go. Au fur et à mesure que le baud augmente, le coût MPI et le coût CD de PAM4 augmentent progressivement, faisant face au défi d'un fonctionnement fiable à long terme, nécessitant ainsi un FEC plus robuste et résolvant les problèmes d'interopérabilité. Les deux modules optiques utilisent KP4 FEC, 400G QSFP-DD FR4 avec > 80 % de marge par canal et 400G QSFP-DD FR8 avec > 90 % de marge par canal, 400G QSFP-DD FR8 sera plus fiable que les autres.

Modulation

Le 400G QSFP-DD FR4 et le 400G QSFP-DD FR8 sont tous deux une modulation PAM8 à 53 canaux à 4 Gbit/s du côté électrique, et la différence se situe du côté optique. Le côté port optique FR8 utilise une modulation PAM8 53 Gbit/s à 4 canaux ; Le côté interface optique du FR4 utilise quatre canaux de modulation PAM106 à 4 Gbit/s. En interne, la puce Gearbox multiplexe les deux entrées d'interface électrique en un seul signal, puis les module vers l'interface optique. Par conséquent, le débit du côté de l'interface optique est le double de celui du côté de l'interface électrique, à savoir quatre canaux de signaux PAM106 à 4 Gbit/s. Le 50G PAM4 est mis à niveau vers la modulation 100G PAM4 et la tolérance de dispersion est réduite.

Latence DSP

Le 400G QSFP-DD FR4 utilise une boîte de vitesses 8:4 en interne, ce qui entraîne une mauvaise performance de latence d'environ 102ns, tandis que le 400G QSFP-DD FR8 n'a qu'une latence d'environ 84ns. Par conséquent, 400G QSFP-DD FR8 a de meilleures performances de latence. Le 400G QSFP-DD FR8 est plus adapté aux scénarios nécessitant un calcul haute performance.

Consommation d'énergie

D'une part, le 400G QSFP-DD FR8 offbilans de liaison améliorés. Mais d'un autre côté, l'utilisation de plus de lasers fait que les modules consomment plus d'énergie, le coût total du laser par module est plus élevé et le boîtier optique est plus complexe, ce qui entraîne une sortie plus faible et un coût de production plus élevé. En revanche, le 400G QSFP-DD FR4 a une consommation d'énergie plus faible et des capacités de traitement thermique plus simples.

Projets	FR4	FR8
Baud	53.125 Goj	26.5625 Goj
Latence DSP	≈102ns supérieur	≈84ns plus petit
Coût IPM	pauvres	juste
Coût du CD	pauvres	juste
Marge KP4 FEC	fiable	très fiable
Consommation d'énergie	faible	Élevée
Performance de transmission	juste	Bien

En résumé, le 8 voies optique 400G QSFP-DD FR8 offoffre de meilleures performances de transmission dans tous les aspects par rapport au 400G QSFP-DD FR4, mais est légèrement inférieure en termes de consommation d'énergie et de coût. Le QSFP-DD FR400 4G convient aux centres de données commerciaux, tandis que le QSFP-DD FR400 8G est plus adapté au calcul haute performance.

Selon les recherches de Lightcounting, une organisation d'études de marché dans l'industrie de la communication optiqueessayez, sur le marché mondial des émetteurs-récepteurs optiques, FiberMall analysera et résumera la demande et les livraisons du marché mondial des émetteurs-récepteurs optiques en 2021.

Récemment, le dernier rapport de recherche de LightCounting montre que les ventes d'émetteurs-récepteurs optiques Ethernet atteindront 4.6 milliards de dollars américains en 2021, soit une augmentation de 25 % d'une année sur l'autre. LightCounting s'attend à ce que le TCAC du marché (taux de croissance annuel composé) ralentisse à 14 % en 2022-2027, mais même à ce taux de croissance modeste, le segment atteindra toujours 10 milliards de dollars d'ici 2027.

Quel est le moteur de la croissance ?

En fait, les fournisseurs d'émetteurs-récepteurs optiques se sont remis de l'impact du COVID-19 au début de 2020 en quelques mois seulement, la demande de produits de 1GbE à 400GbE dépassant leurs attentes pour l'année entière. "Alors que la marée monte, même les ventes d'émetteurs-récepteurs optiques 1GbE ont repris, sans parler des produits 10G et 40G." La demande de produits traditionnels à bas taux a commencé à baisser fin 2020 mais a repris au premier semestre 2021, ce qui était inattendu. Très probablement, la nouvelle et peut-être dernière vague de demande de produits traditionnels à bas débit provient des mises à niveau des réseaux d'entreprise et de télécommunications, qui ont été retardées en grande partie en raison du COVID-19.

Un autre facteur important de la croissance du marché est la très forte demande de modules optiques 200GbE et 400G. Google a commencé à déployer des modules optiques 400G il y a 3 ans, tandis qu'Amazon a commencé en 2020, et Meta (anciennement Facebook) a retardé le déploiement de 200G à 2021, ce qui a eu un impact énorme sur le marché. De plus, la première vente de modules optiques 2x400G à Google a également contribué à la croissance du marché en 2021. Cette dynamique devrait se poursuivre en 2022, mais LightCounting prévoit une croissance plus lente en 2023-2027.

LightCounting note que son modèle de prévision est basé sur des hypothèses concernant la croissance de la bande passante pour les connexions optiques Ethernet dans de nombreuses applications. En outre, LightCounting a également modélisé la consommation de modules optiques pour chacune des dix principales sociétés de cloud computing. Par exemple, LightCounting estime qu'Amazon doublera presque la bande passante de son réseau de centres de données grâce à une mise à niveau massive vers la connectivité 400G en 2020 et 2021. À plus long terme, la croissance de la bande passante devrait diminuer à 40 % par an, soit doubler tous les deux ans ou plus.

Dans le même temps, LightCounting a également augmenté ses attentes pour les produits 800G et 1.6T. LightCounting a noté que les prévisions prudentes conviennent aux marchés sujets à la volatilité, car elles aident à expliquer les ralentissements inattendus de la demande et les ralentissements économiques. Il est inhabituel que la pandémie soit bonne pour l'industrie des modules optiques dans son ensemble. Le marché Ethernet a réalisé un CAGR de 18% de 2011 à 2021, sans grande baisse. Dans cet esprit, un TCAC de 14 % pour 2022-2027 est une hypothèse très raisonnable.

Les expéditions de modules 400G ZR/ZR+ ont bondi au quatrième trimestre 2021 alors que Cisco (Acacia) et Marvell ont rapidement augmenté leur capacité de production, selon le rapport sur les applications de transport du quatrième trimestre 4 de la société de recherche Cignal AI. Cependant, la demande des fournisseurs de services cloud dépasse toujours l'offre, qui augmentera cette année à mesure que la production augmente de fournisseurs tels que Ciena, NeoPhotonics et II-VI. Cignal AI s'attend à ce que les expéditions de modules 2021G ZR/ZR+ augmentent de 400 % en 200 alors que les opérateurs de cloud tels que Microsoft, Amazon et Google, ainsi que les opérateurs de réseaux traditionnels tels que AT&T, Windstream et COLT, déploient des déploiements à grande échelle .

Scott Wikinson, analyste optique en chef de Cignal AI, a déclaré : « Les fournisseurs de services cloud et les opérateurs de télécommunications apportent des changements fondamentaux à leurs architectures réseau en raison de la disponibilité commerciale de modules cohérents 400G enfichables. Les expéditions du 400G ZR module se développent rapidement, et jusqu'à présent, plus de la moitié des expéditions provenaient du quatrième trimestre.

Autres faits saillants du rapport sur les applications de transport du quatrième trimestre 4 :

• Alors que les modules cohérents enfichables remodèlent le paysage des fournisseurs, le nombre de ports cohérents achetés directement par les opérateurs augmente rapidement.
• Les expéditions de modules Gen60C enfichables 400G ZR ont toujours des contraintes d'approvisionnement, seuls deux fournisseurs répondant à la quasi-totalité de la demande à ce jour.
• Ciena reste le plus grand fournisseur de ports cohérents Gen90P 800G à la pointe de la technologie, bien que les expéditions de produits Infinera et ICE6 augmentent rapidement.
• Le chiffre d'affaires des modules compacts en Amérique du Nord a augmenté de 25 % en 2021 et Cien est le leader du marché dans cette catégorie.
• Seul HW a réalisé une croissance des ventes de Packet-OTN en 2021. L'investissement continu de Nokia dans son portefeuille de produits OTN en a fait le premier fournisseur OTN en Europe et aux États-Unis, où la société est la mieux placée pour remporter les affaires de HW.

Selon le dernier rapport sur les composants optiques de Cignal AI, les dépenses en capital des fournisseurs de services cloud pour les centres de données à grande échelle entraînent une croissance des revenus des composants optiques de datacom de 27 % et la croissance a atteint 4.7 milliards de dollars en 2021, ce qui a dépassé la croissance des revenus des composants pour les télécommunications, la consommation et l'optique industrielle. applications.

Les expéditions de modules à ce rythme ont doublé pour atteindre des niveaux records en 2021, alors que la demande des grands fournisseurs de cloud et de certaines entreprises clientes est passée de 100G à 400GbE. "La transition vers le 400GbE est bien engagée et la technologie cohérente enfichable 400Gbps révolutionne la conception des réseaux optiques reliant les centres de données", a déclaré Scott Wilkinson, analyste principal en optique chez Cignal AI. "La vitesse de 400 Gbit/s entraînera une croissance des dépenses et de la bande passante à l'intérieur et à l'extérieur du centre de données en 2022."

Scénarios d'application d'émetteur-récepteur optique 400G

Avec la maturité croissante des normes de l'industrie et des exigences du réseau, les modules optiques 400G ont mené le développement de l'industrie des communications optiques, en particulier dans les trois scénarios d'application suivants qui attirent de plus en plus l'attention : centres de données, réseaux métropolitains et haute distance longue distance. capacités des réseaux de transport.

Datacenter

Solution de module optique réseau pour centres de données de 400 Go (contexte : croissance rapide du trafic est-ouest)

D'ici 2021, environ 70 % du trafic est-ouest du centre de données restera dans le centre de données, avec des taux de croissance qui devraient être nettement plus élevés que le trafic nord-sud et le trafic entre les centres de données, augmentant considérablement la demande de modules optiques à haut débit.

Les clients OTT nord-américains prévoient de commencer à déployer des solutions 400G en 2020. À partir du premier semestre 2019, les clients OTT chinois ont également lancé le premier test 400G en Chine impliquant plusieurs fournisseurs de modules optiques 400G.

Réseau porteur métropolitain

Solution de module optique 400G pour MAN (contexte : de nouveaux services stimulent la croissance du trafic à l'ère de la 5G)

Avec le développement rapide de la 5G, de nouveaux services, notamment la vidéo ultra-haute définition, l'Internet des objets, la réalité virtuelle/réalité augmentée et l'Internet des véhicules, ont posé de nouvelles exigences pour les réseaux porteurs : bande passante ultra-haute, connexions massives, ultra-faible latence et haute fiabilité.

Les ports 100GE existants dans les réseaux métropolitains ne peuvent pas prendre en charge les couches d'agrégation et de base qui nécessitent l'ultra large bande, et la demande de solutions d'interconnexion optique 400GE est apparue.

Prenons l'exemple du réseau porteur 5G. Selon l'évaluation de la bande passante du Consortium Next Generation Mobile Network (NGMN), la bande passante de la couche d'accès passera à 50 GE et la bande passante de la couche centrale passera à 200 GE/400 GE lors de la commercialisation à grande échelle de la 5G des réseaux métropolitains.

Réseaux de transport longue distance à grande capacité

Solutions de modules optiques 400G pour les réseaux DWDM (contexte : la croissance du trafic augmente la pression sur la bande passante pour la transmission longue distance)

La croissance du trafic réseau entraîne une augmentation de la bande passante des ports sur le réseau de transmission. Pour la transmission longue distance et à large bande passante, la technologie de transmission cohérente basée sur le multiplexeur en longueur d'onde (WDM) offre la meilleure solution.

À mesure que les solutions cohérentes 400G mûriront, la demande de ports cohérents 400G augmentera rapidement au-delà de 2020.

Deux moteurs sont à l'origine de la croissance des ports cohérents 400G : la croissance de la bande passante réseau et l'augmentation du nombre de ports clients 400GE.

Selon le rapport prévisionnel de LightCounting, les ports cohérents 400G seront utilisés dans un nombre croissant de réseaux et connaîtront la croissance la plus rapide au cours des cinq prochaines années.

Le module optique 400G QSFP-DD DR4 utilise un connecteur MPO-12 standard pour transmettre jusqu'à 500 m sur fibre monomode. Il peut également être connecté à des modules optiques 100G DR. Il adopte un type d'émetteur EML 1310nm et un mode de modulation d'amplitude d'impulsion PAM4.

Avantages de l'émetteur-récepteur optique photonique sur silicium 400G QSFP-DD DR4

Il existe deux types de modules optiques 400G QSFP-DD DR4 : les modules optiques séparés par puce électrique-optique traditionnels et les modules optiques photoniques au silicium intégrés à la puce électrique-optique qui ont émergé ces dernières années.

Le module optique photonique au silicium 400G DR4 adopte généralement une puce DSP de 7 nm et la consommation électrique est inférieure à 10 W, ce qui répond aux exigences des applications écologiques du centre de données. Par rapport aux modules optiques traditionnels avec une solution EML 4G à 100 canaux, les modules optiques photoniques en silicium 400G DR4 n'ont besoin que de sources lumineuses simples ou doubles, ce qui peut réduire efficacement le nombre de lasers.

Pendant ce temps, le module optique photonique en silicium 400G QSFP-DD DR4 adopte le processus d'emballage COB, permettant un couplage passif entre la fibre optique et la puce optique en silicium, et la conception optimisée élimine les composants de contrôle de température TEC, ce qui facilite la réalisation de la production de masse et plus évident. avantages de coût.

Les données pertinentes montrent que le module optique photonique en silicium 400G QSFP-DD DR4 peut économiser 10 % à 30 % des coûts par rapport à l'émetteur-récepteur optique traditionnel. LightCounting, un institut de recherche bien connu sur le marché de la communication optique, a déclaré que le marché des modules optiques à haut débit de communication numérique devrait atteindre 6.5 milliards de dollars en 2024, et que les modules optiques photoniques au silicium seront commercialisés à grande échelle, et leur part de marché occupera 60%.

Pour les dispositifs optiques à haut débit, une puce optique photonique au silicium est le meilleur moyen de réaliser l'intégration de puces photoniques et électroniques sur une seule puce, qui peut réaliser l'échange de données de très grande capacité sous le principe de contrôler efficacement le coût et la consommation d'énergie.

Avec la maturité progressive de la technologie des puces optiques en silicium, la part de marché du module optique en silicium 400G DR4 continuera d'augmenter et de présenter des caractéristiques irremplaçables.

Autres faits saillants du rapport sur les composants optiques du 4T21 :

• En 2021, les expéditions du module de communication de données QSFP-DD étaient de 8 millions, dont la plupart étaient au format DR4 ;
• En 2021, plus de 60,000 400 modules cohérents enfichables XNUMXGbps ont été expédiés, dont la plupart étaient QSFP-DD ZR;
• En 2021, les expéditions de modules CFP200 cohérents à 2 Gbit/s ont augmenté de 17 % pour atteindre un peu plus de 200,000 XNUMX unités, car l'OEM chinois FiberMall a augmenté sa capacité à cette vitesse pour des applications métropolitaines et longue distance plus éloignées.

Comme on le savait précédemment, Cisco a finalement acquis Acacia au prix de 4.5 milliards. 

Le taux de croissance des modules optiques ordinaires ralentit, mais les modules optiques cohérents ont doublé. Ce qu'Acacia fait de mieux, c'est exactement la partie cohérente.

Les données de Dell'Oro montrent que le 400G ZR atteindra 250,000 2026 unités en 800, tandis que le 400G ZR sera produit plus rapidement que le XNUMXG ZR au tout début, entraînant une évolution rapide des tarifs.

Le module cohérent progressivement miniaturisé peut tout juste répondre aux exigences concises et ouvertes de DCI. Qu'il s'agisse de ZR ou de ZR+, de 400G ou de 800G, les opportunités pour le marché DCI l'emportent sur les défis.

Conclusion

Émetteurs-récepteurs 400G in Quad Small Form-factor Pluggable–Double Density (QSFP-DD) basés sur la technique de modulation PAM4 sont devenus populaires pour l'interconnexion de réseaux optiques 400G dans le centre de données. 400G ZR, DR4, FR4, LR4 et SR8 QSFP-DD optique illustrent la technologie PAM4 dans l'application Ethernet 400G. FiberMall est un fournisseur intégré de communication optique professionnel, fournissant actuellement des produits tels que des émetteurs-récepteurs à fibre optique, des câbles DAC et AOC, des câbles à fibre optique, des séparateurs WDM et PLC et d'autres séries de réseau. Les émetteurs-récepteurs optiques 400G DR4/FR4/LR4/SR8/ZR sont disponibles dans FiberMall et vous êtes toujours les bienvenus pour nous contacter ou visiter notre site Web.