Quelle est la différence entre 50G SFP56 et QSFP28 ?

Introduction

Avec l'avènement de l'ère de la technologie de communication mobile (5G) de 5e génération, la densité des stations de base traditionnelles de la technologie de communication mobile (4G) de 4e génération ne peut plus répondre à la demande considérablement accrue de bande passante 5G. En novembre 2021, la Chine avait construit et ouvert 1.39 million de stations de base 5G, ce qui représente plus de 60 % du total mondial, et prévoit de construire plus de 600,000 5 nouvelles stations de base 2022G en 50. Fiber Mall a démontré par des analyses théoriques et des tests que la conception du module optique peut être utilisée dans un Quad Small Form-factor Pluggable (QFFP) avec des performances plus élevées, un coût inférieur, une consommation d'énergie inférieure et un meilleur déploiement. Grâce à des analyses et des tests théoriques, Fiber Mall a démontré que le module optique SFP (Small Form-factor Pluggable) 50G conçu sur la base de la théorie de conception du module optique Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) 5G peut mieux résoudre les problèmes d'augmentation des données. demande, espace limité et coût limité dans le réseau frontal XNUMXG.

Principe de fonctionnement du module optique traditionnel QSFP28 50G

Que ce soit au début de la conception et du développement ou de la mise en service ultérieure, les principaux problèmes des modules optiques résident dans le sous-ensemble optique de l'émetteur (TOSA), le sous-ensemble optique du récepteur (ROSA) et les dispositifs associés.

TOSA est un appareil qui convertit les signaux électriques en signaux optiques, qui a une structure complexe, une haute précision et un prix élevé, tandis que ROSA est un appareil qui convertit les signaux optiques en signaux électriques, qui contient principalement la réception et l'amplification.

Dans le conventionnel Module optique QSFP28 50G solution, deux 25 Gbit/s de signaux électriques de non retour à zéro (NRZ) sont entrés dans une puce de codec à modulation d'amplitude d'impulsions 4 (PAM4). Le signal est converti en un signal 50G PAM4 de la manière illustrée à la figure 1 et introduit dans un pilote laser, qui amplifie le signal et pilote la lumière des lasers à modulation directe (DML).

Figure 1. Schéma de principe de la conversion du signal NRZ en signal PAM4

ROSA convertit les signaux optiques reçus en signaux électriques et les transmet à la puce de codec PAM4, qui à son tour convertit les signaux PAM4 en deux signaux NRZ. L'unité de microcontrôleur (MCU) est impliquée dans le contrôle de l'ensemble du processus de transmission. La figure 2 montre le schéma fonctionnel de transmission du signal du module optique QSFP28 50 Gbit/s.

Figure 2. Schéma fonctionnel de transmission du signal du module optique QSFP28 50 Gbit/s

Analyse du principe de conception du module optique SFP56 50G

Basé sur le module optique QSFP28 50G, il existe trois directions de recherche pour les modules optiques 50G ces dernières années.

(1) Utilisation de boîtiers plus petits pour éviter le gaspillage de canaux, faciliter la pose et réduire la consommation d'énergie.

(2) Amélioration de la plage d'applicabilité de température du module, telle que la mise à niveau de la plage d'applicabilité de température de C-Temp (0 à 70 °C) à I-Temp (-40 à 85 °C).

(3) Pour améliorer la distance de transmission optique du module, par exemple, pour augmenter la distance de transmission optique de 10 km à 40 km.

Cette étude partira de ces directions et concevra un module optique SFP56 50G avec un boîtier plus petit, des performances plus élevées, une consommation d'énergie inférieure et une distance de transmission plus longue basée sur le contexte technique du module optique QSFP28 50G.

Du côté de l'émetteur, le signal électrique PAM4 est entré dans la puce SEMTECH GN2256, qui pilote le laser modulé externe (EML) pour émettre le signal optique 50G PAM4 après l'unité d'horloge et de récupération de données (CDR). Par rapport au DML, l'EML émet la même lumière et le pilote laser pilote le modulateur externe pour ajuster la taille réelle de la sortie lumineuse, ce qui rend ce type de laser plus adapté à la transmission longue distance. Côté réception, les packages de modules optiques SFP56 et QSFP28 fonctionnent essentiellement de la même manière. Le cadre de la carte du module optique SFP56 50G est illustré à la figure 3.

Figure 3. Cadre de carte du module optique SFP56 50G

Comparaison de la taille du module optique 50G et de la consommation électrique entre QSFP28 et SFP56

La taille du module optique aura un impact plus important sur la construction du réseau d'acheminement. Si le module peut être rendu plus petit pour le même débit de transmission, plusieurs modules peuvent être installés sur une seule carte de même taille. Cela augmente le taux de transmission de carte unique et peut également être considéré comme une taille de carte plus petite nécessaire pour atteindre le même taux de carte unique, ce qui contribue à réduire la taille de l'appareil.

Le tableau 1 montre la taille et le coût des QSFP28 et SFP56 et la consommation d'énergie à la transmission 50G, comme on peut le voir dans le tableau, sans tenir compte de l'impact de l'anneau de traction de longueur de module sur la pose du principe que.

Tableau 1. Taille et coût des QSFP28 et SFP56 et consommation d'énergie à la transmission 50G

(1) Le nombre de modules optiques en boîtier SFP56 pouvant être posés sur une seule carte de même taille est 1.68 fois supérieur au nombre de modules optiques en boîtier QSFP28 pouvant être posés.

(2) La consommation électrique d'un seul module optique SFP56 50G 40 km est de 57.9% de celle d'un Module optique QSFP28 50G 10 km.

(3) Le coût d'un seul module optique SFP56 50G 40 km est de 213.88 % de celui d'un module optique QSFP28 50G 10 km.

On peut en conclure que la pose du module optique SFP56 50G 40 km sur la carte unique de même taille par rapport à la pose du module optique QSFP28 50G 10 km, la consommation d'énergie est fondamentalement la même, mais le taux de carte unique est augmenté de 1.68 fois, ou atteindre le même taux de transmission de carte unique, la zone de carte unique est réduite de 40.5 % et la consommation d'énergie est réduite de 42.1 %.

Le coût d'un module optique conventionnel QSFP28 50G 10 km C-Temp (0 à 70 °C) est d'environ 180 $/pièce, et le coût du module optique SFP56 50G 40 km I-Temp (-40 à 85 °C) en cette conception est d'environ 385 $/pièce, de sorte que le coût d'un module optique de boîtier SFP56 n'est que de 26.6 % de celui d'un boîtier QSFP28 pour la même distance et au même taux de transmission. Le coût n'est que de 26.6 % du package QSFP28.

Test de comparaison du motif de l'œil optique et de la sensibilité des modules optiques 50G QSFP28 et SFP56

Les modules optiques QSFP28 50G 10 km C-Temp et SFP56 50G 40 km I-Temp peuvent être testés soit par auto-boucle, soit en ajoutant une source de lumière externe. Afin d'éviter l'influence de la température ambiante sur la source lumineuse lors de la mesure des paramètres liés au côté ROSA, cette étude choisit de construire un environnement de test en ajoutant une source lumineuse externe pour les tests de comparaison. Comme le montre la figure 4, la lumière de l'appareil sous test (DUT) est divisée par un séparateur de faisceau, et 90 % de la lumière est introduite dans l'analyseur de communication numérique (DCA) pour mesurer les paramètres liés au diagramme de l'œil optique, et 10 % de la lumière est introduite dans l'analyseur de spectre optique (OSA) pour mesurer la longueur d'onde et le rapport de suppression des modes latéraux (SMSR). La lumière du module optique connu est introduite dans le DUT après avoir traversé l'atténuateur (ATT) pour mesurer les paramètres liés au DUT Rx, et le testeur d'erreur binaire (BERT) fournit le signal de modulation pour la carte d'évaluation (EVB) et l'horloge signal pour le DCA. Le DUT est placé dans un thermostat et la température ambiante de son fonctionnement peut être modifiée artificiellement, de sorte que le module optique est connu pour être placé dans un environnement à température constante. Un multimètre est utilisé pour l'étalonnage de la tension du module optique, un ordinateur personnel (PC) est utilisé pour régler les paramètres du module optique via une interface utilisateur graphique (GUI) et une alimentation est utilisée pour alimenter les deux EVB.

Figure 4. Schéma de principe de test avec source de lumière externe ajoutée

Les diagrammes de l'œil optique des deux modules optiques à température ambiante sont illustrés à la figure 5, et les paramètres associés sont indiqués dans le tableau 2. Comme on peut le voir dans le tableau, le diagramme de l'œil de dispersion de l'émetteur quaternaire fermé (TDECQ) du QSFP28 50G optique modules et Module optique SFP56 50G à température ambiante sont de 2.49 dB et 1.98 dB, respectivement, avec des taux d'extinction de 6.529 dB et 4.749 dB, et la puissance optique moyenne était de 1.73 dBm et 0.69 dBm, respectivement.

La source lumineuse externe est placée dans un environnement à température ambiante et son état de fonctionnement est maintenu constant. Dans la liaison, la lumière émise par la source de lumière externe est entrée dans le terminal ROSA QSFP28 50G et le terminal ROSA SFP56 50G après ATT, et la sensibilité de ces deux modules à 25 °C s'avère être de -11.3 et -11.9 dB respectivement après mesure.

lampe de table 2. Optique œil diagramme en relation paramètres de deux optique modules at chambre température

(a)QSFP28 50G

(b) SFP56 50G

Figure 5. Diagramme de l'œil optique à température ambiante

La diagramme de l'œil optique du module optique SFP56 50G dans des conditions de température élevée et basse est illustré à la figure 6 et les paramètres associés sont indiqués au tableau 3. En ajustant la température ambiante, le module optique est amené à fonctionner à -40 et +85 °C, respectivement, et la lumière émise par TOSA est introduite dans DCA après 40 km de fibre. Après avoir ajusté les paramètres pertinents, le TDECQ est de 2.52 et 2.77 dB, la puissance optique moyenne est de 1.50 et 0.67 dBm, le rapport d'extinction est de 4.401 et 4.402 dB et la sensibilité est de -11.5 et -11.3 dB, qui sont tous conformes à l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE) 802.3cd. Ingénieurs (IEEE) Exigences relatives à 802.3cd 50G.

Tableau 3. Paramètres liés au diagramme de l'œil optique du module optique SFP56 50G dans des conditions de température élevée et basse

(a) -40° C

(b) +85°C

Figure 6. Diagramme de l'œil optique du module optique SFP56 50 Gbit/s dans des conditions de température élevée et basse

Étant donné que la plage de température de fonctionnement du module optique QSFP28 50G traditionnel est de 0 ~ + 70 ° C, tandis que celle du module optique SFP56 50 G dans cette étude est de -40 ~ + 85 ° C, il n'est pas significatif de comparer les paramètres de performance de les deux à 0 °C et +70 °C. Les paramètres de performance haute et basse température du module sont généralement conformes à la relation linéaire, c'est-à-dire que le module avec de bonnes performances à température ambiante aura également de bonnes performances à haute et basse température. Par conséquent, il est uniquement nécessaire de tester les paramètres de performance du module optique SFP56 50G lorsqu'il fonctionne à -40 ℃ et +85 ℃. Tant que les paramètres de performance du module répondent aux exigences pertinentes de 50G dans IEEE 802.3cd dans cet environnement, les performances des deux modules optiques avec des boîtiers différents peuvent être déterminées en combinant les paramètres de performance à température ambiante.

Comme on peut le voir dans le tableau 3, par rapport au QSFP28, le TDECQ est réduit de 20.5 % et la sensibilité est augmentée de 0.6 dB après avoir sélectionné SFP56. On peut conclure que les performances globales du module optique sont améliorées d'environ 20 % après avoir sélectionné le boîtier SFP56, c'est-à-dire que le boîtier SFP56 est plus adapté à l'application du module optique 50G que le boîtier QSFP28.

Conclusion

Cette expérience prouve que Fiber Mall a conçu avec succès un module optique I-Temp SFP56 50G 40 km basé sur le module optique QSFP28 50G 10 km avec un boîtier SFP56 plus petit, remplaçant la puce de codec PAM4 Gearbox par une puce SEMTECH GN2256 CDR et combinant TOSA , ROSA et EML. Par rapport au module optique traditionnel QSFP28 50G 10 km C-Temp, le coût du module est réduit de 73.4 % et les performances globales du module sont améliorées d'environ 20 %, ce qui peut fonctionner dans un environnement de travail plus sévère et tous les indicateurs sont en ligne. avec les exigences 50G de la norme IEEE 802.3cd. Module optique SFP56 50G 40 km. Le module optique SFP56 50G 40 km présente de nombreux avantages et devrait jouer un rôle dans le remplacement du module optique QSFP28 50G 10 km dans les futurs réseaux fronthaul 5G.