Transfert de données de nouvelle génération : SFP112/QSFP112/QSFP-DD800/OSFP 800G DAC

Avec l'avènement de l'ère du Big Data et le développement rapide des centres de données, les câbles à connexion directe (DAC), également appelés câbles à connexion directe ou câbles à grande vitesse, sont devenus de plus en plus populaires dans les centres de données à grande échelle en raison de leur avantage de prix significatif et de leurs caractéristiques de transmission rapides, sécurisées et fiables. Ils ont pris une part importante dans les centres de données à grande échelle. la diffusion en direct haute définition, l'IA, l'IoT et d'autres applications réseau 5G continuent de se développer rapidement, il existe une demande croissante pour des vitesses de transmission plus élevées dans les centres de données à grande échelle.

Dans les centres de données, les routeurs et les commutateurs ont des interfaces côté panneau d'E/S, et les connexions entre les périphériques réseau (interconnectés via des interfaces d'E/S) reposent principalement sur deux types de connexions : les connexions par câble en cuivre et les connexions à fibre optique. En raison du coût élevé de la fibre optique, une solution idéale pour la transmission à courte distance à l'intérieur ou entre les armoires est le DAC (câbles à grande vitesse). De plus, à mesure que le débit du signal à liaison unique évolue de 56 Gbit/s à 112 Gbit/s et que les interfaces d'E/S des périphériques réseau passent de 400G à 800G, une conséquence directe est une forte augmentation de la perte de liaison, ce qui entraîne des distances de transmission plus courtes pour les modules d'E/S de câbles passifs en cuivre.

Les quatre solutions de câble cuivre haut débit mentionnées ci-dessus présentent les caractéristiques suivantes :

• Utilisation du fil nu haute vitesse de la série High Speed ​​112 auto-développé de FiberMall, qui offre d'excellentes performances.
• L'encodage de transmission adopte la technologie PAM4-112G, prenant en charge jusqu'à 40 GHz de pré-résonance (Suck-out), et est rétrocompatible avec QSFP56 et QSFP28.
• Les produits sont conformes à la spécification IEEE 802.3ck, avec un taux de transmission maximal de 800 Gbps et une rétrocompatibilité avec les produits 400G.
• La perte d'insertion est inférieure à 19.75 dB à 26.56 GHz, et dans la condition d'empiler 8 diaphonies proches et 7 diaphonies distantes, la marge d'exploitation du canal (COM) est meilleure que 4 dB.

Les spécifications techniques spécifiques au DAC comprennent :

• SFP112 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M
• QSFP112 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M
• QSFP-DD800      30AWG-1.5M / 28AWG-1.5M
• OSFP 800 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M

Test de produit FiberMall QSFP112 26AWG 2M

Technologie de câble en cuivre d'interconnexion haute vitesse 112G

Introduction de câble en cuivre haut débit

Le câble en cuivre haut débit fait généralement référence au DAC (Direct Attach Cable), qui est un câble direct ou un câble en cuivre direct. Il utilise un conducteur plaqué argent et des noyaux isolants en mousse et adopte un blindage de paire de fils et un blindage global pour former un câble à grande vitesse. Par rapport aux modules optiques, les câbles en cuivre à haut débit n'ont pas de lasers optiques coûteux ni d'autres composants électroniques, ce qui permet de réduire considérablement les coûts et la consommation d'énergie dans les applications à courte distance. Ils servent de solutions de communication peu coûteuses et efficaces qui peuvent remplacer les modules optiques.

Composants principaux du DAC haute vitesse

CNA QSFP112G

Cependant, avec l'augmentation des débits de transmission, la liaison globale impose des exigences plus strictes en matière de perte de câble. Les câbles en cuivre conventionnels ne sont plus en mesure de couvrir les applications longue distance dans les armoires des centres de données. Cela a conduit à l'émergence de câbles actifs en cuivre à gain linéaire, tels que l'Active Copper Cable (ACC), et encore plus puissants câbles actifs en cuivre avec CDR (Clock Data Recovery) appelés Active Electric Cable (AEC). Le principe de l'ACC est d'ajouter une compensation linéaire (CTLE) à l'extrémité de réception du câble par des moyens analogiques pour compenser les situations de perte élevée dans les applications de câble en cuivre et répondre aux exigences de liaison du système. Le principe de l'AEC est d'ajouter des CDR ou plus complexes traitement numérique du signal (DSP) algorithmes aux deux extrémités du câble. Il effectue la préaccentuation, la désaccentuation, la recompilation et la re-pilotage des signaux d'entrée et de sortie, isolant efficacement la gigue et le bruit, et obtenant une transmission de rapport signal/absence (SNR) plus élevée.

Principe de transmission du signal ACC avec gain linéaire

AEC (principe de transmission du signal par câble en cuivre actif CDR ou CDR + DSP)

Vue d'ensemble de l'application de câble en cuivre haut débit

70 % du trafic Internet se produit dans les centres de données, de sorte que la technologie d'interconnexion au sein des centres de données doit suivre le flux de données croissant. Les centres de données Internet à grande échelle ont été le marché à la croissance la plus rapide en termes d'interconnexion et le domaine où l'innovation technologique a été la plus rapide ces dernières années. Dans l'architecture de réseau de centre de données CLOS actuellement populaire, la proportion de liaisons utilisant des modules optiques de courte à longue distance entre les couches Leaf et Sp représente environ un tiers du nombre total de liaisons entre les commutateurs de couche d'accès et les serveurs. Pour les serveurs et les commutateurs TOR, qui représentent la majorité de l'utilisation des interconnexions, des câbles en cuivre haut débit (DAC/ACC/AEC) et des câbles optiques actifs (AOC) peuvent être utilisés pour l'interconnexion, couvrant des distances allant jusqu'à 20 mètres. Les câbles en cuivre passifs (DAC) présentent des avantages naturels par rapport aux câbles optiques actifs (AOC) en termes de faible taux de défaillance, de faible consommation d'énergie et de faible coût. Avec l'exigence actuelle de « neutralité carbone », l'efficacité de l'utilisation de l'énergie (PUE) des centres de données est devenue une mesure clé pour mesurer l'efficacité opérationnelle des centres de données. Ces dernières années, avec la construction et la mise en place de centres de données à grande échelle/ultra grande échelle, la conception intégrée avancée a considérablement augmenté la capacité d'alimentation des armoires de serveurs individuelles, réduisant ainsi efficacement la distance de câblage vertical pour l'accès au serveur (en ajustant l'emplacement de déploiement des commutateurs TOR). Avec le déploiement de périphériques réseau à boîte blanche et de nœuds informatiques personnalisés, les solutions DAC ou DAC+ACC ont été largement utilisées pour les liaisons d'accès au réseau de serveurs dans les armoires, répondant aux exigences de haute fiabilité, de faible coût et de faible consommation d'énergie pour la construction de centres de données.

Architecture typique de réseau de centre de données 1

Architecture typique de réseau de centre de données 2

La gamme variée de types d'interfaces de câbles en cuivre haut débit de la série 112G offre une variété d'options pour différents niveaux architecturaux et scénarios d'application. Sur la base d'années d'expérience sur le marché et d'analyses des caractéristiques de conception de diverses interfaces de câbles en cuivre haut débit, les interfaces de câbles en cuivre haut débit grand public de la génération 112G PAM4 sont basées sur 400G, QSFP-DD 800G et OSFP 800G. De plus, il existe des itérations parallèles de SFP112G/SFP-DD112G/DSFP112G.

Référence standard de l'industrie de l'interface

Conception de câble en cuivre haute vitesse

La mise à niveau itérative hautement compatible de la solution de câble en cuivre haut débit 112G PAM4 assure une migration stable de la nouvelle génération de technologie de câble en cuivre haut débit externe. La nouvelle solution est conçue sur la base des exigences de la famille de produits existante, combinée aux caractéristiques structurelles existantes pour la mise à niveau et l'évolution. Tout en améliorant la vitesse, il assure également la continuité des interfaces de gestion et des définitions de broches.

Conception structurelle des câbles en cuivre

Sur la base de différents environnements d'application, diverses formes de produits OSFP et QSFP-DD ont été dérivées. La conception de formes multiples est basée sur la prise en compte des exigences de dissipation thermique du module. Considérant que la consommation d'énergie des câbles en cuivre passifs est très faible (niveau milliwatts) et compte tenu de la normalisation des formes de produits favorise le développement sain des produits et du marché, QSFP-DD Type1 et OSFP Open Top sont généralement des modèles préférés pour les câbles en cuivre passifs (en prenant QSFP112G par exemple).

Référence dimensionnelle QSFP112

Conception de circuits en cuivre

Définition des broches QSFP112

EExemple de schéma de la carte hôte QSFP112 pour les câbles en cuivre passifs

Norme d'interface de gestion

Spécifications de référence de la carte EEPROM

Pour ce qui précède, reportez-vous à Interface de gestion SFF-8636 pour les environnements câblés Rev 2.9.

Carte mémoire du module CMIS

Pour ce qui précède, reportez-vous à Spécification de l'interface de gestion commune Rev 4.0.

Test et certification des câbles en cuivre à haut débit

Afin d'assurer l'unité et la normalisation du processus de certification des câbles à grande vitesse, sur la base des exigences de la norme de test EIA-364, combinées aux caractéristiques de conception et d'application des câbles externes en cuivre à grande vitesse, les caractéristiques électriques, mécaniques, et les exigences de fiabilité environnementale.

1. Exigences et méthodes des éléments de test d'intégrité du signal

Les éléments suivants sont les données de test de TP1-TP4, y compris l'alignement et le connecteur du PCB MCB, comme indiqué dans la figure suivante :

Spécifications d'essai :

2. Exigences de test de fiabilité électrique

3. Exigences de test de fiabilité mécanique

4. Exigences de test de fiabilité environnementale

5. Exigences de test de compatibilité refroidies par liquide