QSFP-DD vs OSFP vs QSFP56 vs QSFP: 장점 및 과제

5G, 사물 인터넷(IoT) 및 성장하는 비디오 기반 데이터 전송으로 인해 통신 사업자와 데이터 센터는 이러한 데이터 집약적인 애플리케이션을 지원하기 위해 네트워크 용량을 업그레이드해야 한다는 압박을 받고 있습니다. 또한, 원격 근무, 원격 학습, 엔터테인먼트 스트리밍 증가와 같은 COVID-19 팬데믹으로 인해 최근 발생한 행동 변화는 이 건강 위기가 끝난 후에도 계속될 것입니다. 데이터 사용량이 많은 응용 프로그램의 용량 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 현재의 고속 전송 능력을 능가하는 400G는 상대적으로 낮은 운영 비용(OPEX)과 더 작은 설치 공간으로 광섬유의 즉각적인 요구를 지원하는 유망한 신기술입니다.

PAM400 변조 기반 4G QSFP-DD

PAM4는 400G QSFP-DD의 주요 변조 방식이며 다중 모드와 단일 모드의 두 가지 유형이 있습니다. PAM400 변조 기반 4G QSFP-DD는 전기 포트 측에서 8x50G PAM4 변조를 사용하고 광 포트 측에서 8x50G PAM4 및 4x100G PAM4 변조 유형을 사용합니다.

그림 1: PAM400 변조 기반 4G QSFP-DD

다중 모드 400G QSFP-DD

400G 다중 모드 QSFP-DD에는 8x4.2G PAM8 변조를 사용하는 SR50 및 SR4 인터페이스가 있습니다.

SR8: "SR"은 다중 모드 광섬유를 사용하여 100m 거리를 전송하는 것을 의미하고 "8"은 8개의 광 채널이 있음을 나타냅니다. 16G PAM8에서 작동하는 각 광 채널에는 총 8개의 광섬유(50 Tx 및 4 Rx)가 필요합니다. SR8 모듈은 MPO-16 커넥터 또는 MPO-24 커넥터를 사용하여 8쌍의 광섬유를 연결합니다.

그림 2: MPO-16 커넥터 및 MPO-24 커넥터

SR4.2: "SR"은 100m 거리를 전송하기 위해 다중 모드 광섬유를 사용하는 것을 의미하고, "4"는 2개의 광 채널이 있음을 나타내고, "2"는 각 채널이 50개의 파장을 사용함을 나타냅니다. 각 광 채널은 4x8G PAM4.2에서 작동하며 총 12개의 광섬유가 필요하며 파장은 양방향 및 다중화됩니다. SR4.2 모듈은 MPO-XNUMX 커넥터를 사용하며 SRXNUMX의 주요 장점은 기존에 설치된 광섬유 리소스를 계속 사용할 수 있다는 것입니다.

그림3: MPO-12 BiDi

MPO-4.2 커넥터에 있는 SR12의 각 광섬유는 2x50G 양방향 PAM4 신호를 전달합니다. SR4.2는 MDC 및 SN 커넥터 인터페이스도 지원합니다.

PMD	전송 거리	섬유 유형	광 포트	광섬유 코어 수	파장	변조 방법
SR8	100m	병렬 다중 모드	MPO- 16(APC) 또는 MPO-24(PC)	16	850nm	50G PAM4
SR4.2	100m	병렬 다중 모드	MPO- 12(APC)	8	850nm / 910nm	50G PAM4

표1: 400G 다중 모드 QSFP-DD

단일 모드 400G QSFP-DD

단일 모드 400G QSFP-DD는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 광 포트의 한 그룹은 8x50G PAM4로 변조되고 다른 그룹은 4x100G PAM4로 변조됩니다. 두 방법 모두 DSP를 CDR로 사용하거나(아날로그 CDR이 구축되지 않음) Gearbox와 CDR의 조합을 사용합니다. 차이점은 라인 측의 신호 속도와 사용된 레이저 수입니다.

그림 4: 단일 모드 400G QSFP-DD의 두 그룹

8×50G PAM4 기반 단일 모드 QSFP-DD

FR8, LR8 및 2xFR4의 세 가지 일반 유형이 있습니다. FR8 및 LR8은 사용 가능한 최초의 400G 단일 모드 인터페이스입니다. "8"은 8개의 파장을 의미하며 각각은 50G PAM4에서 실행됩니다. "FR"은 2km 전송을 의미하고 "LR"은 10km 전송을 의미합니다. 8개의 파장이 하나의 광섬유로 다중화됩니다. FR8 및 LR8QSFP-DD는 이중 LC 광 인터페이스를 사용합니다.

그림 5: 8×50G PAM4 기반 단일 모드 QSFP-DD

2xFR4 QSFP-DD는 8개의 레이저를 사용하지만 4개의 ​​파장으로 구성된 두 그룹(200G FR4 표준에 따름)을 사용합니다. 두 세트는 개별적으로 광섬유로 다중화되며 QSFP-DD는 2개의 CS 커넥터에서 200x2G 신호를 제공합니다.

PMD	전송 거리	섬유 유형	광 포트	광섬유 코어 수	파장	변조 방법
2xFR4	2km	SMF	2xCS	4	4(CWDM4)	50G PAM4
FR8	2km	SMF	LC	2	8(LWDM)	50G PAM4
LR8	10km	SMF	LC	2	8(LWDM)	50G PAM4

표2: 8×50G PAM4 기반 단일 모드 광 트랜시버

그러나 무역이 있습니다-offs 8x50G 솔루션을 사용할 때. 한편으로, 그들은 off경우에 따라 링크 예산이 개선되지만, 반면에 모듈당 총 레이저 비용이 더 높고 광학 패키징이 더 복잡하여 수율이 낮아지고 생산 비용이 높아집니다. 반대로 4x100G 모듈은 전력 소비가 적고 열 처리 기능이 단순하므로 장치가 점차 4x100G 솔루션으로 전환되고 있습니다.

4x100G PAM4 기반 단일 모드 광 모듈

4x100G QSFP-DD 광 모듈은 현재 시장의 초점이며 가장 일반적인 부분은 라인 측에 4G PAM100가 있는 4개의 레인을 사용하는 것입니다. 여기에서 광 모듈을 다중 광섬유와 이중 광섬유의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 이러한 광학 모듈의 핵심 요소는 DR4, FR4 및 LR4를 포함한 Gearbox 지원 DSP입니다.

DR4 광 모듈에서 DSP는 8x50G PAM4 전기 신호를 4x100G PAM4로 변환하여 광 엔진으로 전송합니다. 동시에 DSP는 CDR 역할을 합니다. DR4에서는 각 채널이 1310nm에서 작동하며 하나의 광섬유가 필요하므로 총 8개의 광섬유가 필요합니다.

그림 6: 4x100G PAM4 기반 단일 모드 광 모듈

FR4 및 LR4 DSP의 기본 기능은 DR4의 기능과 동일합니다. 그러나 이제 4개의 4nm 신호 대신 1310개의 파장(CWDM2)이 사용되며 이러한 CWDM 신호를 결합하기 위해 멀티플렉서가 추가됩니다. 이러한 방식으로 필요한 광섬유의 수는 XNUMX(TX+RX)로 줄어들고 이중 LC 광 포트가 사용됩니다.

그림 7: 단일 모드 4x100G FR4

LR4의 경우 두 가지 다른 경로가 있으며 두 가지 버전으로 끝날 가능성이 큽니다. 하나는 6km(IEEE)용이고 하나는 10km(100G 람다 MSA)용입니다.

PMD	전송 거리	섬유 유형	광 포트	광섬유 코어 수	파장	변조 방법
DR4	500m	PSM/SMF	MPO-12(APC)	8	1 (1310nm)	100G PAM4
FR4	2km	SMF	LC	2	4(CWDM4)	100G PAM4
LR4	10km	SMF	LC	2	4(CWDM4)	100G PAM4

표3: 4×100G PAM4 기반 단일 모드 광 모듈

향후 비용을 고려하면 400방향 광신호를 이용한 4G 전송이 주류가 될 수 있다. 동시에 광학 모듈의 전기 포트도 점진적으로 4×100G PAM4 형태로 업그레이드되어 Gearbox 칩을 절약하고 전력 소비와 비용을 절약할 수 있습니다.

QSFP-DD 대 QSFP(QSFP+/QSFP28)

새로운 QSFP-DD 인터페이스는 스위치 간 또는 서버로의 상호 연결을 가능하게 하는 이더넷 스위치 전반에 사용되는 널리 채택된 10레인 전기 인터페이스인 QSFP 플러그형 폼 팩터에서 확장됩니다. QSFP의 25개의 전기 레인은 40Gb/s 또는 100Gb/s에서 작동하여 400Gb/s 또는 25Gb/s 집합에 대한 솔루션을 제공합니다. 50G QSFP-DD 플러그형 폼 팩터의 전기 인터페이스는 최대 4Gb/s NRZ 변조 또는 200Gb/s PAM400 변조를 작동하는 14.4개 레인을 사용하여 최대 XNUMXGb/s 또는 XNUMXGb/s 통합 솔루션을 제공합니다. 이를 통해 단일 스위치 슬롯에서 최대 XNUMXTb/s의 총 대역폭을 활성화하고 급격한 데이터 센터 트래픽 증가를 해결할 수 있습니다.

시스템 포트 밀도는 QSFP-DD와 QSFP28 모듈 사양 간에 동일합니다. 그러나 각 QSFP-DD 포트는 8개 대신 4개 레인을 수용할 수 있으므로 QSFP-DD는 CAUI-4와 같은 기존 인터페이스에 대해 지원하는 ASIC 포트 수를 두 배로 늘립니다. QSPF-DD는 플러그형 모듈 중 가장 높은 BW 밀도를 제공합니다.

QSFP-DD의 BW 밀도

QSFP-DD 모듈로 설계된 시스템은 이전 버전과 호환되므로 기존 QSFP 모듈을 지원하고 최종 사용자와 시스템 설계자에게 유연성을 제공할 수 있습니다. 이전 버전과의 호환성은 업계에서 매우 중요합니다. 이전 버전과의 호환성으로 인해 달성된 규모의 경제는 매우 바람직합니다.

요약하자면, 400G QSFP-DD QSFP+/QSFP28보다 약간 길지만 포트 밀도는 동일하고 대역폭은 후자의 10배 또는 4배로 증가하며 이전 버전과 호환되므로 고객이 QSFP 시스템을 건너뛰고 QSFP-를 직접 배포할 수 있습니다. 장비 비용을 크게 절감하는 DD 시스템.

QSFP-DD 대 OSFP

먼저 OSFP 트랜시버를 살펴보겠습니다. 그만큼 400G OSFP 초기에 400Gb/s(8x50G)를 지원할 36개의 고속 전기 레인이 있는 새로운 플러그형 폼 팩터입니다. QSFP보다 약간 넓고 깊지만 여전히 1U 전면 패널당 14.4개의 OSFP 포트를 지원하여 1U당 XNUMXTb/s를 지원합니다. 사실 이 두 폼팩터 사이에는 큰 차이가 없습니다. 예를 들어 QSFP-DD DR4와 OSFP DR4를 비교해 보겠습니다. OSFP DR4는 400m 광 통신 애플리케이션용으로 설계된 500Gb/s Octal OSFP(Small Form-factor Pluggable) 광 모듈입니다. 이 모듈은 채널당 4G에서 작동하는 1310nm 중심 파장에 100개의 병렬 채널을 통합합니다. 송신기 경로는 4개의 병렬 EML과 함께 쿼드 채널 EML 드라이버를 통합합니다. QSFP-DD DR4는 500nm 중심 파장에서 1310미터의 최대 전송 거리도 지원합니다. 그러나 다른 부분은 QSFP-DD DR4 모듈이 8Gb/s(PAM50) 전기 신호의 4개 채널을 4개의 병렬 광 출력 데이터 채널로 변환한다는 것입니다. 

둘째, 열용량 및 전력 소비에 대해. QSFP-DD는 크기가 더 작기 때문에 열 용량은 7~12와트에 불과합니다. OSFP 송수신기는 크기가 더 크지만 열 용량은 12~15와트에 도달할 수 있습니다. 열용량이 클수록 광 모듈이 견딜 수 있는 전력 소비가 커집니다.

셋째, 400G OSFP의 더 큰 크기, 통합 방열판 및 단일 행 접점이 초기에 더 나은 것으로 간주되었습니다. 커넥터를 통한 신호 무결성 및 열 냉각 문제는 주요 초점 영역이었습니다. 그러나 QSFP-DD의 저속 QSFP28에 대한 이전 버전과의 호환성은 기술적인 우려가 완화되자 시장에서 성공을 거둔 것으로 입증되었습니다.

QSFP-DD 대 CFP8

CFP 시리즈는 CFP에서 시작하여 CFP2, CFP4, 마지막으로 CFP8로, 그것도 오랜 전통을 가진 폼팩터 시리즈입니다. QSFP 시리즈와 비교하여 CFP 시리즈는 큰 크기와 높은 전력 소비라는 명백한 이유 때문에 덜 인기가 있었던 것 같습니다.

QSFP-DD와 CFP8을 비교하면 가장 먼저 눈에 띄는 것은 크기입니다. CFP8의 크기(41.5mm*107.5mm*9.5mm)는 QSFP-DD보다 훨씬 크고 볼륨은 QSFP-DD의 XNUMX배 이상입니다. .

게다가 이전 버전과의 호환성을 위해 CFP8의 하드웨어 사양에는 이전 버전과의 호환성에 대한 언급이 없습니다(사실 CFP 시리즈 전체가 이전 버전과 호환되지 않는 것 같습니다). CFP 및 CFP2 시리즈 광 모듈의 경우 CFP-QSFP28 어댑터 및 CFP2-QSFP28 어댑터가 오랫동안 사용되어 일부 사용자가 QSFP28 광 모듈로 전환했음을 나타냅니다.

그러면 CFP8 및 QSFP-DD의 최대 대역폭은 다음과 같습니다. 400Gb / s그러나 CFP8은 400Gb/s(16x25G 또는 8x50G)만 지원하는 반면 QSFP-DD는 200Gb/s(8x25G) 및 400Gb/s(8x50G)를 모두 지원합니다. 요약하자면 QSFP-DD는 어떤 측면에서든 CFP8보다 나은 선택인 것 같습니다.

QSFP-DD 대 QSFP56

이전 40G QSFP+ 및 100G QSFP28의 발전으로 쿼드 50기가비트 QSFP56(Small Form-factor Pluggable)은 200G 이더넷용으로 설계된 제품입니다. QSFP56은 QSFP 폼 팩터에서 4 x 50 ~ 56Gb/s를 나타냅니다. 때로는 단순화를 위해 200G QSFP라고도 합니다. QSFP56 광 모듈은 크기 및 폼 팩터 측면에서 QSFP와 유사합니다. 일반적으로 56개의 QSFP200 모듈을 SMF 또는 MMF와 함께 사용하여 XNUMXG 링크를 실현할 수 있습니다. 

광학 모듈 폼 팩터의 최신 버전은 QSFP56에서 QSFP56-DD, 400G QSFP-DD라고도 합니다. QSFP56-DD는 밀도가 56배이지만 크기는 QSFP400과 비슷합니다. 56G QSFP56-DD 포트는 QSFP 트랜시버와 역호환됩니다. 즉, 스위치가 지원하는 한 QSFP56은 QSFP56-DD 포트에서 작동할 수 있습니다. QSFP56-DD 포트에서 QSFP200 모듈을 사용하는 경우 이 포트는 400G 대신 XNUMXG의 데이터 전송률로 구성됩니다.

400GbE의 구현 과제

더 빠른 속도와 PAM4 변조를 사용하면 처리량이 크게 향상되지만 물리 계층에서 복잡성이 높아져 신호 전송 오류가 쉽게 발생합니다.

첫 번째 문제는 400G 전기 인터페이스에서 더 높은 레인 속도가 신호 전송에서 더 많은 잡음(신호 대 잡음비라고도 함)을 의미한다는 것입니다. 또한 높은 신호 대 잡음비는 BER(비트 오류율)을 증가시켜 신호 품질에 영향을 미칩니다.

또한 물리적 외관 계층에서 400G 광 모듈의 경우 고속 인터페이스에는 더 많은 전기 입력 인터페이스, 전기 출력 인터페이스, 광 입력 인터페이스, 광 출력 인터페이스 및 기타 전력 및 저속 관리 인터페이스가 포함됩니다. 이러한 인터페이스의 모든 성능은 400G 표준을 준수해야 합니다. 그러나, 크기 400G 트랜시버 기존 100G 트랜시버와 유사하므로 이러한 인터페이스의 통합에는 보다 정교한 제조 기술과 해당 모듈의 품질을 보장하기 위한 해당 성능 테스트가 필요합니다.

동시에 400G 트랜시버 테스트의 복잡성은 광 모듈 공급업체에게도 새로운 과제를 안겨줍니다. 사용자를 위한 트랜시버 품질을 보장하기 위해 공급업체는 트랜시버 테스트 장비와 R&D 기술을 매우 중요하게 생각해야 합니다. 신제품이 400G 업그레이드를 지원하도록 하는 동시에 경쟁력 있는 가격 모델을 방해할 수 있는 관련 개발 및 제조 테스트 비용을 줄이는 방법은 그들이 다루어야 할 문제입니다.