Visão geral do transceptor óptico 200G: QSFP56 vs. QSFP-DD

Com o rápido desenvolvimento da comunicação óptica e da rede de interconexão nos últimos anos, a demanda dos usuários por redes também aumentou de acordo com a tendência, o que levou ao tráfego de redes de backbone de telecomunicações crescendo a uma taxa rápida de 50% a 80% por ano. A fim de atender às necessidades dos usuários, a taxa de transmissão da comunicação óptica também aumentou o desenvolvimento, desde o desenvolvimento anterior de 10G, 25G e 40G até o atual 100G, 200G, 400G, etc. Embora os módulos ópticos 100G tenham se tornado o mainstream do mercado , os requisitos de largura de banda, densidade de porta e a quantidade de energia consumida pelo sistema ainda estão aumentando, o que impulsiona ainda mais a tecnologia para sistemas de 200G, 400G ou de velocidade superior. Este artigo fornecerá uma introdução detalhada aos módulos ópticos de 200G e o levará a conhecer esta estrela em ascensão.

1. O que é transceptor óptico 200G?

Atualmente, existem dois tipos principais de módulos ópticos 200G: 200G QSFP56 e 200G QSFP-DD. Primeiro, como uma evolução do 40G QSFP + e 100G QSFP28, o QSFP56 (Quad 50 Gigabits Small Form-factor Pluggable) foi projetado especificamente para 200G Ethernet. QSFP56 denota 4 x 50 a 56 Gb / s em um fator de forma QSFP. Comparado com QSFP + e QSFP28, o fator de forma QSFP56 como um QSFP 200G com suporte para 4 canais de 50G pode atingir velocidades de rede mais altas. A mudança mais importante de QSFP + e QSFP28 para QSFP56 é que QSFP56 muda de codificação NRZ para codificação PAM4. Os módulos ópticos QSFP56 estão disponíveis em dois formatos de pacote principais: QSFP56 SR4 e QSFP56 FR4.

O transceptor óptico QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable Double-densidade) é compatível com os padrões IEEE802.3bs e QSFP-DD MSA. “Densidade dupla” significa que o módulo suporta o dobro do número de interfaces elétricas de alta velocidade em comparação com o módulo QSFP28 padrão. Com a tecnologia de modulação NRZ, taxas de dados de até 25G x 8 (canais) podem ser alcançadas para transmissão de rede 200G. Enquanto isso, com a tecnologia de modulação PAM4, as taxas de dados podem chegar a 50G x 4 (canais), permitindo a transmissão de rede 400G para data centers de computação de alto desempenho e redes em nuvem. Os módulos QSFP-DD podem suportar 400 Gbps, enquanto o QSFP56 pode atingir apenas 200 Gbps, então a forma de pacote QSFP56 é mais comumente usada em módulos ópticos 200G.

2. 200G QSFP56 vs 200G QSFP-DD: Tecnologia de Modulação Diferente

Existem duas orientações técnicas para módulos ópticos 200G, uma é uma rede PAM4 50x4G no QSFP56 pacote; a outra é uma rede 8x25G NRZ no pacote QSFP-DD. Resumindo, NRZ (non-return to zero) é uma tecnologia de modulação com dois níveis de tensão para representar lógica 0 e lógica 1. A tensão literalmente não “volta a zero”; logic 0 é um PAM4 negativo que usa quatro níveis de tensão para representar quatro combinações de lógica de 2 bits: 11, 10, 01 e 00.

Comparado com a tecnologia PAM4, o 200G NRZ (8X25G) tem as vantagens de baixo consumo de energia, baixa latência e fácil implantação, de modo que o 200G NRZ pode realizar interconexão óptica de baixo custo dentro dos data centers. Entre os módulos ópticos 200G NRZ, QSFP-DD LR4 e QSFP-DD ER4 estão comumente disponíveis.

• 200G QSFP-DD LR4

200G QSFP-DD O LR4 converte os dados de entrada elétrica de 8 canais de 25 Gb/s ou 4 canais de 50 Gb/s em sinais ópticos LWDM. Ele contém um conector LC duplex para a interface óptica e um conector de 76 pinos para a interface elétrica. Para minimizar a dispersão óptica no sistema de longa distância, a fibra monomodo (SMF) deve ser aplicada neste módulo. O Host FEC é necessário para suportar até 10 km de transmissão de fibra.

• 200G QSFP-DD ER4

O módulo incorpora 4 canais independentes em LWDM4 1295.56, 1300.05, 1304.58 e 1309.14nm de comprimento de onda central, operando a 50G por canal. Ele contém um conector LC duplex para a interface óptica e um conector de 76 pinos para a interface elétrica. Para minimizar a dispersão óptica no sistema de longa distância, a fibra monomodo (SMF) deve ser aplicada neste módulo. Ele pode suportar até 30 km com 200 G FEC e 40 km com PFEC integrado.

Ao contrário do NRZ, a tecnologia PAM4 50x4Gbps para transmissão 200G não requer o uso de oito canais 25G para transmissão 200G, o que economiza custos de fibra e reduz a perda de link. Entre os módulos ópticos 200G PAM4, QSFP56 SR4 e QSFP56 FR4 são os mais comumente usados.

• 200G QSFP56 SR4

A QSFP56SR4 módulo óptico full-duplex offers 4 canais de transmissão e recepção independentes, cada um capaz de operação de 53.125 Gb / s para uma taxa de dados agregada de 200 Gb / s em 70 metros de fibra multimodo OM3. Um cabo de fibra óptica com um conector MTP / MPO-12 APC pode ser conectado ao receptáculo do módulo QSFP56 SR4. Os comprimentos de onda centrais de todas as 4 pistas paralelas são 850 nm. Ele contém um conector MPO-12 APC óptico para a interface óptica e um conector de 38 pinos para a interface elétrica.

• 200G QSFP56 FR4

O módulo 200G FR4 converte os dados de entrada elétrica de 4 canais 200Gb/s(PAM4) em sinais ópticos CWDM (luz), por um EMLs de 4 comprimentos de onda acionados. Os comprimentos de onda centrais dos 4 canais CWDM são 1271, 1291, 1311 e 1331 nm como membros da grade de comprimento de onda CWDM definida em ITU-T G.694.2. Ele contém um conector LC duplex para a interface óptica e um conector de 38 pinos para a interface elétrica. Ele é projetado para aplicações de comunicação óptica de 2 km.

3. Ethernet 200G Óptica transceiver Solução de Interface Elétrica

O padrão de protocolo 200G IEEE foi lançado depois do padrão 400G, e o padrão 200G foi proposto em 2015 e aprovado em 2018. A especificação IEEE802.3bs define o tipo de interface elétrica do transceptor 200G. Quais são as soluções de interface elétrica para o transceptor óptico Ethernet 200G?

A interface elétrica do transceptor óptico 200G atualmente adota dois esquemas de sinal: NRZ e PAM4.

• Solução 200G NRZ

Diagrama esquemático da estrutura da camada PHY da solução NRZ

O nome da interface elétrica da solução 200G NRZ é 200GAUI-8, com 8 canais e uma taxa de canal único de 26.5625 Gbps. 200GAUI-8 é aplicado entre PMA e PMA. A parte PMA do transceptor é um chip de caixa de engrenagens ou um chip retimer, que pode reamostrar o sinal para eliminar a influência de jitter e ruído.

a interface elétrica 200GAUI-8

• Solução 200G PAM4

Diagrama esquemático da estrutura da camada PHY da solução PAM4

A interface elétrica da solução 200G PAM4 é 200GAUI-4, o número de canais é reduzido pela metade em comparação com a solução NRZ e a taxa de canal único é 26.5625 GBd. Como 200GAUI-8, 200GAUI-4 também é usado entre PMA e PMA. A parte PMA do transceptor é um chip de caixa de engrenagens ou um chip retimer, que pode reamostrar o sinal para eliminar a influência de jitter e ruído.

a interface elétrica 200GAUI-4

Além do tipo de interface elétrica entre PMA e PMA, a especificação também define o número de canais e taxas de sinal para transmissão óptica na camada PMD monomodo, de modo que haverá muitos tipos diferentes de interfaces entre PMA e PMD.

O princípio básico da Ethernet 200G de modo único é baseado em uma variante da especificação Ethernet 400G, especialmente refletida no uso de transmissão de 50 Gbps no PAM4 e na definição de 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 e 200Gbase-LR4.

PMD
Formato	Canal	Formato de modulação	Taxa de transmissão	Taxa de erro de bits (BER)	Fibra ótica	Perda de inserção do canal	A distância de transmissão
200GBASE-DR4	4	PAM4	26.5625GBD	BER<2.4E-4	SMF	3dB	2m-500m
200GBASE-FR4	4	PAM4	26.5625GBD	BER<2.4E-4	SMF	4dB	2m-2km
200GBASE-LR4	4	PAM4	26.5625GBD	BER<2.4E-4	SMF	6.3dB	2km-10km

Especificações de 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 e 200Gbase-LR4 no PMD

Para corresponder ao tipo de transmissão de PMD, o tipo de sinal entre PMA e PMD de 200Gbase-DR4 também é PAM4, que pode ser combinado com interfaces 200GAUI-8 ou 200GAUI-4.

Se o 200Gbase-DR4 é combinado com uma interface elétrica 200GAUI-4 (PAM4), a parte PMA dentro do transceptor é um Retimer PAM4 de 4 vias.

Interface elétrica 200GAUI-4 e um Retimer PAM4 de 4 vias para 200Gbase-DR4

Se o 200Gbase-DR4 é combinado com uma interface elétrica 200GAUI-8 (PAM4), então a parte PMA dentro do transceptor será uma caixa de engrenagens NRZ de 8 vias para PAM4 de 4 vias.

Interface elétrica 200GAUI-8 e uma caixa de engrenagens NRZ de 8 vias para PAM4 de 4 vias para 200Gbase-DR4

O 200Gbase-FR4 é semelhante ao 200Gbase-LR4 e ao DR4, pois todos usam um esquema de multiplexação por divisão de comprimento de onda de modo único, que combina quatro caminhos ópticos com diferentes comprimentos de onda em um e o envia. Também para corresponder ao tipo de transmissão de PMD, o tipo de sinal entre PMA e PMD é PAM4, que pode ser combinado com interfaces 200GAUI-8 ou 200GAUI-4. Se o 200Gbase-FR4/DR4 é em comparação com uma interface elétrica 200GAUI-4, a parte PMA dentro do transceptor será um PAM4 Retimer de 4 vias.

Interface elétrica 200GAUI-4 e Retimer PAM4 de 4 vias para 200Gbase-FR4/DR4

Se for combinado com uma interface elétrica 200GAUI-8 (PAM4), a parte PMA dentro do transceptor será uma caixa de engrenagens NRZ de 8 vias para PAM4 de 4 vias.

 Interface elétrica 200GAUI-8 e caixa de engrenagens NRZ de 8 vias para PAM4 de 4 vias para 200Gbase FR4/ DR4

A solução PAM200 de modo único 4G pode fazer uma transmissão de 2m a 10km. Se usar uma interface elétrica 200GAUI-4, um Retimer PAM4 de 4 canais será usado dentro do transceptor; se adotar a interface elétrica 200GAUI-8 (PAM4), e a parte PMA dentro do transceptor usará uma caixa de engrenagens NRZ de 8 vias para PAM4 de 4 vias, que é opcional para os fabricantes. Todos os transceptores ópticos FiberMall200G QSFP56 DR4/FR4 usam uma interface elétrica 200GAUI-4.

4. Transceptor óptico 200G: novo escolha para centro de dados

Em 2020, a aplicação em larga escala de serviços online promovida pela COVID-19 trouxe novas oportunidades de crescimento para o mercado de data centers e acelerou a atualização e atualização da tecnologia de data centers. Novos aplicativos, como vídeo 4K HD, streaming ao vivo e VR, promoveram o rápido crescimento do tráfego de rede e a demanda por aplicativos emergentes, como computação em nuvem, serviços IAAs e Big Data, que apresentam requisitos mais altos para transmissão interna de dados no Centro de dados. Portanto, a transmissão de largura de banda mais alta, como 200G ou 400G, está sendo realizada no data center. IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos) padronizou 200G e 400G, especialmente para DCN (Rede de Comunicação de Dados). 400G foi aprovado pelo padrão Ethernet IEEE 802.3bs já em 2017 e foi originalmente proposto em 2013. Por outro lado, 200G foi aprovado em 2018 e a proposta inicial apareceu em 2015. 200G e 400G têm quase os mesmos padrões e requisitos , mas o transceptor óptico 400G não é amplamente utilizado no mercado. E para módulos ópticos de 200G, também não há muitos fabricantes que possam fornecê-los, o FiberMall é uma exceção. Para o data center, atualizar de 100G para 200G é a melhor solução. A tecnologia de 200G é mais madura que a de 400G. Devido à concorrência entre OEM (Original Equipment Manufacturer) e fabricantes de módulos terceirizados, também oferece mais opções para módulos ópticos de 200G e reduz seu custo de compra. Portanto, um data center com um orçamento apertado pode adiar a atualização mais cara de 400G para mais tarde e adotar o esquema intermediário de 200G primeiro. A FiberMall pode fornecer módulos ópticos de 200G de alta qualidade, incluindo uma série completa de transceptores 200G QSFP56, QSFP56 AOC, transceptores 200G QSFP-DD e QSFP-DD AOC.