Evolução da tecnologia 800G OSFP/QSFP-DD baseada em tecnologia optoeletrônica baseada em Si

Sumário

A crescente demanda por largura de banda dos data centers em hiperescala está impulsionando o desenvolvimento de 800G OSFP/QSFP-DD. Os módulos conectáveis ​​de próxima geração aproveitarão taxas de transmissão mais altas, protocolos padronizados e integração avançada para alcançar transmissão de 800G em formatos pequenos. Recursos importantes como suporte a 800 GbE, taxas de múltiplos clientes, modos interoperáveis ​​e baixo consumo de energia acelerarão sua comercialização. Com tecnologia fotônica de silício madura e tecnologia de empacotamento tridimensional, espera-se que 800G OSFP/QSFP-DD alcance implantação em larga escala em 2024.

Introdução

O crescimento contínuo do tráfego dos data centers está impulsionando o desenvolvimento de tecnologias de interconexão óptica mais eficientes e de maior capacidade. 400G OSFP/QSFP-DD com sinais de taxa de transmissão de 60G foram implantados com sucesso nos últimos anos, mas o foco agora está mudando para a próxima geração 800G OSFP/QSFP-DD.

Espera-se que os data centers de hiperescala liderem a transição para 800G OSFP/QSFP-DD, exigindo portas de 800G para as plataformas de switch e roteador de próxima geração. Semelhante à era 400G, as organizações de normalização estão a pressionar pela harmonização de parâmetros para garantir a interoperabilidade e economias de escala entre vários fornecedores. Isso inclui dobrar a taxa de transmissão para cerca de 120 G baud e aumentar o espaçamento entre canais para 150 GHz.

Tecnologias avançadas, como fotônica de silício, integração tridimensional e eletrônica de sinais mistos, permitem taxas de transmissão e esquemas de modulação mais elevados necessários para a operação de 800G. Com base na validação de produtos baseados em silício OSFP 400G/QSFP-DD e módulos com desempenho otimizado, essas tecnologias agora são aplicáveis ​​ao desenvolvimento de módulos ópticos conectáveis ​​800G em formatos pequenos, como QSFP-DD e OSFP.

Principais recursos como 800GbE suporte, vários clientes de baixa taxa, modos interoperáveis, produtos de alta potência de transmissão e baixo consumo de energia permitirão sua aplicação em várias redes. Com a convergência de tecnologia e padronização, espera-se que 800G OSFP/QSFP-DD alcance implantação em larga escala por volta de 2024.

Harmonização de padrões ópticos 800G

Organizações industriais como OIF, Open ROADM e IEEE estão impulsionando a harmonização dos padrões 800G para garantir a interoperabilidade entre vários fornecedores. Isso inclui a padronização de parâmetros ópticos 800G, protocolos do lado do cliente e interfaces de gerenciamento de módulos.

Em termos de transmissão óptica, a OIF está definindo 800ZR, que é uma solução DWDM coerente 800G interoperável que atinge transmissão de link amplificado de 80 km usando óptica Classe 3 com sinais de taxa de transmissão de cerca de 120 G e modulação 16QAM. O Open ROADM também especifica um modo de desempenho aprimorado, que inclui uma implementação interoperável de modelagem probabilística de constelação (PCS) para melhorar a relação sinal-ruído óptico, com uma taxa de transmissão operacional de 130+ G baud.

Figura 1. Duplicação da taxa de transmissão e espaçamento de canal da Classe 2 em cerca de 60+G baud para Classe 3 em cerca de 120+G baud (Fonte: Cisco)

No lado do cliente, o IEEE 802.3ck define as especificações da camada física para operação de 800GbE em interfaces 100γ. OIF e Open ROADM também suportam a multiplexação de clientes de taxas mais baixas (como 400GbE e 100GbE) em links ópticos de 800G. Além disso, o acordo de implementação da OIF para a Especificação de Interface de Gerenciamento Comum (CMIS) garante o gerenciamento interoperável entre módulos conectáveis ​​de vários fornecedores. Ao harmonizar os parâmetros ópticos, de cliente e de gerenciamento, os padrões 800G criarão economias de escala semelhantes às do 400G, garantindo ao mesmo tempo a interoperabilidade entre vários fornecedores.

Tecnologias avançadas para 800G OSFP/QSFP-DD

Aproveitar tecnologias avançadas, como fotônica de silício, integração tridimensional e eletrônica de sinais mistos, é importante para o desenvolvimento de 800G OSFP/QSFP-DD compacto e eficiente.

A tecnologia fotônica de silício fornece componentes de multiplexação por divisão de comprimento de onda de alta densidade de largura de banda, como moduladores, multiplexadores e fotodetectores, que podem ser integrados em um substrato de silício. Essa tecnologia permite o escalonamento de taxas de transmissão mais altas, acima de 100G, de maneira econômica e escalável.

Integração tridimensional ou tecnologias de siliconização (como ligação flip-chip, empilhamento de chips e embalagem de substrato de alta densidade) permitem uma integração estreita de fotônica e eletrônica CMOS. Essa integração pode melhorar a integridade do sinal e a eficiência energética em taxas de 800G.

A eletrônica de sinal misto de próxima geração, como DAC de 112G por canal e aprimoramento de desempenho ADC, e novos DSPs, permitem sinais de alta velocidade e esquemas de modulação complexos necessários para transmissão óptica de 800G.

Essas tecnologias foram validadas em módulos com desempenho otimizado, como 400G OSFP/QSFP-DD baseados em silício e módulos coerentes CIM da Acacia, tornando-os promissores para suportar o desenvolvimento de 800G OSFP/QSFP-DD em larga escala.

Figura 2. Da esquerda para a direita: tecnologias de siliconização 3D para módulos conectáveis ​​MSA Classe 2 e módulos CIM 3 com desempenho otimizado de Classe 8. O co-empacotamento altamente integrado é fundamental para módulos conectáveis ​​Classe 3 800G MSA. (Fonte: Cisco)

Principais recursos para aplicações 800G OSFP/QSFP-DD

Para alcançar aplicações bem-sucedidas em grande escala, 800G OSFP/QSFP-DD precisa oferecer suporte a alguns recursos importantes para atender aos requisitos de aplicativos de rede e de desenvolvimento da indústria. Um recurso importante é oferecer suporte ao tráfego de cliente de 800 GbE. Espera-se que haja portas de switch e roteador de 800G em 2024 e, para interconectar essas plataformas, os módulos conectáveis ​​precisam ter capacidade nativa de 800GbE. Durante o período de transição, quando clientes de taxas mais baixas, como 400 GbE e 100 GbE, ainda estão amplamente presentes na rede, o seu suporte à multiplexação também é crítico.

Os modos interoperáveis ​​são outro facilitador importante. O 800ZR fornecerá um modo de linha de base para links DWDM coerentes. No entanto, abra o modo PCS do ROADM offoferece maior desempenho, alcançando cobertura comparável a 400G. Essa flexibilidade atende às necessidades de diversas topologias e aplicações de rede. Produtos de alta potência de transmissão são essenciais para redes brownfield tradicionais que utilizam a infraestrutura ROADM existente. Amplificadores integrados fornecem a maior potência de Tx necessária para esses links.

Finalmente, o baixo consumo de energia ainda é uma prioridade. A eficiência energética pode maximizar a densidade de portas de placas de linha de switch e roteador 800G, bem como alcançar compatibilidade retroativa com portas 400G existentes. O design otimizado de 800G OSFP/QSFP-DD aproveitará os mais recentes avanços na integração fotônica de silício e no escalonamento de nós de processo CMOS para reduzir o consumo de energia.

Figura 3. Ilustrando os principais recursos necessários para módulos conectáveis ​​800G MSA (Fonte: Cisco)

Conclusão

As tendências do setor indicam que 800G OSFP/QSFP-DD é o próximo passo na evolução da interconexão de data centers. Com a combinação de desenvolvimento tecnológico e convergência de padronização, espera-se que 800G OSFP/QSFP-DD alcance implantação de rede em grande escala por volta de 2024. Seu surgimento será sincronizado com as portas 800G das plataformas de switch e roteador de próxima geração, fornecendo capacidade direta atualizações para operadores de data center. O 800G OSFP/QSFP-DD aproveitará a principal experiência e tecnologia adquirida com aplicações de módulos ópticos 400G, fornecendo a funcionalidade e o desempenho necessários para a interconexão óptica de próxima geração.