Visão geral do transceptor óptico 400G ZR, DR4, FR4, LR4, SR8 QSFP-DD

Transceptores ópticos são dispositivos essenciais para realizar a interconexão de rede óptica no data center. Conforme o número e a densidade das portas aumentam, os data centers precisam levar em consideração o custo dos módulos ópticos, uma vez que se espera que seja responsável por quase metade do custo das redes ópticas em IDC. Atualmente, os centros de dados recém-construídos das principais empresas de Internet pretendem fazer uma transição para 400G Ethernet. Módulos ópticos 400G QSFP-DD são as soluções ópticas mais comuns para conectividade de rede de alta taxa de dados 400G. Uma breve introdução à óptica 400G QSFP-DD será dada neste artigo.

O que é QSFP-DD no Módulo Transceptor 400G?

QSFP-DD, uma abreviatura de Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) – Double Density (DD), é um formato hot pluggable de alta velocidade definido pelo grupo QSFP-DD MSA como uma parte fundamental da indústria de comunicação óptica para alcançar redes de alta densidade. Como a melhor opção para o fator de forma do transceptor óptico de 400G, este conector QSFP-DD permite que os data centers cresçam e expandam efetivamente a capacidade da nuvem conforme necessário. 

QSFP-DD é compatível com versões anteriores e posteriores com a porta QSFP e também é compatível com os existentes Módulos ópticos QSFP28 e AOC / DAC, etc. A interface elétrica de um conector QSFP-DD consiste em 8 pistas elétricas, operando com sinal NRZ de 25 Gb / s ou sinal PAM50 de 4 Gb / s para uma largura de banda total de 200 Gb / s ou 400 Gb / s. O QSFP-DD pode atingir até 14.4 TB / s de largura de banda agregada em um único slot de switch.

 

Quais são os tipos de transceptores 400G comuns no mercado?

● Transceptor 400G DR4 QSFP-DD

400G DR4 é um módulo transceptor óptico projetado para interconexão de data center Ethernet 400G no fator de forma QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable-double density). Na extremidade do transmissor, este módulo DR4 converte 8 canais de sinal elétrico de 50 Gb/s (PAM4) em 4 canais de dados de saída óptica paralela, cada um capaz de taxa de dados de 100 Gb/s para uma largura de banda agregada de 400 Gbls. No lado do receptor, o transceptor óptico converte 4 pistas de dados ópticos paralelos de 100 Gbp/s cada pista para um agregado de 400 Gbp/s para suportar 8 pistas de sinal de saída elétrica PAM50 de 4 Gb/s.

Módulo transceptor óptico FiberMall 400G DR4 QSFP-DD 

A 400G QSFP-DD DR4 módulo de fibra alcança a transmissão por SMF (fibra monomodo) com um Conector MPO-12. Normalmente, o transceptor 400G do fator de forma QSFP-DD DR4 suporta uma distância máxima de transmissão de 500 metros no comprimento de onda central de 1310nm. O produto é projetado com funções de diagnóstico digital de acordo com a 400G QSFP-DD Contrato de várias fontes (MSA).

Introdução e aplicação de 400G QSFP-DD DR4

● Transceptor óptico 400G FR4 QSFP-DD

O módulo 400GBASE-FR4 é um transceptor hot-pluggable de 400 Gbps em um formato QSFP-DD que suporta 8 interfaces elétricas de alta velocidade conectadas ao host. O 400GFR4 O transceptor incorpora 4 pistas independentes em comprimentos de onda centrais CWDM4 de 1271/1291/1311/1331nm rodando a 100 Gbps por pista. 4 EMLs CWDM de 100 Gbps não refrigerados são usados ​​nos lasers DSP E EML como uma unidade óptica com um multiplexador óptico. Ele foi projetado com um conector LC duplex para a interface óptica para suportar transmissão de até 2 km para links Ethernet de 400 G sobre fibra monomodo (SMF). 400GFR4 O módulo transceptor de fibra QSFP DD segue um protocolo semelhante de Especificação 100G Single Lambda MSA para 400GFR4 e MSA QSFP-DD especificação.

∆ Diagrama do Módulo Transceptor 400G FR4 QSFP-DD com Fibra Duplex

 

● Módulo Transceptor 400G LR4 QSFP-DD

Módulos de fibra óptica 400GBase LR4 são projetados com um chip de caixa de engrenagens embutido que multiplexar os dados de entrada elétrica dos dois canais em sinal de saída de canal único e, em seguida, modulá-lo para a extremidade do receptor óptico. Especificamente, a caixa de engrenagens de base DSP converte 8 canais de sinais 25GBaud PAM4 em 4 canais de sinais 50GBaud (PAM4). um SMF (Fibra monomodo) cabo com conectores LC duplex. Esse 400G LR4 O produto transceptor possui FEC e monitoramento de diagnóstico digital em tempo real completo, suportando uma distância de transmissão de até 10 km. It define um 400Gb/s PHY para operação nos quatro Comprimentos de onda centrais CWDM de 1271, 1291, 1311 e 1331 nm. O transceptor 400G LR4 da FiberMall tem a mesma função e qualidade que o transceptor Cisco 400G e o transceptor Arista 400G e tem melhor compatibilidade.

Transceptor óptico FiberMall 400G QSFP-DD LR4

● Transceptor óptico 400G SR8 

400G SR8 é um Quad Small Form Factor plugável - densidade dupla transceptor de fibra óptica compatível com a especificação IEEE 802.3bs. Este módulo offers 8 paralelo transmissor e receptor pistas, onde o sinal de 400 Gigabit Ethernet é transportado. Cada um desses 8 canais independentes é capaz de 53.125 Gbps(PAM4) data rcomeu para agregar uma largura de banda total de 400 Gb/s em 100 metros de cabo de fibra multimodo OM3 com conector MTP/MPO-16. O comprimento de onda central dos 8 canais independentes é de 850nm. Semelhante ao módulo óptico DR4, FR4, LR4 QSFP-DD 400G, 400GSR8 é compatível com a especificação QSFP-DD MSA e IEEE 802.3bs protocolo. 

Qual é a diferença entre 400G QSFP-DD FR4 e 400G QSFP-DD FR8?

Confiabilidade

O 400G QSFP-DD FR4 tem uma transmissão de 53.125 GBd e o 400G QSFP-DD FR8 tem uma transmissão de 26.5625 GBd. À medida que o baud aumenta, o custo MPI e o custo CD do PAM4 aumentam gradualmente, enfrentando o desafio de operação confiável a longo prazo, exigindo assim um FEC mais robusto e abordando problemas de interoperabilidade. Ambos os módulos ópticos usam KP4 FEC, 400G QSFP-DD FR4 com >80% de margem por canal e 400G QSFP-DD FR8 com >90% de margem por canal, 400G QSFP-DD FR8 será mais confiável em comparação com outros.

Modulação

Tanto o 400G QSFP-DD FR4 quanto o 400G QSFP-DD FR8 são modulação PAM8 de 53 Gbps de 4 canais no lado elétrico, e a diferença está no lado óptico. O lado da porta óptica FR8 usa modulação PAM8 de 53 Gbps de 4 canais; O lado da interface óptica do FR4 usa quatro canais de modulação PAM106 de 4 Gbps. Internamente, o chip Gearbox multiplexa as duas entradas da interface elétrica em um sinal e depois as modula para a interface óptica. Portanto, a taxa do lado da interface óptica é o dobro da do lado da interface elétrica, ou seja, quatro canais de sinais PAM106 de 4 Gbps. O 50G PAM4 é atualizado para modulação 100G PAM4 e a tolerância de dispersão é reduzida.

Latência do DSP

O 400G QSFP-DD FR4 usa uma caixa de engrenagens 8:4 internamente, resultando em um desempenho de latência ruim de cerca de 102ns, enquanto o 400G QSFP-DD FR8 tem apenas cerca de 84ns de latência. Portanto, 400G QSFP-DD FR8 tem melhor desempenho de latência. O 400G QSFP-DD FR8 é mais adequado para cenários que exigem computação de alto desempenho.

Consumo de energia

Por um lado, o 400G QSFP-DD FR8 offers melhoraram os orçamentos de links. Mas, por outro lado, usar mais lasers faz com que os módulos consumam mais energia, o custo total do laser por módulo é maior e o pacote óptico é mais complexo, resultando em menor produção e maior custo de produção. Em contraste, o 400G QSFP-DD FR4 tem menor consumo de energia e recursos de tratamento térmico mais simples.

Projectos	FR4	FR8
baud	53.125 GBd	26.5625 GBd
Latência do DSP	≈102ns maior	≈84ns menor
Custo MPI	pobre	feira
Custo do CD	pobre	feira
Margem KP4 FEC	confiável	muito confiável
Consumo de energia	baixo	Alto
Desempenho de Transmissão	feira	Bom estado, com sinais de uso

Em resumo, o 8G QSFP-DD FR400 óptico de 8 vias offOferece melhor desempenho de transmissão em todos os aspectos em comparação com o 400G QSFP-DD FR4, mas é ligeiramente inferior em consumo de energia e custo. O 400G QSFP-DD FR4 é adequado para data centers comerciais, enquanto o 400G QSFP-DD FR8 é mais adequado para computação de alto desempenho.

De acordo com a pesquisa da Lightcounting, uma organização de pesquisa de mercado no setor de comunicação ópticatry, no mercado global de transceptores ópticos, a FiberMall analisará e resumirá a demanda e as remessas do mercado global de transceptores ópticos em 2021.

Recentemente, o último relatório de pesquisa da LightCounting mostra que as vendas de transceptores ópticos Ethernet atingirão US$ 4.6 bilhões em 2021, um aumento anual de 25%. A LightCounting espera que a CAGR (taxa de crescimento anual composta) do mercado diminua para 14% em 2022-2027, mas mesmo com essa taxa de crescimento modesta, o segmento ainda atingirá US$ 10 bilhões até 2027.

O que está impulsionando o crescimento?

De fato, os fornecedores de transceptores ópticos se recuperaram do impacto do COVID-19 no início de 2020 em apenas alguns meses, com a demanda por produtos de 1 GbE a 400 GbE superando suas expectativas para o ano inteiro. “À medida que a maré sobe, até as vendas de transceptores ópticos de 1 GbE aumentaram, sem mencionar os produtos 10G e 40G.” A demanda por produtos tradicionais de baixo custo começou a declinar no final de 2020, mas aumentou novamente no primeiro semestre de 2021, o que foi inesperado. Muito provavelmente, a nova e possivelmente última onda de demanda por produtos tradicionais de baixo custo vem de atualizações de redes corporativas e de telecomunicações, que foram atrasadas em grande parte devido ao COVID-19.

Outro fator importante que impulsiona o crescimento do mercado é a forte demanda por módulos ópticos de 200 GbE e 400 G. O Google começou a implantar módulos ópticos de 400G há 3 anos, enquanto a Amazon começou em 2020 e a Meta (anteriormente Facebook) atrasou a implantação de 200G para 2021, o que teve um enorme impacto no mercado. Além disso, a primeira venda de módulos ópticos 2x400G para o Google também contribuiu para o crescimento do mercado em 2021. Esse impulso deve continuar em 2022, mas a LightCounting prevê um crescimento mais lento em 2023-2027.

A LightCounting observa que seu modelo de previsão é baseado em suposições sobre o crescimento da largura de banda para conexões ópticas Ethernet em vários aplicativos. Além disso, a LightCounting também modelou o consumo de módulos ópticos para cada uma das dez maiores empresas de computação em nuvem. Por exemplo, a LightCounting estima que a Amazon quase dobrará a largura de banda de sua rede de data center com uma atualização massiva para conectividade 400G em 2020 e 2021. No longo prazo, espera-se que o crescimento da largura de banda diminua para 40% ao ano ou dobre a cada dois anos ou assim.

Ao mesmo tempo, a LightCounting também elevou sua expectativa para produtos 800G e 1.6T. A LightCounting observou que as previsões conservadoras são adequadas para mercados propensos à volatilidade, pois ajudam a explicar desacelerações inesperadas na demanda e desacelerações econômicas. É incomum que a pandemia seja boa para a indústria de módulos ópticos como um todo. O mercado Ethernet alcançou um CAGR de 18% de 2011 a 2021, sem grande queda. Com isso em mente, um CAGR de 14% para 2022-2027 é uma suposição muito razoável.

As remessas de módulos 400G ZR/ZR+ aumentaram no quarto trimestre de 2021, à medida que a Cisco (Acacia) e a Marvell expandiram rapidamente sua capacidade de produção, de acordo com o relatório de aplicativos de transporte do quarto trimestre de 4 da empresa de pesquisa Cignal AI. No entanto, a demanda dos provedores de serviços em nuvem ainda supera a oferta, que aumentará este ano à medida que a produção aumenta de fornecedores como Ciena, NeoPhotonics e II-VI. A Cignal AI espera que as remessas de módulos 2021G ZR/ZR+ cresçam 400% em 200, à medida que operadoras de nuvem como Microsoft, Amazon e Google, bem como operadoras de rede tradicionais, como AT&T, Windstream e COLT, implementam implantações em larga escala .

Scott Wikinson, analista-chefe de óptica da Cignal AI, disse: “Os provedores de serviços em nuvem e operadoras de telecomunicações estão fazendo mudanças fundamentais em suas arquiteturas de rede devido à disponibilidade comercial de módulos coerentes de 400G conectáveis. Remessas do 400G ZR módulo estão crescendo rapidamente e, até agora, mais da metade dos embarques veio do quarto trimestre.”

Outros destaques do Relatório de aplicativos de transporte do quarto trimestre de 4:

• À medida que os módulos coerentes conectáveis ​​remodelam o cenário do fornecedor, o número de portos coerentes adquiridos diretamente pelos operadores está crescendo rapidamente.
• As remessas de módulos 60G ZR conectáveis ​​Gen400C ainda têm restrições de fornecimento, com apenas dois fornecedores atendendo quase toda a demanda até o momento.
• A Ciena continua sendo a maior fornecedora de portas coerentes Gen90P 800G de última geração, embora as remessas de produtos Infinera e ICE6 estejam crescendo rapidamente.
• A receita modular compacta na América do Norte cresceu 25% em 2021 e a Cienais é líder de mercado nesta categoria.
• Somente a HW alcançou o crescimento das vendas de Packet-OTN em 2021. O investimento contínuo da Nokia em seu portfólio de produtos OTN a tornou a principal fornecedora de OTN na Europa e nos EUA, onde a empresa está melhor posicionada para conquistar os negócios da HW.

De acordo com o último relatório de componentes ópticos da Cignal AI, os gastos de capital dos provedores de serviços em nuvem para data centers de hiperescala impulsionam o crescimento da receita de componentes ópticos de datacom em 27% e o crescimento atingiu US$ 4.7 bilhões em 2021, que ultrapassou o crescimento da receita de componentes para telecomunicações, consumo e óptica industrial formulários.

As remessas de módulos nessa taxa dobraram para níveis recordes em 2021, à medida que grandes provedores de nuvem e a demanda de alguns clientes corporativos passaram de 100G para 400GbE. “A transição para 400 GbE está bem encaminhada, e a tecnologia conectável coerente de 400 Gbps está revolucionando o design de redes ópticas que conectam data centers”, disse Scott Wilkinson, analista de óptica principal da Cignal AI. “A velocidade de 400 Gbps impulsionará os gastos e o crescimento da largura de banda dentro e fora do data center em 2022.”

Cenários de aplicação do transceptor óptico 400G

Com a crescente maturidade dos padrões da indústria e requisitos de rede, os módulos ópticos 400G lideraram o desenvolvimento da indústria de comunicação óptica, especialmente nos três cenários de aplicação a seguir, ganhando cada vez mais atenção: data centers, redes metropolitanas e alta distância de longa distância. redes de transmissão de capacidade.

Datacenter

Solução de módulo óptico de rede para data centers de 400 GB (background: rápido crescimento do tráfego leste-oeste)

Até 2021, cerca de 70% do tráfego leste-oeste do data center permanecerá dentro do data center, com taxas de crescimento esperadas significativamente maiores do que o tráfego norte-sul e o tráfego entre data centers, aumentando consideravelmente a demanda por módulos ópticos de alta velocidade.

Os clientes OTT da América do Norte planejam começar a implantar soluções 400G em 2020. A partir do primeiro semestre de 2019, os clientes OTT chineses também iniciaram o primeiro teste 400G na China envolvendo vários fornecedores de módulos ópticos 400G.

Rede Portadora Metropolitana

Solução de módulo óptico 400G para MAN (Antecedentes: Novos serviços impulsionam o crescimento do tráfego na era 5G)

Com o rápido desenvolvimento do 5G, novos serviços, incluindo vídeo de ultra-alta definição, Internet das Coisas, VR/AR e Internet de veículos apresentaram novos requisitos para redes de suporte: largura de banda ultra-alta, conexões massivas, ultra-baixo latência e alta confiabilidade.

As portas 100GE existentes nas redes metropolitanas não podem suportar a agregação e as camadas centrais que exigem banda ultralarga, e surgiu a demanda por soluções de interconexão óptica 400GE.

Tome a rede de suporte 5G como exemplo. De acordo com a avaliação de largura de banda do Consórcio Next Generation Mobile Network (NGMN), a largura de banda da camada de acesso crescerá para 50GE e a largura de banda da camada central crescerá para 200GE/400GE durante a comercialização 5G em grande escala das redes metropolitanas.

Redes de Transmissão de Alta Capacidade de Longa Distância

Soluções de módulo óptico 400G para redes DWDM (Antecedentes: O crescimento do tráfego aumenta a pressão da largura de banda para transmissão de longa distância)

O crescimento do tráfego de rede leva ao aumento da largura de banda da porta na rede de transmissão. Para transmissão de longa distância e alta largura de banda, a tecnologia de transmissão coerente baseada em Wavelength Division Multiplexer (WDM) oferece a melhor solução.

À medida que as soluções coerentes 400G amadurecem, a demanda por portas coerentes 400G crescerá rapidamente após 2020.

Dois drivers estão impulsionando o crescimento de portas coerentes de 400G: crescimento na largura de banda da rede e um aumento no número de portas 400GE de clientes.

De acordo com o relatório de previsão da LightCounting, as portas coerentes de 400G serão usadas em um número crescente de redes e terão o crescimento mais rápido nos próximos cinco anos.

O módulo óptico 400G QSFP-DD DR4 usa um conector MPO-12 padrão para transmitir até 500m em fibra monomodo. Também pode ser conectado a módulos ópticos 100G DR. Adota um tipo de transmissor EML 1310nm e modo de modulação de amplitude de pulso PAM4.

Vantagens do Transceptor Óptico Fotônico de Silício 400G QSFP-DD DR4

Existem dois tipos de módulos ópticos 400G QSFP-DD DR4: os módulos ópticos separados por chip elétrico-óptico tradicional e os módulos ópticos fotônicos de silício integrados ao chip elétrico-óptico que surgiram nos últimos anos.

O módulo óptico fotônico de silício 400G DR4 geralmente adota um chip DSP de 7 nm e o consumo de energia é inferior a 10 W, o que atende aos requisitos de aplicação verde do data center. Em comparação com os módulos ópticos tradicionais com uma solução EML 4G de 100 canais, os módulos ópticos fotônicos de silício 400G DR4 precisam apenas de fontes de luz simples ou duplas, o que pode reduzir efetivamente o número de lasers.

Enquanto isso, o módulo óptico fotônico de silício 400G QSFP-DD DR4 adota o processo de embalagem COB, permitindo o acoplamento passivo entre a fibra óptica e o chip óptico de silício, e o design otimizado elimina os componentes de controle de temperatura TEC, facilitando a produção em massa e tornando mais óbvio vantagens de custos.

Dados relevantes mostram que o módulo óptico fotônico de silício 400G QSFP-DD DR4 pode economizar 10% a 30% do custo em comparação com o transceptor óptico tradicional. LightCounting, um conhecido instituto de pesquisa no mercado de comunicação óptica, disse que o mercado de módulos ópticos de alta velocidade de comunicação digital deve atingir US $ 6.5 bilhões em 2024, e os módulos ópticos fotônicos de silício serão comercializados em larga escala, e seus quota de mercado vai ocupar 60%.

Para dispositivos ópticos de alta taxa, um chip óptico fotônico de silício é a melhor maneira de realizar a integração de chip único de chips fotônicos e eletrônicos, que podem realizar a troca de dados de capacidade supergrande sob a premissa de controlar efetivamente o custo e o consumo de energia.

Com a maturidade gradual da tecnologia de chip óptico de silício, a participação de mercado do módulo óptico de silício 400G DR4 continuará a aumentar e mostrar características insubstituíveis.

Outros destaques do Relatório de Componentes Ópticos do 4T21:

• Em 2021, as remessas do módulo de comunicação de dados QSFP-DD foram de 8 milhões, a maioria das quais no formato DR4;
• Em 2021, foram enviados mais de 60,000 módulos coerentes conectáveis ​​de 400 Gbps, a maioria deles QSFP-DD ZR;
• Em 2021, as remessas de módulos CFP200 coerentes de 2 Gbps aumentaram 17%, para pouco mais de 200,000 unidades, pois o OEM chinês FiberMall aumentou a capacidade nessa velocidade para aplicações metropolitanas e de longa distância.

Como se sabia anteriormente, a Cisco finalmente adquiriu a Acacia por um preço de 4.5 bilhões. 

A taxa de crescimento dos módulos ópticos comuns está diminuindo, mas os módulos ópticos coerentes dobraram. O que Acacia faz de melhor é exatamente a parte coerente.

Os dados da Dell'Oro mostram que 400G ZR atingirá 250,000 unidades em 2026, enquanto 800G ZR será produzido mais rapidamente que 400G ZR no início, impulsionando o rápido desenvolvimento das taxas.

O módulo coerente gradualmente miniaturizado pode apenas atender aos requisitos concisos e abertos do DCI. Seja ZR ou ZR+, seja 400G ou 800G, as oportunidades para o mercado DCI superam os desafios.

Conclusão

Transceptores 400G em Quad Small Form-factor Pluggable–Double Density (QSFP-DD) baseado na técnica de modulação PAM4 tornaram-se populares para interconexão de rede óptica de 400G no data center. 400G ZR, DR4, FR4, LR4 e SR8 QSFP-DD ópticos exemplificam a tecnologia PAM4 na aplicação Ethernet 400G. FiberMall é um fornecedor integrado de comunicação óptica profissional, atualmente fornecendo produtos, incluindo transceptores de fibra óptica, cabos DAC e AOC, cabos de fibra óptica, divisores WDM e PLC e outras séries de redes. Os transceptores ópticos 400G DR4/FR4/LR4/SR8/ZR estão disponíveis no FiberMall e você é sempre bem-vindo para entrar em contato conosco ou visitar nosso site.