Модуль оптического приемопередатчика 100GBASE-SR BD — функции и приложения

С появлением облачных вычислений и сетей 5G центры обработки данных, как правило, развиваются более высокими темпами, а спрос на модули оптических приемопередатчиков 100G растет. В настоящее время оптические модули 100G занимают большую часть стоимости построения сети. В среде приложений в центрах обработки данных более 90 % оптоволоконных линий в малых и средних центрах обработки данных имеют длину менее 100 метров. В крупных центрах обработки данных более 70% оптоволоконных линий имеют длину менее 100 метров, а более 80% — менее 125 метров. Многомодовое волокно может удовлетворить потребности большинства соединений, поэтому наибольшим спросом пользуется многомодовый модуль 100G. Многомодовый модуль QSFP28 100G имеет три основных решения: 100GBASE-SR BD, 100GBASE-SR4, 100GBASE-SWDM4 и 100G QSFP28 BiDi SR1.2.

1. Технические характеристики продукта

Среди трех многорежимных модулей 100G наиболее широко используется 100GBASE-SR4. 100G QSFP28 SR4 — полнодуплексный оптический модуль с возможностью горячей замены и центральной длиной волны 850 нм, соответствующий стандартам IEEE 802.3BA. Он специально используется для передачи на короткие расстояния в сетях 100G Ethernet. Оптический модуль 100G QSFP28 SR4 может обеспечить четыре независимых канала отправки и приема, каждый из которых может работать со скоростью 25 Гбит/с. При использовании интерфейса MPO или MTP (8-ядерный) дальность передачи составляет 70 м при использовании многомодового волокна OM3 и 100 м при использовании многомодового волокна OM4. Принцип его работы показан ниже:

принцип работы 100G QSFP28 SR4

В отличие от 100G QSFP28 SR4, для передачи которого требуется восемь оптических волокон, модуль 100G QSFP28 SR BiDi (двунаправленный) использует технологию WDM, позволяющую каждому порту LC одновременно передавать и получать оптические сигналы разных длин волн от многомодового волокна. Два интерфейса LC могут в общей сложности передавать и принимать сигналы 100G. Двунаправленный оптический интерфейс VCSEL с двумя длинами волн, PAM4 2 × 50 Гбит/с, 850 нм/900 нм. Эти модули предназначены для работы в многомодовых оптоволоконных системах с длинами волн 850 нм на одном конце и 900 нм на другом. Они могут передавать до 70 метров при использовании оптоволоконного патч-кабеля OM3, до 100 метров при использовании оптоволоконного патч-кабеля OM4 и до 150 метров при использовании оптоволоконного патч-кабеля OM5. Принцип работы следующий.

принцип работы 100G QSFP28 SRBD

100GBASE-SWDM4 похож на 100G QSFP28 SR БиДи в том, что оба имеют дуплексные интерфейсы LC. SWDM относится к коротковолновой технологии мультиплексирования с разделением по длине волны, аналогичной одномодовым схемам CWDM4 и LWDM4, через MUX/DMUX для реализации комбинированного разделения волн и передачи оптических сигналов четырех диапазонов по основному многомодовому волокну. Окна четырех диапазонов: 850 нм, 880 нм, 910 нм и 940 нм; максимальное расстояние передачи составляет 70 метров при использовании оптоволоконного соединительного кабеля OM3 и до 100 метров при использовании оптоволоконного соединительного кабеля OM4. Принцип работы следующий.

принцип работы 100G QSFP28 SWDM4

Критически важные рабочие нагрузки, такие как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение, увеличивают потребность в вычислениях и трафике внутри структур, что приводит к переходу к более плотным и быстрым соединениям в гребнях и магистралях центров обработки данных, а также между гребневыми/стоечными коммутаторами и серверами. При обновлении традиционного центра обработки данных с 10G до 40G или 100G дуплексный кабель LC, подключаемый к оптическому модулю SFP, необходимо преобразовать в кабель MPO, подключающийся к оптическому модулю QSFP, что увеличивает эксплуатационные расходы. Как можно упростить проводку и снизить капитальные затраты? Оптический модуль, использующий решение BiDi, может сделать это, 100G QSFP28 BiDi SR1.2 является таким продуктом.

FiberMall 100G QSFP28 BiDi SR1.2

Очень похожий на оптический модуль 40G QSFP+ SR BiDi, модуль 100G QSFP28 BiDi SR1.2 позволяет операторам центров обработки данных повторно использовать существующую инфраструктуру дуплексных перемычек LC при обновлении с 10G SR или 40Gb BiDi до 100G. Обновляя сетевые устройства одного терминала за раз, оператор связи может гибко модернизировать центр обработки данных.

100G QSF28 SR1.2 — это оптический модуль Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP28) BiDi. Он поддерживает скорость 100 Гбит/с и соответствует стандарту IEEE802.3bm 100GBASE-SR4. Модуль использует двухжильное дуплексное многомодовое оптическое волокно LC. Он принимает модуляцию 4x25G NRZ на электрическом конце и преобразует в модуляцию 2x50Gbps PAM4 на оптическом конце. Общая пропускная способность составляет 100Gb. Технология PAM4 поддерживает передачу сигналов со скоростью 50 Гбит/с и 25 Гбод.

100G QSFP28 SR BiDi используется парами для подключения 100G, а также может быть подключен к 400G QSFP+ SR BiDi в режиме ответвления 4 x 100G.

Видно, что хотя четыре модуля необходимо использовать с многомодовыми оптическими волокнами, технические принципы модулей не совпадают. 100G QSFP28 SR4 использует четырехканальную параллельную передачу, поэтому для завершения передачи необходимо как минимум 8 оптических волокон (четыре приемных и четыре передающих). 100GBASE-SR BD использует одно оптоволокно для передачи и приема данных 50G, а два интерфейса совместно передают данные 100G. 100GBASE-SWDM4 использует технологию мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) для мультиплексирования сигналов четырех диапазонов в одно оптическое волокно для передачи. Два оптических волокна необходимы для приема и передачи.

2. Выбор применения продукта

Все три модуля совместимы с основным портом 100G QSFP28, и, несмотря на большую разницу в технических характеристиках, разница в применении невелика: 100GBASE-SR4 необходимо использовать с многорежимной перемычкой MPO 8/12 ядер, 100GBASE-SR BD и 100GBASE-SWDM4 должны использоваться с дуплексным многомодовым волокном LC. С точки зрения оптоволоконных ресурсов и стоимости кабелей, оптоволоконные ресурсы кабелей 100GBASE-SR BD и 100GBASE-SWDM4 требуют только 1/4 от ресурсов 100GBASE-SR4, что может значительно сэкономить капитальные затраты на оптоволоконную инфраструктуру. Однако стоимость 100GBASE-SR BD и Модули 100GBASE-SWDM4 намного выше, чем у 100GBASE-SR4. Таким образом, с точки зрения общей стоимости оптического модуля + волокна использование 100GBASE-SR BD или 100GBASE-SWDM4 не обязательно ниже, чем использование 100GBASE-SR4.

Дуплексные многомодовые кабели в центрах обработки данных

Почему некоторые клиенты выбирают 100GBASE-SR BD и 100GBASE-SWDM4, когда общая стоимость приложения выше, чем 100GBASE-SR4? После общения с заказчиком технический персонал FiberMall обнаружил, что 100GBASE-SR BD или 100GBASE-SWDM4 были выбраны, потому что потребность в сети была повышена с исходных 10G/25G до 100G, а сетевая проводка 10G/25G была в основном дуплексной LC. многомодовое волокно. Если Модуль QSFP28 100G SR4 используется, оригинальная проводка должна быть значительно изменена, и стоимость будет чрезвычайно высокой. Поэтому будет выбран 100GBASE-SR BD или 100GBASE-SWDM4 с интерфейсом LC.

Хотя 100GBASE-SR BD и 100GBASE-SWDM4 являются дуплексными интерфейсами LC, существует огромная разница в технологиях. Известно, что сейчас мало производителей в мире выпускают 100GBASE-SWDM4. FiberMall является одним из производителей оптических модулей, который может производить 100G QSFP28 SWMD4, который используется меньшим количеством клиентов и имеет некоторую нестабильность в поставке чипов. 100GBASE-SR BD имеет высокий технический порог. FiberMall начал массовую отгрузку с 2020 года, экологическая разработка продукции хорошая. FiberMall рекомендует оптические модули 100G QSFP28 SR BD для сетей 100G в дуплексных многомодовых кабельных средах центров обработки данных.

Преимущества 100G QSFP28 BiDi SR1.2

• Сокращение капиталовложений за счет повторного использования дуплексной многомодовой оптоволоконной инфраструктуры LC
• Сократите операционные расходы за счет плавного перехода с 10 Гбит/с SR или 40 Гбит/с BiDi до 100 Гбит/с.
• Подготовьтесь к будущим обновлениям сети, предоставив соединения со скоростью 400 Гбит/с.
• Используйте прямую коррекцию ошибок KP4 (FEC) для уменьшения ошибок передачи при скорости передачи данных 100 Гбит/с.

Кабельная система ЦОД с 100G QSFP28 BiDi SR1.2

Как показано ниже, 400G QSFP-DD BiDi SR4.2 можно развернуть на магистральном уровне, выступающем в качестве магистрали сети, с ответвлениями, подключенными к конечным узлам. Развертывать 100G QSFP28 БиДи SR1.2 в магистральных и конечных узлах и обновить магистраль до 400G по мере роста требований к пропускной способности.

Топология центра обработки данных с архитектурой «листовой хребет»

Как показано ниже, подключаемые оптические модули обеспечивают большую дальность действия и эксплуатационную гибкость, чем предварительно собранные кабели (DAC/AOC). Операторы могут использовать 100G QSFP28 BiDi SR1.2 для подключения к серверам на верхней стойке или развернуть 400G в TOR с подключением ответвлений ниже по течению. Подключите 1×400G QSFP-DD BiDi SR4.2 с 4×100G QSFP28 BiDi SR1.2 к серверу.

Топология центра обработки данных для подключения коммутатора к серверу

При подключении центра обработки данных на короткие расстояния FiberMall может не только обеспечить 100G QSFP28 BiDi SR1.2, но также 40G QSFP+ SR BiDi и 100G QSFP28 SWDM4, а также может продолжать использовать дуплексную многомодовую перемычку LC. Он может заменить оптические модули 40G QSFP+ SR4 и 100GE QSFP28 SR4, значительно экономя ресурсы оптического волокна и упрощая управление оптическим волокном в центре обработки данных.