Обзор оптического трансивера 200G: QSFP56 против QSFP-DD

 

С быстрым развитием оптических сетей связи и межсетевых соединений в последние годы спрос пользователей на сети также вырос в соответствии с тенденцией, что привело к тому, что трафик магистральных сетей связи растет быстрыми темпами от 50% до 80%. в год. Чтобы удовлетворить потребности пользователей, скорость передачи оптической связи также увеличилась, от предыдущих разработок 10G, 25G, 40G до сегодняшних 100G, 200G, 400G и т. Д. Хотя оптические модули 100G стали мейнстримом рынка, требования к полосе пропускания, плотности портов и количеству энергии, потребляемой системой, все еще растут, что еще больше продвигает технологию к 200G, 400G или более высокоскоростным системам. Эта статья предоставит подробное введение в оптические модули 200G и познакомит вас с этой восходящей звездой.

 

1. Что такое оптический трансивер 200G?

 

В настоящее время существует два основных типа оптических модулей 200G: 200G QSFP56 и 200G QSFP-DD. Во-первых, как эволюция 40G QSFP + и 100G QSFP28, QSFP56 (Quad 50 Gigabits Small Form-factor Pluggable) разработан специально для 200G Ethernet. QSFP56 обозначает 4 x 50–56 Гбит / с в форм-факторе QSFP. По сравнению с QSFP + и QSFP28, форм-фактор QSFP56 как QSFP 200 Гбит / с, поддерживающий 4 канала по 50 Гбит / с, может обеспечить более высокую скорость сети. Наиболее важным изменением с QSFP + и QSFP28 на QSFP56 является то, что QSFP56 переходит с кодировки NRZ на кодировку PAM4. Оптические модули QSFP56 доступны в двух основных формах упаковки: QSFP56 SR4 и QSFP56 FR4.

 

Оптический трансивер QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable Double-density) соответствует стандартам IEEE802.3bs и QSFP-DD MSA. «Двойная плотность» означает, что модуль поддерживает вдвое большее количество высокоскоростных электрических интерфейсов по сравнению со стандартным модулем QSFP28. Благодаря технологии модуляции NRZ скорость передачи данных до 25 Гбит / с x 8 (каналов) может быть достигнута для передачи по сети 200 Гбит / с. Между тем, с технологией модуляции PAM4 скорость передачи данных может достигать 50 Гбит / с x 4 (каналов), что позволяет передавать по сети 400 Гбит / с для высокопроизводительных вычислительных центров обработки данных и облачных сетей. Модули QSFP-DD могут поддерживать 400 Гбит / с, а QSFP56 - только 200 Гбит / с, поэтому форма пакета QSFP56 чаще используется в оптических модулях 200 Гбит / с.

 

2. QSFP200 56 Гбит / с и QSFP-DD 200 Гбит / с: разные технологии модуляции

 

Существует два технических направления для оптических модулей 200G, одно - это сеть PAM4 50x4G в QSFP56 упаковка; другой - это сеть 8x25G NRZ в пакете QSFP-DD. Короче говоря, NRZ (невозврат к нулю) - это технология модуляции с двумя уровнями напряжения для представления логического 0 и логической 1. Напряжение буквально не «возвращается к нулю»; логический 0 - это отрицательный PAM4, который использует четыре уровня напряжения для представления четырех комбинаций 2-битной логики: 11, 10, 01 и 00.

200G NRZ против PAM4

По сравнению с технологией PAM4, 200G NRZ (8X25G) обладает такими преимуществами, как низкое энергопотребление, низкая задержка и простота развертывания, поэтому 200G NRZ может реализовать недорогое оптическое соединение в центрах обработки данных. Среди оптических модулей 200G NRZ обычно доступны QSFP-DD LR4 и QSFP-DD ER4.

 

  • 200 г QSFP-DD LR4

 

200G КСФП-ДД LR4 преобразует 8-канальные входные электрические данные со скоростью 25 Гбит / с или 4 канала со скоростью 50 Гбит / с в оптические сигналы LWDM. Он содержит дуплексный разъем LC для оптического интерфейса и 76-контактный разъем для электрического интерфейса. Чтобы минимизировать оптическую дисперсию в системе дальней связи, в этом модуле необходимо использовать одномодовое волокно (SMF). Хост FEC требуется для поддержки передачи по оптоволокну на расстояние до 10 км.

200 г QSFP-DD LR4

  • 200G КСФП-ДД ER4

Модуль включает 4 независимых канала на LWDM4 1295.56, 1300.05, 1304.58 и 1309.14 нм с центральной длиной волны, работающей со скоростью 50 Гбит / с на канал. Он содержит дуплексный разъем LC для оптического интерфейса и 76-контактный разъем для электрического интерфейса. Чтобы минимизировать оптическую дисперсию в системе дальней связи, в этом модуле необходимо использовать одномодовое волокно (SMF). Он может поддерживать до 30 км с 200G FEC и до 40 км со встроенным PFEC.

200G КСФП-ДД ER4

В отличие от NRZ, технология PAM4 50x4 Гбит / с для передачи 200 Гбит / с не требует использования восьми каналов 25 Гбит / с для передачи 200 Гбит / с, что экономит затраты на оптоволокно и снижает потери в канале. Среди оптических модулей 200G PAM4 наиболее часто используются QSFP56 SR4 и QSFP56 FR4.

 

  • 200G QSFP56 SR4

Игровой автомат КСФП56 СР4 полнодуплексный оптический модуль offИмеет 4 независимых канала передачи и приема, каждый из которых способен работать со скоростью 53.125 Гбит / с для совокупной скорости передачи данных 200 Гбит / с на 70 метрах многомодового волокна OM3. Волоконно-оптический кабель с разъемом MTP / MPO-12 APC можно вставить в розетку модуля QSFP56 SR4. Центральные длины волн всех 4 параллельных полос составляют 850 нм. Он содержит оптический разъем MPO-12 APC для оптического интерфейса и 38-контактный разъем для электрического интерфейса.

200G QSFP56 SR4

  • 200G QSFP56 FR4

Модуль 200G FR4 преобразует 4-канальные электрические входные данные 200 Гбит/с (PAM4) в оптические сигналы CWDM (свет) с помощью управляемых 4-волновых EML. Центральные длины волн 4 каналов CWDM составляют 1271, 1291, 1311 и 1331 нм как элементы сетки длин волн CWDM, определенной в ITU-T G.694.2. Он содержит дуплексный разъем LC для оптического интерфейса и 38-контактный разъем для электрического интерфейса. Он предназначен для приложений оптической связи на расстоянии 2 км.

200G QSFP56 FR4

 

3. Оптический Ethernet 200G приемопередатчик Решение для электрического интерфейса

 

Стандарт протокола IEEE 200G был выпущен позже, чем стандарт 400G, а стандарт 200G был предложен в 2015 году и утвержден в 2018 году. Спецификация IEEE802.3bs определяет тип электрического интерфейса приемопередатчика 200G. Каковы решения электрического интерфейса для оптического трансивера 200G Ethernet?

Электрический интерфейс оптического трансивера 200G в настоящее время использует две схемы передачи сигналов: NRZ и PAM4.

  • Решение 200G NRZ

Схематическая диаграмма структуры физического уровня решения NRZ

Схематическая диаграмма структуры физического уровня решения NRZ

Имя электрического интерфейса решения 200G NRZ — 200GAUI-8 с 8 каналами и одноканальной скоростью 26.5625 Гбит/с. 200GAUI-8 применяется между PMA и PMA. Часть PMA трансивера представляет собой микросхему редуктора или микросхему ретаймера, которая может передискретизировать сигнал для устранения влияния джиттера и шума.

электрический интерфейс 200GAUI-8

электрический интерфейс 200GAUI-8

 

  • Решение 200G PAM4

Схематическая диаграмма структуры уровня PHY решения PAM4

Схематическая диаграмма структуры уровня PHY решения PAM4

Электрический интерфейс решения 200G PAM4 — 200GAUI-4, количество каналов уменьшено вдвое по сравнению с решением NRZ, а одноканальная скорость составляет 26.5625 ГБд. Как и 200GAUI-8, 200GAUI-4 также используется между PMA и PMA. Часть PMA трансивера представляет собой микросхему редуктора или микросхему ретаймера, которая может передискретизировать сигнал для устранения влияния джиттера и шума.

электрический интерфейс 200GAUI-4

электрический интерфейс 200GAUI-4

В дополнение к типу электрического интерфейса между PMA и PMA спецификация также определяет количество каналов и скорости передачи сигналов для оптической передачи на одномодовом уровне PMD, поэтому будет много различных типов интерфейсов между PMA и PMD.

Основной принцип одномодового Ethernet 200G основан на варианте спецификации Ethernet 400G, что особенно отражено в использовании передачи 50 Гбит/с в PAM4 и определении 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 и 200Gbase-LR4.

PMD
ТипКаналФормат модуляции Скорость передачиЧастота битовых ошибок (BER)ОптоволокноВносимые потери каналаРасстояние передачи
200GBASE-DR44PAM426.5625GBDBER<2.4E-4SMF3dB2m-500m
200GBASE-FR44PAM426.5625GBDBER<2.4E-4SMF4dB2м-2км
200GBASE-LR44PAM426.5625GBDBER<2.4E-4SMF6.3dB2km-10km

Спецификации 200Gbase-DR4, 200Gbase-FR4 и 200Gbase-LR4 в PMD

Чтобы соответствовать типу передачи PMD, тип сигнала между PMA и PMD 200Gbase-DR4 также является PAM4, который может быть сопоставлен с интерфейсами 200GAUI-8 или 200GAUI-4.

Если же линия индикатора 200Gbase-DR4 соответствует электрическому интерфейсу 200GAUI-4 (PAM4), часть PMA внутри трансивера представляет собой 4-полосный ретаймер PAM4.

Электрический интерфейс 200GAUI-4 и 4-канальный ретаймер PAM4 для 200Gbase-DR4Электрический интерфейс 200GAUI-4 и 4-канальный ретаймер PAM4 для 200Gbase-DR4

Если же линия индикатора 200Gbase-DR4 соответствует электрическому интерфейсу 200GAUI-8 (PAM4), тогда часть PMA внутри приемопередатчика будет представлять собой коробку передач 8-way NRZ to 4-way PAM4.

Электрический интерфейс 200GAUI-8 и коробка передач 8-way NRZ to 4-way PAM4 для 200Gbase-DR4

Электрический интерфейс 200GAUI-8 и коробка передач 8-way NRZ to 4-way PAM4 для 200Gbase-DR4

200Gbase-FR4 похож на 200Gbase-LR4 и DR4 тем, что все они используют одномодовую схему мультиплексирования с разделением по длине волны, которая объединяет четыре оптических пути с разными длинами волн в один и отправляет его. Кроме того, чтобы соответствовать типу передачи PMD, тип сигнала между PMA и PMD — PAM4, который можно согласовать с интерфейсами 200GAUI-8 или 200GAUI-4. Если 200Gbase-FR4/DR4 это в сочетании с электрическим интерфейсом 200GAUI-4 часть PMA внутри трансивера будет представлять собой 4-полосный ретаймер PAM4.

Электрический интерфейс 200GAUI-4 и 4-канальный ретаймер PAM4 для 200Gbase-FR4/DR4

Электрический интерфейс 200GAUI-4 и 4-канальный ретаймер PAM4 для 200Gbase-FR4/DR4

Если он сочетается с электрическим интерфейсом 200GAUI-8 (PAM4), часть PMA внутри приемопередатчика будет представлять собой коробку передач 8-way NRZ to 4-way PAM4.

Электрический интерфейс 200GAUI-8 и редуктор от 8-way NRZ до 4-way PAM4 для 200Gbase FR4/DR4

 Электрический интерфейс 200GAUI-8 и редуктор от 8-way NRZ до 4-way PAM4 для 200Gbase FR4/DR4

Одномодовое решение PAM200 4G может обеспечить передачу на расстояние от 2 м до 10 км. Если он использует электрический интерфейс 200GAUI-4, внутри трансивера будет использоваться 4-канальный ретаймер PAM4; если он принимает электрический интерфейс 200GAUI-8 (PAM4), а часть PMA внутри трансивера будет использовать 8-ходовой редуктор NRZ на 4-ходовой PAM4, который является необязательным для производителей. Во всех оптических трансиверах FiberMall200G QSFP56 DR4/FR4 используется электрический интерфейс 200GAUI-4.

4. Оптический трансивер 200G: новый выбор для дата-центра

 

В 2020 году широкомасштабное применение онлайн-сервисов, продвигаемое COVID-19, открыло новые возможности роста на рынке центров обработки данных и ускорило модернизацию и обновление технологий центров обработки данных. Новые приложения, такие как видео 4K HD, прямые трансляции и виртуальная реальность, способствовали быстрому росту сетевого трафика и спроса на новые приложения, такие как облачные вычисления, услуги IAA и большие данные, что выдвигает более высокие требования к внутренней передаче данных в Дата центр. Поэтому в центре обработки данных реализуется передача с более высокой пропускной способностью, например 200G или 400G. IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) стандартизировал 200G и 400G, особенно для DCN (сети передачи данных). 400G был одобрен стандартом IEEE 802.3bs Ethernet еще в 2017 году и первоначально был предложен в 2013 году. С другой стороны, 200G был утвержден в 2018 году, а первоначальное предложение появилось в 2015 году. 200G и 400G имеют почти одинаковые стандарты и требования, но оптический трансивер 400G не получил широкого распространения на рынке. И для оптических модулей 200G тоже не так много производителей, которые могут их предоставить, Fiber Mall — исключение. Для центра обработки данных обновление со 100G до 200G — лучшее решение на данном этапе. Технология 200G более зрелая, чем 400G. Из-за конкуренции между OEM (производителем оригинального оборудования) и сторонними производителями модулей он также предоставляет больше возможностей для оптических модулей 200G и снижает стоимость их покупки. Таким образом, центр обработки данных с ограниченным бюджетом может отложить более дорогое обновление 400G на потом и сначала принять промежуточную схему 200G. Fiber Mall может предоставить вам высококачественные оптические модули 200G, включая полную серию приемопередатчиков 200G QSFP56, QSFP56 AOC, приемопередатчиков 200G QSFP-DD и КСФП-ДД АОС.

 

Оставьте комментарий

Наверх