Оптические трансиверы 400G: подробное описание типов и применения

Оптические трансиверы 400G созданы для адаптации к сетевому рынку 25G, от 40G до 100G, 200G, 400G и даже 1T. Оптические трансиверы 400G играют важную роль в построении сетевой системы 400G. По длине оптической волны оптические приемопередатчики 400G можно разделить на многомодовые (MM) и одномодовые (SM); Что касается режима модуляции сигнала, они делятся на модуляцию NRZ и PAM4 (в настоящее время в основном PAM4); По дальности передачи их можно разделить на SR, DR, FR и LR; По форм-фактору их можно разделить на OSFP, QSFP-DD, CFP8, CWDM8, CDFP, COBO.

1. Каковы форм-факторы оптических трансиверов 400G?

• OSFP(Восьмеричная малая форма–фактор подключаемый)

Модуль 400G OSFP применяется для нового стандарта интерфейса, который несовместим с существующим фотоэлектрическим интерфейсом. Имея размеры 100.4 * 22.58 * 13 ^ 3 мм, он немного больше, чем QSFP-DD, и требует большей площади печатной платы. Приемопередатчик OSFP представляет собой новый сменный форм-фактор с восемью высокоскоростными электрическими линиями, поддерживающими 400 Гбит / с (8x50G). OSFP имеет встроенный радиатор, который значительно улучшает тепловые характеристики и позволяет устанавливать модули мощностью до 15 Вт в шасси коммутатора с обычным потоком воздуха. 

• QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable Double Density)

Оптический трансивер 400G QSFP-DD является расширением интерфейса QSFP, удваивая исходный 4-канальный интерфейс до 8 каналов, то есть обеспечивая так называемую двойную плотность. Модуль совместим с существующими оптическими модулями QSFP28 и QSFP28 AOC/DAC, что является одним из его главных преимуществ. Электрический интерфейс QSFP-DD использует 8 каналов, и скорость каждого канала достигает 25 Гбит/с (модуляция NRZ) или 50 Гбит/с (модуляция PAM4), обеспечивая решения до 200G или 400G. Пропускная способность QSFP-DD может быть в десять раз больше, чем у QSFP+, или в четыре раза больше, чем у QSFP28. Основные форм-факторы оптического модуля 400G QSFP-DD включают 400G DR4, 400G FR4, 400G LR4 и 400G SR8. Среди них трансивер 400G SR8 соответствует стандарту IEEE 802.3 см и требованиям к линиям передачи 70 м OM3 и 100 м OM4/OM5, использует 16-жильные многомодовые разъемы MPO, имеет 8 передатчиков и 8 приемников и передает сигнал со скоростью 50 Гбит/с при модуляции каждого канала по PAM4. Кроме того, 400G SR8 обладает ценовым преимуществом благодаря использованию VCSEL-лазера.

По сравнению с 400G OSFP, 400G QSFP-DD вдвое меньше и в настоящее время поддерживает только до 400 Гбит / с, но OSFP может поддерживать до 800 Гбит / с. QSFP-DD в основном предназначен для текущих сетей 400G, которые будут развернуты в больших масштабах, в то время как OSFP, скорее всего, будет использоваться для будущих сетей 800G. Таким образом, в сочетании с текущим статусом QSFP-DD больше подходит для сети 400G.

• CFP8

CFP8 является расширением CFP4, которое увеличивает количество каналов до 8 и размер до 40 * 102 * 9.5 ^ 3 мм соответственно. решение более дорогое и требует использования шестнадцати лазеров 25G. CFP8 более чем в 3 раза превышает размер QSFP-DD. Поскольку серия оптических модулей CFP в основном используется для приложений операторского уровня, где требования к плотности портов не так высоки, как в центрах обработки данных, CFP8 поддерживает только 400 Гбит / с (16x25G или 8x50G). QSFP-DD поддерживает как 200 Гбит / с (8x25G), так и 400 Гбит / с (8x50G), что больше подходит для прокладки кабелей на короткие расстояния в центрах обработки данных.

• CWDM8

Модуль CWDM400 8 Гбит / с является расширением стандарта CWDM4 со скоростью 50 Гбит / с на длину волны. Он имеет четыре центральные длины волны, а именно 1351/1371/1391/1411 нм. Его диапазон длин волн становится шире, требования к MUX / DeMux выше, количество лазеров удваивается, а максимальная входная мощность составляет 8.5 дБм.

• CDFP

Стандарт CDFP 400G родился раньше, и пока выпущена третья версия спецификации. Это первый модуль большего размера 16x25G = 400G. Он использует 16 каналов со скоростью одного канала 25G. Из-за большого количества каналов размер также относительно велик.

• COBO(Cонсортиум для On BОрд Oоптика)

COBO означает, что все оптические компоненты размещены на печатной плате. Основные преимущества этого модуля - хороший отвод тепла и небольшие размеры. Однако, поскольку горячая замена не поддерживается, будет сложно отремонтировать деталь в случае выхода из строя.

Среди вышеупомянутых форм корпуса оптических трансиверов 400G наиболее распространены QSFP-DD и OSFP.

2. какие"Чем отличаются оптические трансиверы 400G и 10G / 25G / 40G / 100G / 200G?

По сравнению с оптическими модулями 10G, 25G, 40G, 100G появление оптических модулей 400G откроет новую эру оптической связи. Оптическая связь меняется от когерентного обнаружения с одной несущей в оптических модулях начального уровня к приложениям с поляризационным мультиплексированием с несколькими несущими. Фотонная интеграция и электронная интеграция, технология АЦП / ЦОС станет ключом к коммерциализации системы оптической связи 400G. Учитывая острую потребность в стандартизации Ethernet, потребность в оптическом распараллеливании значительно облегчит развитие технологии фотонной интеграции. Хотя в оптических модулях 400G используется только один оптический чип, стоимость высока ： в оптических модулях 10G / 25G, стоимость оптического чипа составляет около 30%; в оптических модулях 40G / 100G стоимость оптического чипа составляет около 50%; а в оптических модулях 400G стоимость оптического чипа достигает 70%. Хотя оптические модули 10G, 25G, 40G и даже 100G стали мейнстримом рынка, но с ростом требований к полосе пропускания, плотности портов и энергопотреблению системы, оптические модули 400G еще больше подтолкнут технологию к более высокому уровню развития.

По сравнению с 200G оптическими модулями, более распространенным форм-фактором 400G являются 400G QSFP-DD , хотя 200G оптические модули также доступны в форм-факторе QSFP-DD, но более распространенным является 200G QSFP56. Поскольку производители оригинального оборудования (OEM) и сторонние поставщики модулей сейчас активно разрабатывают и производят 200G оптические модули, чтобы конкурировать на развивающихся рынках, приобретение 200G оптических модулей становится дешевле. Поэтому центр обработки данных с ограниченным бюджетом может отложить более дорогостоящее обновление до 400G на более поздний срок и выбрать промежуточный вариант — 200G.

3. Резюме

Основная функция оптических трансиверов 400G заключается в увеличении пропускной способности данных и максимальном увеличении полосы пропускания и плотности портов в центрах обработки данных. Спрос на полосу пропускания в мегацентрах обработки данных растет, и в будущем оптические модули 400G будут лучшим выбором для повышения производительности системы и снижения затрат на полосу пропускания. Более того, появление сетей 5G станет еще одним положительным фактором повышения рыночной стоимости оптических трансиверов 400G.