Эволюция технологии 800G OSFP/QSFP-DD на основе оптоэлектронной технологии на основе Si

Абстрактные

Растущие потребности гипермасштабных центров обработки данных в пропускной способности стимулируют разработку 800G OSFP/QSFP-DD. Сменные модули следующего поколения будут использовать более высокие скорости передачи данных, стандартизированные протоколы и расширенную интеграцию для достижения передачи 800G в небольших форм-факторах. Ключевые функции, такие как поддержка 800GbE, несколько клиентских тарифов, совместимые режимы и низкое энергопотребление, ускорят их коммерциализацию. Ожидается, что благодаря развитой технологии кремниевой фотоники и технологии трехмерной упаковки 800G OSFP/QSFP-DD достигнет широкомасштабного развертывания в 2024 году.

Введение

Непрерывный рост трафика центров обработки данных стимулирует развитие технологий более высокой пропускной способности и более эффективных оптических соединений. 400G OSFP/QSFP-DD со скоростью передачи сигналов 60G были успешно внедрены в последние несколько лет, но сейчас акцент смещается на следующее поколение 800G OSFP/QSFP-DD.

Ожидается, что гипермасштабируемые центры обработки данных возглавят переход на 800G OSFP/QSFP-DD, требуя порты 800G для платформ коммутаторов и маршрутизаторов следующего поколения. Как и в эпоху 400G, организации по стандартизации настаивают на гармонизации параметров, чтобы обеспечить функциональную совместимость и экономию от масштаба между несколькими поставщиками. Это включает удвоение скорости передачи данных примерно до 120 Гбит/с и увеличение разноса каналов до 150 ГГц.

Передовые технологии, такие как кремниевая фотоника, трехмерная интеграция и электроника смешанных сигналов, обеспечивают более высокие скорости передачи данных и схемы модуляции, необходимые для работы 800G. Опираясь на валидацию кремниевых 400G ОСФП/QSFP-DD и модулей с оптимизированной производительностью, эти технологии теперь применимы для разработки подключаемых оптических модулей 800G в малых форм-факторах, таких как QSFP-DD и OSFP.

Ключевые особенности, такие как 800GbE Поддержка, несколько низкоскоростных клиентов, совместимые режимы, продукты с высокой мощностью передачи и низкое энергопотребление позволят их применение в различных сетях. Ожидается, что благодаря конвергенции технологий и стандартизации широкомасштабное внедрение 800G OSFP/QSFP-DD достигнет примерно 2024 года.

Гармонизация оптических стандартов 800G

Отраслевые организации, такие как OIF, Open ROADM и IEEE, продвигают гармонизацию стандартов 800G, чтобы обеспечить совместимость между несколькими поставщиками. Сюда входит стандартизация оптических параметров 800G, клиентских протоколов и интерфейсов управления модулями.

Что касается оптической передачи, OIF определяет 800ZR, которое представляет собой совместимое когерентное решение DWDM 800G, обеспечивающее усиленную передачу по каналу связи на расстояние 80 км с использованием оптики класса 3 со скоростью передачи сигналов около 120 G в бодах и модуляцией 16QAM. Open ROADM также предусматривает режим повышенной производительности, который включает в себя совместимую реализацию вероятностного формирования созвездия (PCS) для улучшения отношения оптического сигнала к шуму с рабочей скоростью передачи данных более 130 Гбод.

Рис. 1. Удвоение скорости передачи данных и расстояния между каналами от класса 2 со скоростью около 60+G бод до класса 3 со скоростью около 120+G бод (Источник: Cisco)

На стороне клиента IEEE 802.3ck определяет спецификации физического уровня для работы 800GbE через 100γ интерфейсов. OIF и Open ROADM также поддерживают мультиплексирование клиентов с более низкой скоростью (например, 400GbE и 100GbE) по оптическим каналам 800G. Кроме того, соглашение OIF о внедрении спецификации общего интерфейса управления (CMIS) обеспечивает совместимость управления между подключаемыми модулями разных производителей. Гармонизируя оптические, клиентские и управленческие параметры, стандарты 800G создадут такую ​​же экономию за счет масштаба, как и 400G, обеспечивая при этом функциональную совместимость между несколькими поставщиками.

Передовые технологии для 800G OSFP/QSFP-DD

Использование передовых технологий, таких как кремниевая фотоника, трехмерная интеграция и электроника смешанных сигналов, важно для разработки компактных и эффективных 800G OSFP/QSFP-DD.

Технология кремниевой фотоники обеспечивает компоненты мультиплексирования с разделением по длине волны с высокой плотностью полосы пропускания, такие как модуляторы, мультиплексоры и фотодетекторы, которые могут быть интегрированы в кремниевую подложку. Эта технология позволяет масштабировать более высокие скорости передачи данных выше 100G экономически эффективным и масштабируемым способом.

Технологии трехмерной интеграции или силицизации (такие как соединение перевернутых кристаллов, укладка чипов и упаковка подложек высокой плотности) обеспечивают тесную интеграцию фотоники и КМОП-электроники. Эта интеграция может улучшить целостность сигнала и энергоэффективность на скоростях 800G.

Электроника смешанного сигнала следующего поколения, такая как ЦАП и АЦП с пропускной способностью 112 Гбит/с на канал, а также новые DSP, позволяют передавать высокоскоростные сигналы и сложные схемы модуляции, необходимые для оптической передачи 800 Гбит/с.

Эти технологии были проверены в модулях с оптимизированной производительностью, таких как кремниевые 400G OSFP/QSFP-DD и когерентные модули CIM от Acacia, что делает их перспективными для поддержки крупномасштабной разработки 800G OSFP/QSFP-DD.

Рис. 2. Слева направо: технологии 3D-силиконизации для сменных модулей MSA класса 2 и модулей CIM 3 с оптимизированной производительностью класса 8. Высокоинтегрированная совместная упаковка имеет решающее значение для сменных модулей MSA класса 3 800G. (Источник: Cisco)

Ключевые особенности приложений 800G OSFP/QSFP-DD

Для достижения успешных крупномасштабных приложений, 800G OSFP/QSFP-ДД необходимо поддерживать некоторые ключевые функции для удовлетворения требований сетевых приложений и развития отрасли. Основной особенностью является поддержка клиентского трафика 800GbE. Ожидается, что в 800 году появятся порты коммутаторов и маршрутизаторов 2024G, а для соединения этих платформ подключаемые модули должны иметь встроенные возможности 800GbE. В переходный период, когда клиенты с более низкой скоростью, такие как 400GbE и 100GbE, все еще широко присутствуют в сети, их поддержка мультиплексирования также имеет решающее значение.

Режимы взаимодействия являются еще одним ключевым фактором. 800ZR обеспечит базовый режим для когерентных каналов DWDM. Однако режим PCS Open ROADM offобеспечивает более высокую производительность, достигая покрытия, сравнимого с 400G. Такая гибкость соответствует потребностям различных сетевых топологий и приложений. Продукты с высокой передачей мощности необходимы для традиционных сетей, использующих существующую инфраструктуру ROADM. Встроенные усилители обеспечивают более высокую мощность передачи, необходимую для этих каналов.

Наконец, низкое энергопотребление по-прежнему остается приоритетом. Энергоэффективность позволяет максимально увеличить плотность портов коммутаторов и линейных карт маршрутизаторов 800G, а также обеспечить обратную совместимость с существующими портами 400G. Оптимизированная конструкция 800G OSFP/QSFP-DD будет использовать последние достижения в области интеграции кремниевой фотоники и масштабирования технологических узлов CMOS для снижения энергопотребления.

Рис. 3. Иллюстрация ключевых функций, необходимых для подключаемых модулей 800G MSA (Источник: Cisco)

Заключение

Тенденции отрасли показывают, что 800G OSFP/QSFP-DD является следующим шагом в эволюции межсетевых соединений центров обработки данных. Ожидается, что благодаря сочетанию развития технологий и конвергенции стандартизации 800G OSFP/QSFP-DD достигнет широкомасштабного развертывания сети примерно в 2024 году. Его появление будет синхронизировано с портами 800G платформ коммутаторов и маршрутизаторов следующего поколения, обеспечивая прямую пропускную способность. обновления для операторов дата-центров. 800G OSFP/QSFP-DD будет опираться на ключевой опыт и технологии, полученные в приложениях оптических модулей 400G, обеспечивая функциональность и производительность, необходимые для оптических межсоединений следующего поколения.