Передача данных следующего поколения: ЦАП SFP112/QSFP112/QSFP-DD800/OSFP 800G

С наступлением эры больших данных и быстрым развитием центров обработки данных кабели прямого подключения (DAC), также известные как кабели прямого подключения или высокоскоростные кабели, становятся все более популярными в крупных центрах обработки данных из-за их значительного ценового преимущества и характеристик быстрой, безопасной и надежной передачи. Они заняли значительную долю в крупных центрах обработки данных. Прямая трансляция высокой четкости, AI, IoT и другие сетевые приложения 5G продолжают быстро развиваться, растет спрос на более высокие скорости передачи в крупных центрах обработки данных.

В центрах обработки данных маршрутизаторы и коммутаторы имеют интерфейсы на стороне панели ввода-вывода, а соединения между сетевыми устройствами (взаимосвязанными через интерфейсы ввода-вывода) в основном основаны на двух типах соединений: медных кабельных соединениях и оптоволоконных соединениях. Из-за высокой стоимости оптоволокна идеальным решением для передачи на короткие расстояния внутри или между шкафами является DAC (высокоскоростной кабель). Кроме того, по мере того, как скорость одноканального сигнала увеличивается с 56 Гбит/с до 112 Гбит/с, а интерфейсы ввода/вывода сетевых устройств обновляются с 400 Гбит/с до 800 Гбит/с, прямым следствием является резкое увеличение потерь в канале, что приводит к сокращению расстояний передачи для модулей ввода/вывода с пассивным медным кабелем.

Четыре решения для высокоскоростных медных кабелей, упомянутые выше, имеют следующие характеристики:

• Использование разработанного компанией FiberMall высокоскоростного неизолированного провода High Speed ​​серии 112, который обладает превосходными характеристиками.
• Кодирование передачи использует технологию PAM4-112G, поддерживающую предрезонансный сигнал до 40 ГГц (высасывание), и обратно совместимо с QSFP56 и QSFP28.
• Продукты соответствуют спецификации IEEE 802.3ck с максимальной скоростью передачи 800 Гбит/с и обратной совместимостью с продуктами 400G.
• Вносимые потери составляют менее 19.75 дБ при частоте 26.56 ГГц, а при суммировании 8 перекрестных помех на ближнем конце и 7 перекрестных помех на дальнем конце рабочий запас канала (COM) превышает 4 дБ.

Конкретные технические характеристики DAC включают:

• SFP112 30AWG-1.5 м / 28AWG-2.0 м
• КСФП112 30АВГ-1.5М/28АВГ-2.0М
• КСФП-DD800      30АВГ-1.5М / 28АВГ-1.5М
• OSFP 800 30AWG-1.5M / 28AWG-2.0M

Тест продукта FiberMall QSFP112 26AWG 2M

Технология высокоскоростных медных кабелей 112G

Введение высокоскоростного медного кабеля

Высокоскоростной медный кабель обычно относится к DAC (кабель прямого подключения), который представляет собой прямой кабель или прямой медный кабель. В нем используются посеребренные жилы и вспененная изоляция, а также используется экранирование пар проводов и общее экранирование для формирования высокоскоростного кабеля. По сравнению с оптическими модулями, высокоскоростные медные кабели не имеют дорогих оптических лазеров и других электронных компонентов, что значительно снижает затраты и энергопотребление в приложениях на короткие расстояния. Они служат недорогими и эффективными коммуникационными решениями, которые могут заменить оптические модули.

Основные компоненты высокоскоростного ЦАП

ЦАП QSFP112G

Однако с увеличением скорости передачи общая линия предъявляет более строгие требования к потерям в кабеле. Обычные медные кабели больше не могут покрывать дальние расстояния внутри шкафов центров обработки данных. Это привело к появлению активных медных кабелей с линейным усилением, таких как Active Copper Cable (ACC), и еще более мощных активных медных кабелей с CDR (Clock Data Recovery), называемых Active Electric Cable (AEC). Принцип ACC заключается в добавлении линейной компенсации (CTLE) к приемному концу кабеля с помощью аналоговых средств, чтобы компенсировать ситуации с большими потерями в приложениях с медными кабелями и удовлетворить требования системы к линии связи. Принцип AEC заключается в добавлении CDR или более сложных цифровая обработка сигналов (DSP) алгоритмы на обоих концах кабеля. Он выполняет предварительное выделение, устранение выделения, перекомпиляцию и повторное управление входными и выходными сигналами, эффективно изолируя джиттер и шум и обеспечивая передачу с более высоким отношением сигнал/отсутствие (SNR).

Принцип передачи сигнала ACC с линейным усилением

AEC (принцип передачи сигнала по активному медному кабелю CDR или CDR+DSP)

Обзор приложения высокоскоростного медного кабеля

70% интернет-трафика приходится на центры обработки данных, поэтому технологии межсоединений в центрах обработки данных должны соответствовать растущим потокам данных. Крупномасштабные интернет-центры обработки данных были самым быстрорастущим рынком с точки зрения взаимосвязи и областью с самыми быстрыми технологическими инновациями в последние годы. В современной популярной сетевой архитектуре центра обработки данных CLOS доля каналов, использующих оптические модули для ближней и дальней связи между уровнями Leaf и Sp, составляет примерно одну треть от общего числа каналов между коммутаторами и серверами уровня доступа. Для серверов и коммутаторов TOR, на долю которых приходится большая часть межсоединений, для соединения могут использоваться высокоскоростные медные кабели (DAC/ACC/AEC) и активные оптические кабели (AOC), покрывающие расстояния до 20 метров. Пассивные медные кабели (DAC) имеют естественные преимущества перед активными оптическими кабелями (AOC) с точки зрения низкой частоты отказов, низкого энергопотребления и низкой стоимости. С текущим требованием «углеродной нейтральности» эффективность использования энергии (PUE) центров обработки данных стала ключевым показателем для измерения эффективности работы центра обработки данных. В последние годы, со строительством и созданием крупномасштабных/сверхкрупномасштабных центров обработки данных, усовершенствованная интегрированная конструкция значительно увеличила мощность отдельных серверных шкафов, тем самым эффективно сокращая расстояние вертикальной прокладки кабелей для доступа к серверу (путем корректировки места развертывания коммутаторов TOR). С внедрением сетевых устройств типа «белый ящик» и пользовательских вычислительных узлов решения DAC или DAC+ACC стали широко использоваться для каналов доступа к серверной сети внутри шкафов, отвечая требованиям высокой надежности, низкой стоимости и низкого энергопотребления для построения центров обработки данных.

Типичная сетевая архитектура центра обработки данных 1

Типичная сетевая архитектура центра обработки данных 2

Разнообразие типов интерфейсов высокоскоростных медных кабелей в серии 112G обеспечивает множество вариантов для различных архитектурных уровней и сценариев применения. Основываясь на многолетнем опыте работы на рынке и анализе конструктивных характеристик различных интерфейсов высокоскоростных медных кабелей, основные интерфейсы высокоскоростных медных кабелей поколения 112G PAM4 основаны на 400G, QSFP-DD 800G и OSFP 800G. Кроме того, существуют параллельные версии SFP112G/SFP-DD112G/DSFP112G.

Справочник по стандартному интерфейсу

Конструкция высокоскоростного медного кабеля

Высокосовместимое итеративное обновление решения для высокоскоростного медного кабеля 112G PAM4 обеспечивает стабильную миграцию технологии внешнего высокоскоростного медного кабеля нового поколения. Новое решение разработано на основе требований существующего семейства продуктов в сочетании с существующими структурными характеристиками для модернизации и развития. Повышая скорость, он также обеспечивает непрерывность интерфейсов управления и определений контактов.

Структурный дизайн медного кабеля

На основе различных прикладных сред были созданы различные формы продуктов OSFP и QSFP-DD. Конструкция нескольких форм основана на учете требований к рассеиванию тепла модуля. Учитывая, что потребляемая мощность пассивных медных кабелей очень низкая (уровень милливатт) и принимая во внимание нормализацию форм продуктов, способствует здоровому развитию продуктов и рынка, QSFP-DD Type1 и OSFP Open Top обычно являются предпочтительными моделями для пассивных медных кабелей (с учетом КСФП112Г Например).

Справочник по размерам QSFP112

Медная схема

Определение контакта QSFP112

Example Схема хост-платы QSFP112 для пассивных медных кабелей

Стандарт интерфейса управления

Справочные характеристики карты EEPROM

По поводу вышеизложенного см. Интерфейс управления SFF-8636 для кабельных сред, версия 2.9.

Карта памяти модуля CMIS

По поводу вышеизложенного см. Спецификация общего интерфейса управления, ред. 4.0.

Испытания и сертификация высокоскоростных медных кабелей

Чтобы обеспечить единство и стандартизацию процесса сертификации высокоскоростных кабелей на основе требований стандарта испытаний EIA-364 в сочетании с конструктивными и прикладными характеристиками внешних высокоскоростных медных кабелей, требованиями к электрической, механической и экологической надежности.

1. Требования и методы проверки целостности сигнала

Следующие пункты представляют собой тестовые данные TP1-TP4, включая выравнивание печатной платы MCB и разъем, как показано на следующем рисунке:

Характеристики теста:

2. Требования к испытаниям на электрическую надежность

3. Требования к испытаниям на механическую надежность

4. Требования к испытаниям на экологическую надежность

5. Требования к испытаниям на совместимость с жидкостным охлаждением