Modul Optik 400G dalam Rangkaian Moden

 

Perang Faktor Bentuk Tiada Siapa Menang

 

QSFP-DD dan OSFP muncul daripada proses standard seperti dua adik beradik yang tidak bersetuju dengan apa-apa kecuali mereka berdua mahukan 400G. Industri memerlukan lapan lorong elektrik pada 50Gbps setiap satu, dan dua konsortium berbeza memutuskan untuk menyelesaikan masalah itu dalam dua cara berbeza.

QSFP-DD memenangi hujah keserasian. Ia sesuai dengan sangkar QSFP28 sedia ada jika anda menjeling cukup keras dan tidak kisah dengan baris kedua pin. Keserasian ke belakang adalah penting apabila anda mempunyai berpuluh-puluh ribu port yang digunakan dan CFO yang bertanya soalan terperinci tentang aset yang terkandas.

OSFP memenangi hujah terma. Perumah yang lebih besar sedikit dan sink haba bersepadu bermakna anda sebenarnya boleh menghilangkan 15-20 watt yang dilukis oleh modul ini tanpa memasak port bersebelahan. Saya telah melihat kad talian di mana sudut port QSFP-DD secara konsisten berjalan 8 darjah lebih panas daripada yang tengah kerana reka bentuk aliran udara menganggap sampul kuasa 100G.

Kedua-duanya tidak benar-benar menang. Kebanyakan hyperscaler menggunakan QSFP-DD untuk kesederhanaan inventori. Kebanyakan penggunaan telekom menggunakan OSFP kerana modul koheren mereka memerlukan ruang kepala haba. Semua orang memilih apa sahaja yang dihantar oleh vendor suis mereka dan meneruskan.

Varian QSFP112 patut disebut kerana ia mengelirukan semua orang. Empat lorong pada 100G setiap satu-agregat 400G yang sama, lebih sedikit lorong, SerDes yang lebih baharu. Ia penting untuk ketersambungan NIC di mana anda mahu pelayan-ke-pautan TOR tanpa kerumitan kotak gear DSP. Ia kurang penting daripada tuntutan vendor di tempat lain.

 

PAM4 Mengubah Segala-galanya (Dan Memecahkan Beberapa Perkara)

 

Inilah yang tiada siapa yang jelaskan dengan secukupnya apabila mereka menjual anda pada 400G: Isyarat PAM4 memperdagangkan imuniti hingar untuk kecekapan jalur lebar, dan pertukaran itu tidak percuma.

Pengekodan NRZ menggunakan dua tahap isyarat. Tinggi atau rendah. Satu atau sifar. Penerima anda hanya perlu membezakan antara kedua-dua keadaan tersebut, dan gambar rajah mata memberi anda jidar yang selesa. PAM4 menggunakan empat tahap-00, 01, 10, 11-yang bermakna penerima anda kini perlu membezakan antara tiga lintasan ambang dengan satu pertiga pemisahan voltan. Penalti SNR 9.54dB secara teori bukan teori sama sekali. Ia muncul dalam kaunter pra-FEC BER anda setiap hari.

DSP di dalam modul 400G melakukan kerja heroik mengimbangi ini. Suapan-penyamaan ke hadapan, penyamaan maklum balas keputusan, jam dan pemulihan data-semua berjalan pada 53.125 GBaud setiap lorong. Apabila ia berfungsi, ia tidak kelihatan. Apabila ia tidak berfungsi, anda mendapat semburan ralat yang boleh dibetulkan yang diselingi oleh ralat yang tidak boleh dibetulkan sekali-sekala, dan semoga berjaya mengetahui sama ada masalahnya ialah modul anda, gentian anda, hos anda atau sinaran latar belakang kosmik.

 

 

Varian Panjang Gelombang: Lebih Daripada Jangkauan Sekadar

 

Spesifikasi jangkauan hanya menceritakan sebahagian daripada cerita.

400G-SR8 menggunakan VCSEL 850nm merentas lapan gentian selari, menyasarkan 100 meter di atas OM4. Ia murah. Ia berbilang mod. Ia memerlukan penyambung MPO-16 dengan lapan gentian TX dan lapan RX. Dalam rak atau antara rak bersebelahan, ini berfungsi dengan baik. Apabila seseorang bertanya tentang menjalankannya "sedikit lagi", ingatkan mereka bahawa penyebaran modal pada 850nm tidak berunding.

400G-DR4 beroperasi pada 1310nm pada empat gentian mod tunggal-selari, dinilai untuk 500 meter. Penyambung MPO-12 menggunakan lapan gentian luar dan meninggalkan empat{11}}fakta yang tidak digunakan yang mengelirukan pemasang kabel kira-kira sekali setiap penempatan. DR4 telah menjadi tenaga kerja untuk penyambungan tulang belakang-daun dalam loji mod tunggal kerana 500 meter meliputi kebanyakan geometri pusat data dengan ruang kosong.

400G-FR4 menggunakan panjang gelombang CWDM4 (1271, 1291, 1311, 1331nm) yang dimultiplekskan pada pasangan gentian tunggal melalui LC dupleks. Jangkauan dua kilometer. Di sinilah 400G mula berasa menjimatkan untuk sambungan kampus, kerana anda tidak menarik lapan-batang MPO gentian antara bangunan.

400G-LR4 memanjangkan pendekatan CWDM4 yang sama hingga 10 kilometer dengan kuasa pelancaran yang lebih tinggi dan penerima yang lebih baik. Lonjakan harga daripada FR4 kepada LR4 masih mengejutkan jabatan perolehan yang belum mengemas kini model mental mereka daripada harga 100G-LR4.

 

Gajah yang Koheren

 

400G-ZR berhak mendapat bahagiannya sendiri kerana ia mewakili teknologi yang berbeza secara asas dengan faktor bentuk yang sama.

Semua yang saya huraikan setakat ini menggunakan-optik pengesan langsung. Cahaya masuk, fotodiod menukarnya, DSP membersihkannya. Optik koheren mengekod maklumat dalam amplitud dan fasa merentas dua polarisasi secara serentak, kemudian gunakan pengayun tempatan dan pemprosesan isyarat digital yang canggih untuk memulihkan segala-galanya pada penerima. Hasilnya: 400Gbps lebih 120+ kilometer gentian tidak diperkuat dalam modul boleh pasang.

Piawaian OIF 400ZR menentukan modulasi 16QAM pada 60 GBaud dengan polarisasi dwi. FEC yang disatukan (-pembuat keputusan dalam Hamming, keras-tangga luar keputusan) memberikan kira-kira 10.8dB keuntungan pengekodan bersih. Keseluruhannya menarik 15-20 watt dan menjana haba yang akan membuatkan modul QSFP-DD menangis.

Saya telah melihat modul ZR dipasang dalam suis yang tidak direka untuk beban haba itu. Casis suis melaporkan suhu biasa kerana penderia pengambilannya mengukur udara sejuk. Modul itu melaporkan 73 darjah kerana ia diapit di antara dua modul ZR lain dengan aliran udara yang tidak mencukupi. Pautan itu-hampir tidak-dengan pembetulan FEC tinggi yang tiada siapa perasan sehingga pra-FEC BER arah aliran melepasi ambang dan paket mula jatuh.

Varian ZR+ dan MZR mendorong jangkauan lebih jauh dengan kos kebolehoperasian. Penambahbaikan khusus vendor-untuk melancarkan kuasa, sensitiviti penerima dan algoritma FEC boleh memanjangkan pautan melepasi 400km, tetapi anda membeli penyelesaian dan bukannya komoditi.

 

 

Soalan Pihak-Ketiga

 

Saya telah mengadakan perbualan ini kira-kira enam ratus kali.

"Bolehkah kami menggunakan-optik 400G pihak ketiga?"

Secara teknikal ya. Spesifikasi MSA wujud dengan tepat untuk membolehkan -berbilang kendalian vendor. QSFP-DD yang patuh daripada pengilang X hendaklah berkelakuan sama dengan satu daripada pengilang Y. Piawaian IEEE mentakrifkan parameter optik dan elektrik. CMIS (Spesifikasi Antaramuka Pengurusan Biasa) menyeragamkan cara hos bercakap dengan modul.

Secara praktikal, ia bergantung.

Mekanisme pengesahan Cisco telah berkembang daripada pendekatan "ralat-lumpuhkan port" platform lama kepada pengesahan vendor yang lebih canggih yang mencatatkan amaran tetapi tidak semestinya melumpuhkan kefungsian. Perintah transceiver-perkhidmatan yang tidak disokong kekal sebagai pintu keluar. Arista cenderung lebih permisif tetapi akan menolak untuk menyokong isu yang mungkin berpunca daripada modul pihak ketiga-. Pendirian Juniper berbeza mengikut platform dan versi perisian dengan cara yang memerlukan perundingan matriks keserasian mereka.

Saya menjalankan-optik pihak ketiga dalam persekitaran makmal tanpa teragak-agak. Untuk laluan pengeluaran yang membawa trafik hasil pada 2 PG apabila sesuatu gagal? Saya mahu dapat menghubungi TAC dan meminta mereka benar-benar membantu dan bukannya segera melencong untuk "menggantikan dengan transceiver yang disokong."

Kos matematik mengubah pengiraan ini untuk hyperscaler yang membeli modul sebanyak puluhan ribu dan menggaji jurutera optik yang boleh mencirikan dan melayakkan pembekal secara bebas. Ini adalah matematik yang berbeza untuk perusahaan yang membeli ratusan modul melalui saluran pengedaran dengan sumber teknikal yang terhad.

 

Realiti Terma

 

Modul 400G QSFP-DD melukis antara 10 dan 15 watt bergantung pada varian dan vendor. Modul ZR koheren 400G mengeluarkan 15-20 watt. Modul 800G QSFP-DD800-sudah digunakan dalam kelompok AI-menarik 18-25 watt.

Letakkan 64 daripada ini dalam suis 2RU dan anda mempunyai 640 watt hanya dari optik sebelum mengambil kira suis ASIC, memori, kipas dan bekalan kuasa. Masalah reka bentuk terma telah beralih daripada "mencukupi" kepada "kritikal" dalam satu generasi.

Saya melihat kamera pengimejan terma menyapu-suis tulang belakang 400G yang dimuatkan sepenuhnya semasa ujian kelayakan. Modul terhangat bukanlah modul yang anda jangkakan. Kedudukan sudut, mengikut angin ekzos ASIC, berjalan lebih panas daripada modul tengah-muka yang mendapat udara segar. Bacaan suhu DDM standard menunjukkan penyebaran 17 darjah merentasi port yang kononnya sama.

Spesifikasi modul menjanjikan operasi dari 0 darjah hingga 70 darjah, tetapi lengkung prestasi tidak kelihatan sama pada 70 darjah seperti yang berlaku pada 25 darjah. Arus ambang laser meningkat. Kecekapan cerun berkurangan. Hanyutan panjang gelombang-dan untuk sistem CWDM4 dan DWDM, hanyutan panjang gelombang bermaksud crosstalk dengan saluran bersebelahan.

Sistem penyejukan udara-menghampiri hadnya. Penyejukan cecair untuk suis kekal eksotik tetapi semakin diperlukan untuk kluster AI/ML di mana GPU dan optik bersaing untuk bajet terma yang sama.

 

 

Menguji Realiti

 

Piawaian IEEE mentakrifkan titik pematuhan. Mereka tidak menjamin pautan khusus anda akan berfungsi.

TDECQ (Transmitter and Dispersion Eye Closure Quaternary) ialah PAM4 bersamaan dengan OMA (Amplitud Modulasi Optik) tetapi lebih rumit. Ia cuba mencirikan kualiti pemancar dengan cara yang meramalkan prestasi penerima. Pengukuran memerlukan penerima rujukan dan perubahan matematik yang berbeza-beza antara vendor peralatan ujian dengan cara yang menyebabkan perdebatan jawatankuasa piawaian yang tidak berkesudahan.

Ujian pra-FEC BER adalah lebih penting berbanding sebelum ini. "cap jari" ralat bit anda-rawak berbanding pecah, diedarkan secara seragam berbanding tertumpu dalam simbol PAM4 tertentu-menentukan sama ada FEC anda sebenarnya boleh membetulkannya. Ralat rawak sebenar bermain dengan baik dengan kod Reed-Solomon. Ralat pecah daripada isu pemulihan jam atau salah laku DSP boleh mengatasi FEC walaupun BER mentah kelihatan boleh diterima.

Saya telah belajar untuk menuntut statistik pra-FEC daripada setiap pautan 400G, bukan hanya menyiarkan-FEC. Pautan yang menunjukkan 0.00 siaran-FEC BER semasa menjalankan pra-FEC BER pada 2×10⁻⁴ kelihatan hebat sehingga anda menyedari hampir tiada margin yang tinggal. Tambahkan penyambung yang sedikit kotor atau laser penuaan, dan pautan itu akan terhuyung ke atas tebing FEC tanpa amaran.

 

Pencemaran Penyambung

 

Pada 400G masalah pencemaran menjadi akut. Mata termodulat mempunyai margin yang lebih sedikit. Zarah-zarah yang tidak dapat dilihat pada kelajuan yang lebih rendah kini cukup lemah untuk menjadi jirim.

Teras gentian mod tunggal-bersaiz 9 mikrometer. Penyambung MTP/MPO-12 membawa lapan laluan gentian aktif (empat TX, empat RX) ditambah empat yang tidak digunakan. Setiap kitaran mengawan berisiko tercemar. Setiap muka akhir yang tercemar berisiko kehilangan sisipan yang memakan belanjawan pautan anda.

Disiplin pembersihan yang diperlukan tidak-boleh dirunding tetapi jarang diikuti secara konsisten. Pencuci satu-klik, lap kering dengan kebimbangan statik, pembersihan basah dengan alkohol isopropil yang mesti disapu kering serta-merta daripada dibiarkan sejat-setiap kaedah mempunyai penganut dan pengkritik. Perkara yang semua orang bersetuju: periksa dengan skop gentian sebelum menyambung, dan jika kotor, bersihkan dan periksa semula.

Saya melihat pasukan penempatan membakar sepanjang petang menyelesaikan masalah pautan 400G-DR4 yang terputus-putus. Pertukaran berbilang modul. Ulasan konfigurasi. Akhirnya memecahkan skop pemeriksaan dan menemui serpihan pembinaan pada penyesuai sekat yang tiada siapa terfikir untuk menyemak. Dua puluh saat dengan alat pembersihan membetulkan perkara yang tidak dapat diselesaikan oleh penyelesaian masalah selama empat jam.

 

 

Maksud Semua Ini untuk Perancangan

 

Jika anda menggunakan fabrik pusat data baharu hari ini, 400G ialah garis asas untuk lapisan tulang belakang dan semakin banyak untuk -pautan atas tulang belakang daun. Kos setiap bit telah menurun ke tempat pecahan 4×100G daripada modul 400G selalunya lebih murah daripada modul 100G individu. DR4 untuk apa-apa yang melebihi 30 meter di dalam bangunan. FR4 untuk perhubungan kampus. LR4 atau ZR jika anda menjangkau antara tapak.

Jika anda sebuah perusahaan yang mempertimbangkan penggunaan 400G pertama anda, platform penukaran telah matang, rantaian bekalan modul telah stabil dan harga tidak lagi memerlukan tandatangan eksekutif-pada setiap pesanan pembelian. Mulakan dengan -penyegaran tulang belakang, buktikan infrastruktur kabel anda boleh mengendalikan toleransi pencemaran yang lebih ketat dan fahami bahawa alatan pengurusan anda perlu mula mengumpul statistik FEC sebelum anda benar-benar memerlukannya.

Jika anda seorang hyperscaler membaca ini, anda sudah melepasi 400G untuk kluster GPU dan tertanya-tanya bagaimana 1.6T sebenarnya akan digunakan. Nasib baik dengan masalah haba; Saya akan membaca kertas kerja anda dalam masa dua tahun.

Modul itu sendiri telah menjadi sangat dipercayai. Masalah berlaku di mana-mana sahaja: penyambung yang tercemar, mod FEC yang salah konfigurasi, reka bentuk terma yang menganggap sampul kuasa semalam dan organisasi sokongan masih belajar cara menyelesaikan masalah integriti isyarat PAM4. Asas yang tidak menarik-membersihkan penyambung anda, mengukur suhu anda, memahami belanjawan FEC anda-lebih penting daripada perbahasan helaian spesifikasi.