Memahami Modul Optik 400g

 

Mengapa 400G Berlaku Apabila Ia Berlaku

 

Terdapat sesuatu yang tidak dapat dielakkan untuk perkembangan jalur lebar yang telah dijangkakan oleh veteran industri. Lonjakan daripada 10G kepada 40G terasa ketara pada masa itu. Kemudian 100G tiba dan tiba-tiba semua orang bercakap tentang-seni bina daun dan corak trafik timur-barat. Tetapi 400G? Peralihan itu telah berbeza.

Skim modulasi NRZ yang memberi perkhidmatan terbaik kepada kami dari 1G hingga 25G tidak dapat skala ekonomi melebihi 100G. Fizik menjadi mahal. Integriti isyarat menjadi mimpi ngeri. Anda secara teknikal boleh menolak NRZ dengan lebih keras, pasti-tetapi keluk kos tidak masuk akal untuk penggunaan volum. Oleh itu, industri beralih kepada PAM4.

Perkara yang PAM4 lakukan-dan ini patut difahami jika anda menetapkan infrastruktur-adalah mengekod dua bit bagi setiap simbol dan bukannya satu. Empat tahap amplitud bukannya dua. Dua kali ganda pemprosesan data tanpa menggandakan kadar baud. Pertukaran? Nisbah isyarat anda-kepada-bunyi mengambil masa kira-kira 10dB pukulan berbanding NRZ. Itu bukan perkara remeh. Itulah sebabnya setiap modul 400G dihantar dengan pembetulan ralat ke hadapan, dan mengapa DSP (pemproses isyarat digital) telah menjadi komponen kritikal dalam transceiver ini.

 

 

Perang Faktor Bentuk

 

Saya telah menyaksikan perdebatan QSFP-DD lawan OSFP dimainkan di pameran perdagangan dan dalam mesyuarat perolehan selama bertahun-tahun sekarang. Kedua-dua pihak mempunyai hujah yang sahih. Kedua-duanya belum pasti menang.

QSFP-DD keluar daripada pakatan QSFP-DD MSA dengan keserasian ke belakang sebagai ciri pembunuhnya. Mendapat sekumpulan modul QSFP28 yang anda belum bersedia untuk menggantikannya? Mereka akan dimasukkan terus ke dalam sangkar QSFP-DD. Dimensi-lebar 18.35mm, panjang 89.4mm-pastikan faktor bentuk biasa. Anda boleh memuatkan 36 port dalam panel hadapan 1U. Itu ialah 14.4Tbps daya pemprosesan agregat jika anda mengisi setiap slot. Bagi pengendali yang menaik taraf secara berperingkat, ini amat penting.

OSFP mengambil pendekatan yang berbeza. Kumpulan Octal Small Form-Pluggable berkata: lupakan keserasian ke belakang, mari mengoptimumkan pengurusan haba dan kebolehskalaan masa hadapan. Pada 22.58mm lebar dan 107.8mm panjang, modul OSFP mempunyai lebih luas permukaan untuk pelesapan haba. Ia menyokong sampul kuasa sehingga 15-20 watt berbanding siling 12-15W QSFP-DD. Apabila anda menjalankan optik yang koheren atau merancang untuk 800G, ruang kepala itu menjadi relevan.

NVIDIA menggunakan semua-OSFP untuk platform InfiniBand Quantum-2 mereka. Itu bukan apa-apa. Tetapi suis perusahaan daripada Cisco dan Arista masih kebanyakannya menghantar port QSFP-DD.

 

Apa Maksud Huruf Sebenarnya

 

Jika anda pernah melihat pada helaian spesifikasi tertanya-tanya mengapa DR4 berharga kurang daripada FR4 walaupun kedua-duanya adalah "modul 400G", anda tidak bersendirian. Nomenklatur mengikut corak, tetapi corak tersebut mempunyai pengecualian dan pengecualian mempunyai logiknya sendiri.

• SR (Julat Pendek): Gentian berbilang mod, panjang gelombang 850nm. 400G-SR8 menggunakan lapan lorong selari 50G PAM4 pada penyambung MPO-16. Julat mendahului sekitar 100 meter pada gentian OM4-70 meter pada OM3. Terdapat juga SR4, yang memuatkan 100G ke dalam setiap empat lorong menggunakan VCSEL berkelajuan lebih tinggi. Jangkauan yang sama, lebih sedikit gentian. Varian 400G-SR4.2 (kadangkala dipanggil BIDI) menjadi pintar dengan penghantaran dua arah, menjalankan dua panjang gelombang pada setiap arah untuk mencapai 400G melalui empat gentian sahaja.
• DR4: Gentian mod-tunggal, 1310nm, 500 meter. Ini adalah usaha untuk sambungan pusat-intra data yang lebih lama daripada yang SR boleh kendalikan. Setiap satu daripada empat lorong optik membawa 100G PAM4 melalui pasangan gentian khusus. MPO-12 penyambung. Keupayaan pecahan di sini adalah penting-satu DR4 boleh dibahagikan kepada empat pautan 100G-DR bebas, yang membantu semasa menyambungkan peralatan 100G lama.
• FR4: Dua kilometer, mod-tunggal. Di sinilah seni bina kotak gear memperoleh keuntungannya. Modul ini mengambil lapan lorong elektrik 50G, menukarnya kepada empat lorong optik 100G melalui DSP, kemudian panjang gelombang-memultiplekskan keempat-empatnya pada pasangan gentian tunggal menggunakan jarak CWDM4 (1271, 1291, 1311, 1331nm). Penyambung LC dupleks. Pengkabelan yang lebih kemas daripada pendekatan selari DR4.
• LR4 dan seterusnya: Skim panjang gelombang yang sama seperti FR4, tetapi dioptimumkan untuk jangkauan 10km. ER4 menolak ke 40km. ZR4 mencecah 80km tetapi memerlukan pengesanan koheren-teknologi berbeza sepenuhnya, titik harga berbeza, kes penggunaan berbeza. Piawaian 400ZR daripada OIF menyasarkan aplikasi DCI metro secara khusus di mana anda memerlukan optik koheren boleh pasang dalam plat muka suis.

 

 

Soalan DSP

 

Setiap transceiver 400G mengandungi pemproses isyarat digital. Setiap satu. Ini bukan pilihan-Modulasi PAM4 tidak akan berfungsi tanpa pelaziman isyarat yang canggih.

Apakah sebenarnya yang dilakukan oleh DSP? Suapan-penyamaan ke hadapan untuk mengimbangi kehilangan saluran. Penyamaan maklum balas keputusan untuk gangguan antara-simbol. Pemulihan jam dan data untuk mengekstrak masa daripada isyarat yang diterima. Pengekodan FEC pada penghantaran, penyahkodan FEC dan pembetulan ralat pada penerimaan. Dalam modul koheren, tambahkan pampasan serakan kromatik dan pengurusan serakan mod polarisasi pada senarai itu.

DSP membakar kuasa. Banyak sangat. Dalam kebanyakan modul 400G, DSP menyumbang lebih separuh daripada jumlah penggunaan kuasa. Marvell, Broadcom dan Inphi (kini sebahagian daripada Marvell) telah dikunci dalam persaingan untuk mengecilkan nod proses dan meningkatkan kecekapan. Lonjakan daripada DSP 7nm kepada 5nm telah bermakna-penjimatan kuasa pada susunan 20% untuk kefungsian yang setara.

Terdapat perdebatan berterusan tentang sama ada DSP harus beralih ke suis ASIC itu sendiri (apa yang dipanggil oleh sesetengah orang sebagai "optik boleh pasang linear" atau LPO). Hujahnya berbunyi: jika anda sudah melakukan pemprosesan isyarat pada suis, mengapa menirunya dalam setiap transceiver? Argumen balas-melibatkan kebolehoperasian modul dan cabaran praktikal optik kelayakan merentas platform suis yang berbeza. Yang ini akan dimainkan dalam beberapa tahun akan datang.

 

Silicon Photonics Memasuki Gambar

 

Ingat apabila semua orang menganggap laser InP (indium phosphide) akan menguasai 400G? Naratif itu beralih.

Intel dan Cisco bertaruh awal pada fotonik silikon-mengintegrasikan komponen optik pada substrat silikon menggunakan proses fabrikasi CMOS standard. Janji itu sentiasa mengenai kos pada skala. Optik diskret tradisional memerlukan pemasangan manual cip laser, modulator, pengesan foto, setiap satu daripada bahan yang berbeza. Fotonik silikon membolehkan anda membina kebanyakan enjin optik pada satu dadu.

Penghantaran modul fotonik silikon 400G-DR4 hari ini menawarkan ekonomi yang menarik untuk penggunaan skala besar. Ia tidak lebih murah secara universal daripada EML-alternatif-namun-tetapi trajektori kos mengutamakan silikon apabila hasil fab bertambah baik. Faedah penggunaan kuasa juga, terutamanya dalam bahagian modulator.

Yang berkata, silikon membuat laser biasa-biasa saja. Masalah jurang jalur tidak langsung belum diselesaikan. Jadi, modul fotonik silikon pun biasanya menggunakan cip perolehan InP atau GaAs luaran, hibrid-yang disepadukan pada platform silikon. Ia adalah kejuruteraan yang elegan, tetapi "fotonik silikon" kekal sebagai terminologi yang agak aspirasi.

 

Kuasa dan Realiti Terma

 

Penyejukan udara mencapai had praktikalnya untuk ketumpatan ini. Penyejukan cecair-plat sejuk pada suis ASIC, kemungkinan rendaman untuk keseluruhan rak-tidak lagi eksotik. Ia hanyalah infrastruktur mahal yang masih dipelajari oleh organisasi kemudahan untuk menentukan dan menyelenggara.

 

Senario Breakout

 

Satu keupayaan yang tidak mendapat perhatian yang mencukupi: Modul 400G selalunya boleh dikonfigurasikan untuk operasi pecahan, dipersembahkan sebagai antara muka-berbilang rendah kepada sistem hos.

Satu 400G-SR8 boleh menjadi dua pautan 200G-SR4, atau dua pautan 100G-SR4 yang berjalan pada kadar separuh, atau malah lapan saluran 50G bebas (varian "disalurkan" atau SR8-C). 400G-DR4 boleh terbahagi kepada empat sambungan 100G-DR-berguna apabila anda perlu menyambungkan port suis 400G ke empat pelayan 100G yang berasingan.

Pengkabelan menjadi menarik di sini. Abah-abah pemecah dupleks MPO-12 hingga 4xLC mengambil satu port DR4 dan mengipaskannya kepada empat pasangan SMF bebas. Arkitek rangkaian menyukai fleksibiliti ini, tetapi implikasi pengurusan kabel adalah nyata. Pelan kabel berstruktur anda perlu mengambil kira senario pecahan dari hari pertama, atau anda akan menjalankan kabel tampung ad-hoc enam bulan selepas penggunaan.

 

Apa Maksud 800G untuk 400G

 

Industri bergerak pantas. 800Penghantar penerima G kini dihantar-kebanyakannya varian SR8 dan DR8 untuk sambung kluster AI. Adakah itu menjadikan 400G usang? Tak dekat pun.

Ekosistem 400G telah matang. Kos modul telah menurun dengan ketara. Saling kendali merentas vendor telah-diwujudkan dengan baik. Untuk sebahagian besar keperluan rangkaian perusahaan dan awan, 400G mewakili titik manis prestasi, kos dan kebiasaan operasi. Ia akan kekal sebagai permainan volum untuk-fabrik tulang belakang dan-tujuan umum sambungan pusat data selama bertahun-tahun.

800G dan akhirnya 1.6T akan mendominasi dalam persekitaran AI/ML di mana GPU perlu memindahkan data latihan pada kadar yang tidak masuk akal. Pasaran berbeza, keperluan berbeza, perbualan bajet berbeza. Kebanyakan rangkaian tidak perlu mengejar keluk itu.

 

 

Pertimbangan Praktikal Tiada Siapa Menulis Tentang

 

Beberapa perkara yang dipelajari dengan cara yang sukar:

Keserasian modul EEPROM lebih penting daripada vendor mengakui. Transceiver "Serasi" yang berfungsi dengan baik dalam satu model suis mungkin membuang ralat pada model lain dengan ASIC yang sama tetapi perisian tegar yang berbeza. Bina dalam masa ujian apabila melayakkan-optik pihak ketiga.

Penyambung LC pada modul FR4 dan LR4 ialah dupleks-jumlah dua gentian-tetapi penyambung MPO pada DR4 dan SR8 menggunakan pengilat APC (sentuhan fizikal bersudut). Mencampurkan penyambung APC dan UPC akan memberi anda kehilangan pulangan 20dB+ dan ralat terputus-putus. Pengekodan warna wujud atas sebab tertentu.

Modul PAM4 daripada pengeluar yang berbeza boleh mempunyai pelaksanaan FEC yang berbeza secara halus. Piawaian memberi ruang untuk tafsiran. Jika anda melihat ralat pembetulan tinggi yang tidak dapat dijelaskan dikira pada pautan, cuba tukar satu hujung dengan-modul vendor yang sama sebelum menyalahkan kilang gentian.

Suhu penting. Modul ini dinilai untuk suhu kotak sehingga 70 darjah biasanya, tetapi prestasi merosot sebelum anda mencapai siling itu. Pastikan mereka tenang jika anda mahukan tingkah laku yang konsisten.

 

Jalan Hadapan

 

Modul optik 400G telah beralih daripada terdepan kepada infrastruktur arus perdana. Keputusan teknologi-QSFP-DD berbanding OSFP, selari berbanding WDM, silikon berbanding optik diskret-tidak lagi membawa risiko yang sama seperti tiga tahun lalu. Rantaian bekalan yang kukuh wujud. Berbilang vendor yang layak bersaing pada harga dan ciri. Badan piawai telah menyeterika kebanyakan kes kelebihan kebolehoperasian.

Untuk penempatan perancangan arkitek rangkaian hari ini, rangka kerja pilihan adalah mudah: padankan faktor bentuk dengan strategi platform suis anda, pilih jenis transceiver (SR/DR/FR/LR) berdasarkan keperluan jangkauan sebenar dan jangan melebihi-spesifikasi. 400G-LR4 berharga lebih besar daripada 400G-DR4-jika larian terpanjang anda ialah 300 meter, anda akan menghabiskan belanjawan tanpa faedah operasi.

Beberapa tahun akan datang akan membawa peningkatan tambahan: DSP kuasa yang lebih rendah, hasil fotonik silikon yang lebih baik, mungkin beberapa penyeragaman sekitar seni bina boleh pasang linear. Tetapi platform teknologi asas telah stabil. 400G tidak lagi muncul. Ia hanyalah infrastruktur sekarang-jenis yang anda boleh rancang dengan yakin.

Dan secara jujur? Selepas huru-hara era 100G awal, kebolehramalan itu patut dihargai.