Знания

Бурный рост облачных вычислений, искусственного интеллекта и анализа больших данных привел к росту спроса на оптические трансиверы с высокой-пропускной способностью, низкой-задержкой, энергоэффективностью-и экономичностью-. В контексте сетевой архитектуры, развивающейся от 100G до400Gи за его пределами,QSFP-ДДФорм-фактор упаковки стал отраслевым ответом на эти проблемы, удвоив доступную плотность ввода-вывода, сохраняя при этом обратную совместимость с существующимиКСФПинфраструктура. Среди различных вариантов QSFP-DD решение DR4 (4-полосной связи с двойной плотностью) особенно выделяется в приложениях на коротких расстояниях.

Важность QSFP-DD DR4

Оптические трансиверы QSFP-DD DR4являются ключевой технологией для операторов центров обработки данных, позволяющей модернизировать свои сети доСкорость 400Gбез полной реконструкции существующей инфраструктуры. Эти модули обеспечивают пропускную способность 400 Гбит/с по одномодовому оптоволоконному кабелю длиной до 500 метров, обслуживая соединения внутри-центров обработки данных, соединения между верхними-стойками-коммутаторами ядра и высокопроизводительные-вычислительные кластеры.ДР4решение в первую очередь направлено на максимальное увеличение плотности портов в средах с-ограниченным пространством, обеспечивая при этом четкий путь перехода с устаревших систем.

Оптический модуль QSFP-DD DR4

Архитектура скорости передачи данных:КаждыйДР4модуль доставляет400Gпропускная способность за счет использования четырех параллельных оптических каналов, каждый из которых работает со скоростью 100 Гбит/с. Этот4x100GВ архитектуре используется кодирование PAM4 для достижения высоких скоростей передачи данных при сохранении целостности сигнала.

Расстояние передачи:Модули DR4 поддерживают передачу по одномодовому оптоволоконному кабелю (OS2) на расстояние до 500 метров. Это расстояние оптимизировано для приложений внутри-центров обработки данных, где не требуются чрезвычайно большие расстояния, но важно надежное высокоскоростное-соединение.

Потребляемая мощность:Типичное энергопотребление составляет менее 12 Вт. Расширенное управление температурным режимом обеспечивает надежную работу даже в средах с высокой-плотностью.

Физический интерфейс:Модуль оснащен 8-канальным электрическим интерфейсом, соответствующим стандартуQSFP-ДДспецификации, имеет форм-фактор примерно 18,35 × 89,4 мм. Конструкция с двойной-плотностью позволяет использовать 36 портов в коммутаторе высотой 1U, что вдвое увеличивает плотность портов по сравнению с традиционными устройствами.КСФПмодули.

Тип волокна и разъем: ДР4обычно используется параллельное одномодовое оптоволокно-(OS2) сРазъемы МПО, обеспечивая передачу 400 Гбит/с в радиусе 500 метров. Это отличается отКСФП-100G-DR-Sодноканальный подход-, поскольку модуль DR4 работает как законченныйтрансивер 400Gрешение.

Диапазон температур:Большинство модулей DR4 надежно работают в диапазоне от 0 до 70 градусов.
 

Основные технологии и принципы

Технология модуляции PAM4

PAM4 (4-уровневая импульсно-амплитудная модуляция) представляет собой фундаментальный сдвиг в технологии оптических сигналов. В отличие от традиционного кодирования NRZ (без-возврата-к нулю), которое использует два уровня сигнала для представления двоичных данных, PAM4 использует четыре различных уровня амплитуды для кодирования двух битов на символ.
 

Как работает PAM4:В сигнале PAM4 каждый символ может представлять одно из четырех состояний: 00, 01, 10 или 11. Это эффективно удваивает скорость передачи данных без увеличения скорости передачи данных. Например, сигнал со скоростью 26,5625 ГБод при использовании PAM4 может передавать данные со скоростью 53,125 Гбит/с, тогда как при использовании NRZ он будет передавать только 26,5625 Гбит/с.

Преимущества DR4:Модуляция PAM4 позволяет модулям DR4 достигать скорости 100 Гбит/с на канал без необходимости использования чрезмерно-электронных компонентов или чрезвычайно жестких допусков на дисперсию.

Рекомендации по сигналу:По сравнению с NRZ сигналы PAM4 имеют меньший запас по шуму из-за меньшего расстояния между уровнями амплитуды. Усовершенствованная упреждающая коррекция ошибок (FEC), цифровая обработка сигналов (DSP) и прецизионная аналоговая схема работают вместе, чтобы поддерживать приемлемый уровень битовых ошибок даже в условиях пониженного уровня сигнала-по отношению к-шуму.

Технология коробки передач

Редуктор является критически важным компонентом, который устраняет несоответствие скорости между электрическим интерфейсом хоста и скоростями оптического канала. ВQSFP-DD DR4Модули Gearbox выполняют сложное преобразование скорости передачи данных и распределение каналов. Хост предоставляет восемь электрических каналов 50 Гбит/с (8×50G PAM4) на интерфейсе модуля. Gearbox преобразует этот 8-канальный электрический сигнал 400G в четыре оптических канала 100 Гбит/с (4×100G PAM4) для передачи по оптоволоконному кабелю. Функциональность современного Gearbox с учетом протоколов поддерживает границы пакетов, управляет потоком данных и правильно выравнивает данные по нескольким каналам, чтобы предотвратить повреждение данных во время преобразования.

Оптимизация производительности:Конструкция Gearbox включает в себя буферизацию, схемы пересечения тактовой области и адаптивную коррекцию для минимизации задержки и джиттера. Эти функции минимизируют накладные расходы, которые электрическое-в-оптическое преобразование добавляют к общему пути передачи.

Интерфейс MDC

Интерфейс MDC — это стандартизированный протокол, совместимый с I2C-, который обеспечивает базовые возможности мониторинга и управления дляQSFP-ДДмодули. Через интерфейс MDC сетевые операторы могут получать доступ-в режиме реального времени к информации о температуре модуля, напряжении питания, передаче оптической мощности, приеме оптической мощности и токе смещения лазера. Интерфейс MDC позволяет хосту настраивать параметры модуля, поддерживая разнообразные сценарии развертывания и стратегии оптимизации.

Модули QSFP-DD реализуют стандартизированную карту памяти, определенную отраслевыми спецификациями, обеспечивая согласованность интерфейса управления разных поставщиков, упрощая управление сетью и снижая сложность интеграции. Эти три основные технологии работают совместно для обеспечения надежной передачи данных 400G.QSFP-DD DR4оптические модули должны соответствовать стандарту QSFP-DD MSA, стандарту IEEE 802.3bs и стандарту OIF CEI-56G-PAM4.

Сравнение с FR4/LR4

QSFP-DD 400Gсерия включает в себя несколько типов интерфейсов, каждый из которых оптимизирован для различных требований к передаче. Три основных решения — это DR4, FR4 и LR4.

Сравнение трех интерфейсов 400G:

Архитектура оптической передачи:

Выбор сценария применения:

Примечание. Стандарт DR4 определен для одномодовых оптоволоконных приложений. Для использования многомодового волокна обратитесь к другим стандартам интерфейса, таким как400Г СР8.

Что касается типов разъемов,ДР4используетМПО-12параллельный разъем (8-жильный оптоволоконный кабель), в то время какФР4иLR4использовать дуплексLC-разъемы(2-жильный одномодовый). Использование развертыванийКабели ЦАП Ciscoперед установкой следует проверить совместимость с конкретной платформой коммутатора и поставщиком модуля.

Преимущества ДР4

На физическом уровне,QSFP-DD DR4оптических модулей можно развернуть 36400Gпорты в стойке размером 1U - удваивают плотность портов традиционного QSFP -, что напрямую приводит к экономии средств для центров обработки данных с ограниченным пространством в стойке. Что касается энергоэффективности, модули DR4 поддерживают энергопотребление ниже 12 Вт, используя лазерную технологию DFB или EML для достижения высоко-производительной одномодовой передачи-; совокупная экономия энергии значительна в масштабе, одновременно снижая нагрузку на систему охлаждения. С экономической точки зрения DR4 использует одномодовое волокно (OS2) для обеспечения надежной передачи данных на расстояние 500 метров при стоимости модуля.На 30–50 % ниже, чем FR4/LR4.. Кроме того, DR4 полностью соответствуетQSFP-ДДСтандарты MSA и IEEE 802.3bs, обеспечивающие совместимость-от различных поставщиков. В то же время,QSFP-ДДпорты обратно совместимы сКСФП/КСФП28модули, поддерживающие стратегию поэтапной модернизации сети, которая эффективно защищает существующие инвестиции.