Znalost

Explozivní růst cloud computingu, umělé inteligence a analýzy velkých dat vyvolal poptávku po optických transceiverech s vysokou-šířkou pásma, nízkou{1}}latencí, energeticky-efektivním a nákladově{3}}efektivním. V kontextu síťové architektury vyvíjející se ze 100G na400Ga dále,QSFP-DDOdpovědí na tyto výzvy se stal obalový faktor, který zdvojnásobil dostupnou hustotu I/O při zachování zpětné kompatibility se stávajícímiQSFPinfrastruktura. Mezi různými variantami QSFP-DD vyniká řešení DR4 (Dual Density 4-lane) zejména v aplikacích na krátké vzdálenosti.

Význam QSFP-DD DR4

Optické transceivery QSFP-DD DR4jsou klíčovou technologií pro provozovatele datových center, na kterou mohou upgradovat své sítěRychlosti 400Ganiž by došlo k úplné rekonstrukci stávající infrastruktury. Tyto moduly poskytují propustnost 400 Gb/s přes jedno-vlákno až do vzdálenosti 500 metrů, obsluhují vnitro-propojení datových center, špičková{5}}přepínače{6}}rack to core a vysoce-výkonné výpočetní clustery. TheDR4řešení primárně řeší maximalizaci hustoty portů v prostorově{0}}omezených prostředích a zároveň poskytuje jasnou cestu migrace ze starších systémů.

Optický modul QSFP-DD DR4

Architektura datové rychlosti:KaždýDR4modul dodává400Gpropustnost pomocí čtyř paralelních optických kanálů, přičemž každý kanál pracuje rychlostí 100 Gbps. Tento4x100GArchitektura využívá kódování PAM4 k dosažení vysokých datových rychlostí při zachování integrity signálu.

Přenosová vzdálenost:Moduly DR4 podporují přenos přes jedno-vlákno (OS2) až na 500 metrů. Tato vzdálenost je optimalizována pro intra-aplikace datových center, kde nejsou vyžadovány extrémně dlouhé vzdálenosti, ale spolehlivé vysokorychlostní připojení-je zásadní.

Spotřeba energie:Typická spotřeba energie je nižší než 12 wattů. Pokročilé řízení teploty zajišťuje spolehlivý provoz i při nasazení s vysokou-hustotou.

Fyzické rozhraní:Modul je vybaven 8dráhovým elektrickým rozhraním v souladu sQSFP-DDspecifikace, umístěné v rozměru přibližně 18,35 mm × 89,4 mm. Konstrukce s duální-hustotou umožňuje 36 portů v 1U přepínači, což zdvojnásobuje hustotu portů ve srovnání s tradičnímiQSFPmoduly.

Typ vlákna a konektor: DR4obvykle používá paralelní jedno{0}}režimové vlákno (OS2).MPO konektory, poskytující přenos 400 Gbps na vzdálenost 500 metrů. Toto se liší odQSFP-100G-DR-Sstyle single-channel, protože modul DR4 funguje jako kompletní400G transceiverřešení.

Rozsah teplot:Většina modulů DR4 pracuje spolehlivě v rozsahu 0 stupňů až 70 stupňů.
 

Základní technologie a principy

Modulační technologie PAM4

PAM4 (4-úrovňová pulzní amplitudová modulace) představuje zásadní posun v technologii optického signálu. Na rozdíl od tradičního kódování NRZ (Non{4}}Return{5}}to-Zero), které používá dvě úrovně signálu k reprezentaci binárních dat, používá PAM4 čtyři různé úrovně amplitudy pro kódování dvou bitů na symbol.
 

Jak PAM4 funguje:V signálu PAM4 může každý symbol představovat jeden ze čtyř stavů: 00, 01, 10 nebo 11. To efektivně zdvojnásobuje rychlost přenosu dat bez zvýšení přenosové rychlosti. Například signál 26,5625 GBaud pomocí PAM4 může přenášet 53,125 Gbps dat, zatímco při použití NRZ by přenesl pouze 26,5625 Gbps.

Výhody pro DR4:Modulace PAM4 umožňuje modulům DR4 dosáhnout rychlosti 100 Gb/s na kanál, aniž by vyžadovaly příliš vysoké-elektronické součástky nebo extrémně úzké tolerance rozptylu.

Požadavky na signál:Ve srovnání s NRZ mají signály PAM4 nižší šumovou rezervu kvůli menšímu rozestupu mezi úrovněmi amplitudy. Pokročilá dopředná korekce chyb (FEC), digitální zpracování signálu (DSP) a přesné analogové obvody spolupracují, aby udržely přijatelnou bitovou chybovost i za podmínek sníženého -k-šumu.

Technologie převodovky

Převodovka je kritická součást, která překlenuje nesoulad rychlosti mezi hostitelským elektrickým rozhraním a rychlostmi optického kanálu. VQSFP-DD DR4Převodovka provádí komplexní převod datové rychlosti a přidělování kanálů. Hostitel poskytuje osm 50Gbps elektrických kanálů (8×50G PAM4) na rozhraní modulu. Převodovka převádí tento 8-kanálový elektrický signál 400G na čtyři optické kanály 100Gb/s (4×100G PAM4) pro přenos přes vlákno. Protokolově orientovaná funkce moderního Gearboxu udržuje hranice paketů, řídí řízení toku a správně zarovnává data napříč více kanály, aby se zabránilo poškození dat během převodu.

Optimalizace výkonu:Konstrukce převodovky zahrnuje vyrovnávací paměť, obvody křížení hodinových domén a adaptivní vyrovnání pro minimalizaci latence a jitteru. Tyto funkce minimalizují režii, kterou k celkové přenosové cestě přidává elektrická-na-optická konverze.

Rozhraní MDC

Rozhraní MDC je standardizovaný protokol kompatibilní s I2C-, který poskytuje základní možnosti monitorování a řízeníQSFP-DDmoduly. Prostřednictvím rozhraní MDC mohou operátoři sítě v reálném čase přistupovat k informacím o teplotě modulu, napájecím napětí, vysílaném optickém výkonu, přijímaném optickém výkonu a zkreslení laseru-. Rozhraní MDC umožňuje hostiteli konfigurovat parametry modulu a podporuje různé scénáře nasazení a optimalizační strategie.

Moduly QSFP-DD implementují standardizovanou paměťovou mapu definovanou oborovými specifikacemi, což zajišťuje konzistenci rozhraní pro správu napříč dodavateli, zjednodušuje správu sítě a snižuje složitost integrace. Tyto tři základní technologie spolupracují na dosažení spolehlivého přenosu 400G.QSFP-DD DR4optické moduly musí odpovídat standardu QSFP-DD MSA, standardu IEEE 802.3bs a standardu OIF CEI-56G-PAM4.

Srovnání s FR4/LR4

TheQSFP-DD 400Gřada zahrnuje několik typů rozhraní, z nichž každý je optimalizován pro různé požadavky na přenos. Tři hlavní řešení jsou DR4, FR4 a LR4.

Porovnání tří 400G rozhraní:

Architektura optického přenosu:

Výběr scénáře aplikace:

Poznámka: Standard DR4 je definován pro aplikace s jedním-vláknem. Pro použití vícevidových vláken se prosím řiďte dalšími standardy rozhraní, jako např400G SR8.

Pokud jde o typy konektorů,DR4používá anMPO-12paralelní konektor (8žilový vláknitý pásek), zatímcoFR4aLR4použít duplexLC konektory(2-jádro v jednom režimu). Pákový efekt nasazeníCisco DAC kabelyby měl před instalací ověřit kompatibilitu s konkrétní platformou přepínače a dodavatelem modulu.

Výhody DR4

Na fyzické vrstvě,QSFP-DD DR4optické moduly lze nasadit 36400Gporty do 1U prostoru v racku - dvojnásobek hustoty portů oproti tradičnímu QSFP -, což se přímo promítá do úspory nákladů pro datová centra s omezeným prostorem v racku. Pokud jde o energetickou účinnost, moduly DR4 udržují spotřebu energie pod 12 W a využívají laserovou technologii DFB nebo EML k dosažení vysokého-výkonu v jednom-režimu přenosu; kumulativní úspory energie jsou významné v měřítku a zároveň snižují zatížení chladicího systému. Ekonomicky využívá DR4 jedno{10}}režimové vlákno (OS2), které poskytuje spolehlivou přenosovou vzdálenost 500 metrů s náklady na modulO 30–50 % nižší než FR4/LR4. Navíc DR4 plně vyhovujeQSFP-DDStandardy MSA a IEEE 802.3bs zajišťující interoperabilitu-od různých dodavatelů. Ve stejnou dobu,QSFP-DDporty jsou zpětně kompatibilní sQSFP/QSFP28moduly, které podporují strategii postupného upgradu sítě, která účinně chrání stávající investice.