Conoscenza

La crescita esplosiva del cloud computing, dell'intelligenza artificiale e dell'analisi dei big data ha stimolato la domanda di ricetrasmettitori ottici ad alta-larghezza di banda, bassa-latenza,-efficienti dal punto di vista energetico ed-economici. Nel contesto dell'architettura di rete in evoluzione da 100G a400Ge oltre, ilQSFP-GGil fattore di forma del packaging è diventato la risposta del settore a queste sfide, raddoppiando la densità di I/O disponibile pur mantenendo la compatibilità con le versioni precedentiQSFPinfrastrutture. Tra le varie varianti QSFP-DD, la soluzione DR4 (Dual Density 4-lane) si distingue particolarmente nelle applicazioni a breve distanza.

Importanza di QSFP-DD DR4

Ricetrasmettitori ottici QSFP-DD DR4sono una tecnologia chiave a cui gli operatori dei data center possono aggiornare le loro retiVelocità 400Gsenza rinnovare completamente le infrastrutture esistenti. Questi moduli forniscono un throughput di 400 Gbps su fibra mono-modale fino a 500 metri, servendo interconnessioni intra-data center, connessioni top-of-rack to core switch e cluster di elaborazione ad alte-prestazioni. ILDR4La soluzione mira principalmente a massimizzare la densità delle porte in ambienti-con vincoli di spazio fornendo al tempo stesso un chiaro percorso di migrazione dai sistemi legacy.

Modulo ottico QSFP-DD DR4

Architettura della velocità dei dati:OgniDR4il modulo offre400Gthroughput utilizzando quattro canali ottici paralleli, ciascuno dei quali opera a 100 Gbps. Questo4x100Gl'architettura utilizza la codifica PAM4 per ottenere velocità dati elevate mantenendo l'integrità del segnale.

Distanza di trasmissione:I moduli DR4 supportano la trasmissione su fibra-modale singola (OS2) fino a 500 metri. Questa distanza è ottimizzata per applicazioni intra-data center in cui non sono richieste distanze estremamente lunghe, ma è essenziale una connettività affidabile ad alta-velocità.

Consumo energetico:Il consumo energetico tipico è inferiore a 12 watt. La gestione termica avanzata garantisce un funzionamento affidabile anche nelle implementazioni ad alta-densità.

Interfaccia fisica:Il modulo è dotato di un'interfaccia elettrica a 8 corsie conforme alla normativaQSFP-GGspecifica, alloggiato in un fattore di forma di circa 18,35 mm × 89,4 mm. Il design a doppia-densità consente 36 porte in uno switch 1U, raddoppiando la densità delle porte rispetto ai tradizionaliQSFPmoduli.

Tipo di fibra e connettore: DR4in genere utilizza fibra parallela a modalità singola- (OS2) conconnettori MPO, offrendo una trasmissione a 400 Gbps entro 500 metri. Questo è distinto daQSFP-100G-DR-Sapprocci in stile single-canale, poiché il modulo DR4 funziona come un modulo completoRicetrasmettitore 400Gsoluzione.

Intervallo di temperatura:La maggior parte dei moduli DR4 funziona in modo affidabile nell'intervallo compreso tra 0 gradi e 70 gradi.
 

Tecnologie e principi fondamentali

Tecnologia di modulazione PAM4

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) rappresenta un cambiamento fondamentale nella tecnologia dei segnali ottici. A differenza della tradizionale codifica NRZ (Non-Return-to-Zero), che utilizza due livelli di segnale per rappresentare dati binari, PAM4 utilizza quattro distinti livelli di ampiezza per codificare due bit per simbolo.
 

Come funziona PAM4:In un segnale PAM4, ciascun simbolo può rappresentare uno dei quattro stati: 00, 01, 10 o 11. Ciò raddoppia effettivamente la velocità di trasmissione dei dati senza aumentare la velocità di trasmissione. Ad esempio, un segnale da 26,5625 GBaud che utilizza PAM4 può trasmettere 53,125 Gbps di dati, mentre utilizzando NRZ trasmetterebbe solo 26,5625 Gbps.

Vantaggi per DR4:La modulazione PAM4 consente ai moduli DR4 di raggiungere 100 Gbps per canale senza richiedere componenti elettronici a frequenza eccessivamente alta-o tolleranze di dispersione estremamente strette.

Considerazioni sul segnale:Rispetto a NRZ, i segnali PAM4 hanno un margine di rumore inferiore a causa della minore spaziatura tra i livelli di ampiezza. La correzione avanzata degli errori in avanti (FEC), l'elaborazione del segnale digitale (DSP) e i circuiti analogici di precisione lavorano insieme per mantenere tassi di errore di bit accettabili anche in condizioni di segnale-rumore-ridotto.

Tecnologia del cambio

Il riduttore è un componente critico che colma la discrepanza di velocità tra l'interfaccia elettrica host e le velocità del canale ottico. InQSFP-DD DR4moduli, Gearbox esegue complesse conversioni della velocità dati e allocazione dei canali. L'host fornisce otto canali elettrici da 50 Gbps (8×50G PAM4) sull'interfaccia del modulo. Gearbox converte questo segnale elettrico da 400G a 8-canali in quattro canali ottici da 100Gbps (4×100G PAM4) per la trasmissione su fibra. La funzionalità sensibile al protocollo del moderno Gearbox mantiene i confini dei pacchetti, gestisce il controllo del flusso e allinea correttamente i dati su più canali per prevenire il danneggiamento dei dati durante la conversione.

Ottimizzazione delle prestazioni:Il design del Gearbox incorpora buffering, circuiti di attraversamento del dominio del clock ed equalizzazione adattiva per ridurre al minimo la latenza e il jitter. Queste funzionalità riducono al minimo il sovraccarico che la conversione da elettrico-a-ottico aggiunge al percorso di trasmissione complessivo.

Interfaccia MDC

L'interfaccia MDC è un protocollo standardizzato I2C-compatibile che fornisce funzionalità di monitoraggio e controllo di base perQSFP-GGmoduli. Attraverso l'interfaccia MDC, gli operatori di rete possono accedere a-informazioni in tempo reale relative alla temperatura del modulo, alla tensione di alimentazione, alla potenza ottica di trasmissione, alla potenza ottica di ricezione e alla corrente di polarizzazione del laser. L'interfaccia MDC consente all'host di configurare i parametri del modulo, supportando diversi scenari di distribuzione e strategie di ottimizzazione.

I moduli QSFP-DD implementano una mappa di memoria standardizzata definita dalle specifiche del settore, garantendo la coerenza dell'interfaccia di gestione tra i fornitori, semplificando la gestione della rete e riducendo la complessità dell'integrazione. Queste tre tecnologie principali lavorano di concerto per ottenere una trasmissione 400G affidabile.QSFP-DD DR4i moduli ottici devono essere conformi allo standard QSFP-DD MSA, allo standard IEEE 802.3bs e allo standard OIF CEI-56G-PAM4.

Confronto con FR4/LR4

ILQSFP-DD 400GLa serie include più tipi di interfaccia, ciascuno ottimizzato per diversi requisiti di trasmissione. Le tre soluzioni tradizionali sono DR4, FR4 e LR4.

Confronto delle tre interfacce 400G:

Architettura di trasmissione ottica:

Selezione dello scenario applicativo:

Nota: lo standard DR4 è definito per le applicazioni in fibra monomodale-. Per l'uso della fibra multimodale, fare riferimento ad altri standard di interfaccia come400GSR8.

Per quanto riguarda i tipi di connettori,DR4utilizza unMPO-12connettore parallelo (nastro in fibra a 8 core), mentreFR4ELR4utilizzare il duplexconnettori LC(2-core in modalità singola). Implementazioni che sfruttano l'effetto levaCavi DAC Ciscodovrebbe verificare la compatibilità con la piattaforma switch specifica e il fornitore del modulo prima dell'installazione.

Vantaggi di DR4

A livello fisico,QSFP-DD DR4i moduli ottici possono distribuire 36400Gle porte entro 1U di spazio rack - raddoppiano la densità di porte del tradizionale QSFP - che si traduce direttamente in un risparmio sui costi per i data center con vincoli di spazio rack ristretti. In termini di efficienza energetica, i moduli DR4 mantengono il consumo energetico al di sotto di 12 W, utilizzando la tecnologia laser DFB o EML per ottenere una trasmissione monomodale-prestazioni elevate-; i risparmi energetici cumulativi sono significativi su larga scala, riducendo al tempo stesso i carichi del sistema di raffreddamento. Dal punto di vista economico, DR4 utilizza la fibra monomodale-(OS2) per fornire una distanza di trasmissione affidabile di 500 metri, con costi dei moduli30–50% inferiore rispetto a FR4/LR4. Inoltre, DR4 è pienamente conforme aQSFP-GGStandard MSA e IEEE 802.3bs, che garantiscono l'interoperabilità multi-vendor. Allo stesso tempo,QSFP-GGle porte sono retrocompatibili conQSFP/QSFP28moduli, supportando una strategia di aggiornamento graduale della rete che protegge efficacemente gli investimenti esistenti.