400G optinis modulis: pagrindinės savybės ir privalumai
Dec 16, 2025|
The400G optinis modulisde facto tapo šiuolaikinių duomenų centrų tinklų sujungimo standartu, užtikrinančiu keturis kartus didesnį nei 100 G pirmtakų pralaidumą, veikdamas šilumos ir galios ribose, kas prieš penkerius metus atrodė nerealu. Šie siųstuvai-imtuvai, sukurti pagal PAM4 moduliavimą aštuoniose elektros juostose, kurių kiekvienoje sparta yra 50 Gb/s, atitinka IEEE 802.3bs specifikacijas ir pristatomi kaip QSFP-DD arba OSFP formos faktoriai-, todėl pirkimo komandos ir tinklo architektai ir toliau skirstomi pagal linijas, kurios yra mažiau susijusios su tiekėjų techniniais privalumais.
PAM4 realybė
Štai ką užtrukau, kol įsisavinau: PAM4 nėra tik „geresnis NRZ“. Tai iš esmės kitoks signalo vientisumo iššūkis.
NRZ mums suteikė du amplitudės lygius. Aukštas arba žemas. Vienas arba nulis. Švaru, paprasta ir puikiai veikė iki 25 G vienoje juostoje. Tačiau kai pramonė bandė padidinti NRZ iki 50 G, fizika nustojo bendradarbiauti. Akių diagramos žlugo. Išlyginimas negalėjo neatsilikti. Komponentų, galinčių palaikyti signalo vientisumą tokiu greičiu, gamybos sąnaudos tapo pernelyg didelės diegiant apimtis.
PAM4 išsprendė greičio problemą, užkoduodamas du bitus vienam simboliui keturiuose amplitudės lygiuose. Ta pati perdavimo sparta, dvigubai daugiau duomenų. Elegantiška, tikrai. Išskyrus dabar, jūsų imtuvas turi skirti keturis įtampos lygius, o ne du, o atstumas tarp šių lygių yra maždaug trečdalis to, koks buvo NRZ. Apytiksliai 10 dB prastesnis signalo{6}}ir-triukšmo santykis. Tai nėra apvalinimo klaida-, tai yra skirtumas tarp veikiančios ir neveikiančios nuorodos.
Štai kodėl kiekvienas 400G siųstuvas-imtuvas pristatomas su išankstine klaidų taisymu. Neprivaloma. Ne „rekomenduojama ilgesniam laikui“. Privaloma. Reed-Solomon RS(544,514) FEC-, kurį standartai vadina KP4, prideda pariteto simbolius, leidžiančius imtuvui ištaisyti klaidas be pakartotinio perdavimo. Be jo PAM4 nuorodos būtų netinkamos naudoti.
Formos faktoriaus politika
Išklausiau daugiau QSFP{0}}DD ir OSFP diskusijų, nei norėčiau prisiminti.
QSFP{0}}DD stovykla ginčija atgalinį suderinamumą. Ir jie teisūs-galite įdėti QSFP28 modulį į QSFP-DD narvą ir jis veikia. Jūsų turimos 100G optikos investicijos nėra įstrigo. Formos koeficientas yra 18,35 mm x 89,4 mm, pakankamai kompaktiškas, kad tilptų 36 prievadus 1U priekiniame skydelyje. Tai yra 14,4 terabito vienam stovo vienetui, jei užpildysite kiekvieną lizdą. Operatoriams, atliekantiems laipsnišką atnaujinimą, tai svarbu.
OSFP partizanų skaitiklis su terminiu aukštu. Didesnis formos koeficientas-22,58 mm x 107,8 mm-suteikia daugiau paviršiaus ploto šilumai išsklaidyti ir leidžia integruoti radiatorių, kurių QSFP-DD negali atitikti. Maitinimo apvalkalai ištempia iki 15–20 W, palyginti su QSFP-DD 12–15 W lubomis. Kai naudojate nuoseklią optiką arba planuojate 800 G, ši šiluminė riba tampa svarbi.
NVIDIA pasirinko OSFP, skirtą Quantum-2 InfiniBand. Arista siūlo abu. „Cisco“ ir „Juniper“ „lean QSFP-DD“, skirta įmonių perjungimui. Rinka neišrinko laimėtojo ir šiuo metu greičiausiai neišrinks. Abu formos veiksniai egzistuos kartu, aptarnaujant skirtingus segmentus su skirtingais prioritetais.
Kas iš tikrųjų lemia jūsų pasirinkimą? Paprastai perjungimo platforma, kuriai jau esate įsipareigoję.
Ką iš tikrųjų reiškia DR4 ir FR4
Nomenklatūra vadovaujasi modeliu, tačiau šis modelis turi išimčių, kurios nuolat trikdo žmones.
DR4reiškia 500-metrų pasiekiamumą per vieno{10}}modės skaidulą. Keturios lygiagrečios optinės juostos, kurių kiekviena veikia 100G PAM4 esant 1310nm bangos ilgiui. MPO-12 jungtis. DR4 grožis yra pertraukimo galimybė – vieną modulį galima padalyti į keturias nepriklausomas 100G-DR jungtis naudojant fanout kabelį. Naudinga jungiant 400G stuburinius jungiklius prie 100G lapų prievadų, kurių nesate pasiruošę atnaujinti.
FR4išplečia iki 2 kilometrų bangos ilgio{1}}sutankindamas keturis 100G signalus į vieną skaidulų porą. CWDM4 atstumas tarp 1271, 1291, 1311 ir 1331 nm. Dvipusis LC jungtis vietoj MPO. Tvarkingesnis kabelis, ilgesnis pasiekiamumas, didesnė kaina.
SR8tvarko kelių režimų skaidulų scenarijus-aštuonios lygiagrečios 50G juostos virš OM4, daugiausia 100-metrų. MPO-16 jungtis. Dažniausiai tai susiję su trumpais ToR ir serverio ryšiais, kai jau yra daugiamodė infrastruktūra.
Kainų skirtumai yra dideli. DR4 modulio tūris gali siekti 400–500 USD. FR4 siekia 500–600 USD. LR4 10km pasiekti? Dvigubai ar daugiau. Nurodant LR4 dislokavimui, kai jūsų ilgiausias bėgimas yra 300 metrų, sudeginami pinigai ir nesuteikiama jokios veiklos naudos.
DSP mokestis
Kiekviename 400G optiniame modulyje yra skaitmeninis signalo procesorius. Kiekvienas. DSP tvarko tiekimo-išlyginimą pirmyn, sprendimų grįžtamojo ryšio išlyginimą, laikrodžio ir duomenų atkūrimą bei FEC kodavimą / dekodavimą. Nuosekliuose moduliuose pridėkite chromatinės dispersijos kompensavimą ir poliarizacijos režimo dispersijos valdymą.
DSP taip pat degina energiją. Daug to.
Įprastuose 400G siųstuvuose-imtuvuose DSP sunaudoja daugiau nei pusę visos modulio energijos. 10 W modulis gali matyti, kad 5–6 W gali tiesiogiai apdoroti signalą. „Marvell“, „Broadcom“ ir buvęs „Inphi“ (dabar „Marvell“ dalis) lenktyniavo, kad sumažintų proceso mazgus – perėjimas nuo 7 nm iki 5 nm leido sutaupyti maždaug 20 % energijos. Tačiau negalima apeiti pagrindinės tikrovės, kad PAM4 veikimui reikia didelių skaičiavimo išlaidų.
Kai kurie pramonės atstovai naudoja linijinę prijungiamą optiką,{0}}perkeldami DSP į patį jungiklio ASIC ir paprastesnę, mažesnės galios{1}}optiką. Argumentas turi teorinę prasmę. Priešingas argumentas susijęs su modulių sąveika ir praktiniu košmaru dėl tinkamos optikos įvairiose jungiklių platformose be standartizuotos DSP sąsajos. Šios diskusijos tęsis daugelį metų.
Silicio fotonika keičia ekonomiką
„Intel“ ir „Cisco“ anksti statė silicio fotoniką, ir šis statymas pasiteisina.
Tradicinę diskrečią optiką reikia surinkti rankiniu būdu: lazerio lustai iš vienos gamyklos, moduliatoriai iš kitos, fotodetektoriai iš trečios, viskas sujungta preciziškame šoke, kurio mastelis nėra elegantiškas. Silicio fotonika integruoja didžiąją dalį optinio variklio į vieną silicio štampą, naudodama standartinius CMOS gamybos procesus.
400G-DR4 silicio fotonikos moduliai, šiandien pristatomi iš kelių tiekėjų, siūlo patrauklią ekonomiką diegiant per didelio masto. Energijos suvartojimas sumažėja-kai kurie silicio fotonikos DR4 moduliai pasiekia mažiau nei 8 W su 7 nm DSP. Gamybos mastai nuspėjami. Derliaus patobulinimai tiesiogiai reiškia sąnaudų mažinimą.
Laimikis? Silicis sukuria baisų lazerį. Netiesioginė pralaidumo fizika nebuvo panaikinta. Taigi net „silicio fotonikos“ moduliuose paprastai naudojamas išorinis InP arba GaAs stiprinimo lustas, hibridinis -integruotas į silicio platformą. Tai protinga inžinerija, tačiau terminija šiek tiek pranoksta tai, kas iš tikrųjų vyksta.
Nuo 2020 m. „Alibaba“ diegė silicio fotoniką 400G DR4. „Intel“ užima 60 % silicio fotoninių siųstuvų-imtuvų, skirtų duomenų komunikacijai, rinkos. Tendencijos linijos palankios šiai technologijai, kuri ir toliau populiarėja.
Šiluminis tankis dabar yra visų problema
Visiškai apgyvendintas 400 G jungiklis generuoja šilumą, kuri prieš dešimtmetį būtų buvę neįsivaizduojama.
Paleiskite numerius: 32 prievadai 400 G-DR4 modulių, kurių kiekvienas yra 10–12 W. Tai yra 320–384 W vien iš siųstuvų-imtuvų, neįskaitant jungiklio ASIC, atminties, ventiliatorių ir galios konvertavimo. Šiluminis tankis duomenų centrų eilutėse per penkerius metus padvigubėjo. Įrenginių inžinieriai tuo nepatenkinti.
Didesnis OSFP formos faktorius padeda{0}}padidinti paviršiaus plotą, geresnius oro srauto kanalus, integruotą radiatorių. QSFP-DD moduliai labiau priklauso nuo pagrindinės įrangos šiluminės architektūros. Nė vienas iš būdų nėra neteisingas, tačiau šiluminiai aspektai turėtų būti neabejotinai svarbūs jūsų apsisprendimui dėl formos faktoriaus, jei kuriate nuolatinį didelio{4}}pralaidumo darbo krūvį.
Esant tokiam tankiui oro aušinimas artėja prie praktinių ribų. Skysčio aušinimo-šalčio plokštės ant jungiklių ASIC, potencialiai panardinimas į visas lentynas-iš egzotiškos tapo tiesiog brangiu. Reikalingos infrastruktūros ir priežiūros žinios vis dar atsilieka nuo pritaikymo kreivių.
Breakout lankstumas
Viena galimybė, kuri nusipelno daugiau dėmesio: 400G moduliai gali veikti perjungimo konfigūracijose ir pateikti kaip kelios mažesnės spartos{1}}sąsajos.
400G-DR4 gali išsiskirti iki keturių 100G-DR nuorodų. MPO-12–4xLC dvipusis pertraukimo laidas per vieną DR4 prievadą išveda į keturias nepriklausomas SMF poras. Tinklo architektai mėgsta šį lankstumą mišraus greičio aplinkoje ir laipsniškus atnaujinimus.
Tačiau struktūrinių kabelių pasekmės yra tikros. Jei neplanuojate pertraukos scenarijų nuo pat pirmos dienos, per šešis mėnesius nuo diegimo pradėsite naudoti ad hoc pataisos kabelius. Jūsų pluoštinių augalų dizainas turi aktyviai pritaikyti šiuos naudojimo atvejus.
Jungčių higiena svarbiau, nei manote
Kai kurie dalykai išmokti per skausmingą patirtį:
DR4 ir SR8 modulių MPO jungtys naudoja APC (kampinio fizinio kontakto) poliravimą. FR4 ir LR4 LC jungtys paprastai yra UPC (ultra fizinis kontaktas). Sumaišius APC ir UPC jungtis, -o tai stebėtinai lengva padaryti netyčia-, sumažės daugiau nei 20 dB grąžos ir pasitaikys periodinių klaidų, dėl kurių trikčių šalinimo komandos išprotės. Spalvų kodavimas egzistuoja dėl priežasties: žalia APC, mėlyna UPC.
Modulio EEPROM suderinamumas yra sudėtingesnis, nei pripažįsta pardavėjai. „Suderinami“ trečiųjų šalių siųstuvai-imtuvai, kurie puikiai veikia viename jungiklio modelyje, gali sukelti klaidų kitame jungiklyje su tuo pačiu ASIC, bet skirtinga programine įranga. Į savo pirkimo procesą įtraukite kvalifikacijos laiką.
Temperatūra yra svarbiau, nei nurodo specifikacijų lapai. Šie moduliai paprastai skirti korpuso temperatūrai iki 70 laipsnių, tačiau našumas pablogėja prieš pasiekiant lubas. Laikant juos vėsiai, elgesys nuoseklesnis.
Kur tinka 800G
Pramonė sparčiai juda. 800Dabar pristatomi G siųstuvų-imtuvai-daugiausia SR8 ir DR8 variantai, skirti dirbtinio intelekto grupių sujungimams, kur GPU reikia absurdiško pralaidumo mokymo duomenims perkelti.
Ar dėl to 400G paseno? Ne nuotoliniu būdu.
400G ekosistema subrendo. Modulio sąnaudos labai sumažėjo. Tiekėjų sąveikumas yra gerai-įrodytas. Daugeliui įmonių ir debesų tinklų poreikių 400G yra geriausias našumo, sąnaudų ir veiklos pažinimo taškas. Daugelį metų tai išliks lakštinių-stuburo audinių ir bendrosios paskirties-duomenų centrų ryšio tūrio žaismu.
800G ir galiausiai 1.6T dominuos AI/ML aplinkose su skirtingais reikalavimais ir skirtingais pokalbiais apie biudžetą. Daugeliui tinklų nereikės tos kreivės iš karto siekti.
Esmė
400G optiniai moduliai perėjo iš „kraujuojančio krašto“ į pagrindinę infrastruktūrą. Technologiniai sprendimai-QSFP-DD, palyginti su OSFP, lygiagrečiai ir WDM, silicio fotonika ir diskretieji-nebėra tokie patys, kaip prieš trejus ar ketverius metus.
Suderinkite formos veiksnį su savo perjungimo platformos strategija. Pasirinkite siųstuvo-imtuvo tipą pagal faktinius pasiekiamumo reikalavimus, o ne blogiausiu{1}}paranoja. Neviršykite-specifikacijos. Sukurkite šiluminę ribą. Suplanuokite savo pluoštinį augalą išsiveržimo scenarijams. Ir laikykite savo MPO jungtis švarias.
Per ateinančius kelerius metus bus patobulinti{0}}mažesnės galios DSP, geresnis silicio fotonikos našumas, galbūt šiek tiek pajudės tiesinės prijungiamos architektūros. Tačiau pagrindinė technologijų platforma stabilizavosi. 400Dabar G yra tik infrastruktūra. Toks, kurį galite planuoti su pagrįstu pasitikėjimu.
Po 100 G chaoso ir 400 G netikrumo metų šis nuspėjamumas yra svarbus dalykas.