Skaiduliniai moduliai atitinka pluošto standartus

 

Skaiduliniai moduliai turi atitikti kelis standartų sluoksnius, kad būtų užtikrintas tiekėjų ir tinklo įrangos sąveikumas. Tai apima kelių šaltinių sutartis (MSA), kurios apibrėžia fizinės formos veiksnius, IEEE standartus, reglamentuojančius perdavimo protokolus, ir IEC specifikacijas, apimančias optines sąsajas ir našumo testavimą. Tinklo inžinieriams, pasirenkantiems suderinamus modulius duomenų centrams, telekomunikacijų tinklams ir įmonės aplinkai, labai svarbu suprasti, kaip šie standartai sąveikauja.

 

 

Trijų{0}}sluoksnių standartų architektūra

 

Šviesolaidiniai moduliai neatitinka vieno standarto{0}}jie turi atitikti trijų skirtingų, tačiau tarpusavyje susijusių standartizacijos sluoksnių reikalavimus. Kiekviename lygyje nagrinėjami skirtingi modulio dizaino ir veikimo aspektai, sukuriama visapusiška sistema, leidžianti 14,1 mlrd. USD vertės pasaulinei optinių siųstuvų-imtuvų rinkai veikti patikimai suderinant įvairius tiekėjus.

Kelių-šaltinių sutartys: pagrindinis sluoksnis

MSA yra de facto pramonės standartai, kuriuos nustato gamintojų koalicijos, o ne oficialios standartų institucijos. Mažos formos -factor Pluggable (SFP) MSA, paskelbta pagal specifikacijas INF-8074i, SFF-8431 ir SFF-8472, apibrėžia mechaninius matmenis, elektrinius kontaktus ir skaitmeninės diagnostikos stebėjimo sąsajas, leidžiančias bet kurio pardavėjo SFP modulius fiziškai pritaikyti ir elektra prijungti prie pagrindinio įrenginio.

Svarbiausias skirtumas: MSA atitiktis garantuoja fizinį ir elektrinį suderinamumą, bet neužtikrina optinio veikimo ar protokolo palaikymo. Modulis gali būti suderinamas su MSA{1}}, tačiau neatitikti optinės galios biudžeto arba bangos ilgio specifikacijų, reikalingų konkrečiai programai. Štai kodėl pagrindiniai įrangos gamintojai, pvz., „Cisco“, „Juniper“ ir HPE, įdiegia programinės aparatinės įrangos užraktus, kurie atmeta trečiųjų šalių modulius-ne dėl formos faktoriaus nesuderinamumo, o dėl optinio našumo tikrinimo.

Dabartinė MSA raida atspindi pralaidumo poreikius. QSFP-DD (keturių mažų formų-faktorių Pluggable Double Density) MSA, baigtas 2019 m., įgalina 400G ir 800G perdavimą naudojant aštuonias elektros juostas, o ne keturias. Iki 2024 m. 800G modulių siuntų skaičius viršijo 5 mln. vienetų. Tai paskatino didelio masto duomenų centrų operatoriai, atnaujinę tinklo struktūras, kad būtų palaikomas DI mokymo darbo krūvis, kuris generuoja 10{11}}100 kartų didesnį srautą iš rytų į vakarus nei tradicinės programos.

IEEE standartai: protokolo sluoksnis

IEEE 802.3 darbo grupės kuria Ethernet perdavimo standartus, nurodančius duomenų perdavimo spartą, kodavimo schemas ir skaidulų tipus. Ryšys tarp IEEE standartų ir skaidulinių modulių yra tiesioginis: kiekviena IEEE specifikacija apibrėžia optines charakteristikas, kurias turi palaikyti siųstuvas-imtuvas.

IEEE 802.3ae, ratifikuotas 2002 m., skirtas 10 Gigabit Ethernet, nustatė svarbiausius parametrus, kurie vis dar naudojami 2024 m.

10 GBASE-SR: 850 nm bangos ilgis, daugiamodis šviesolaidis, iki 300 m ant OM3 pluošto

10 GBASE-LR: 1310 nm bangos ilgis, vieno -modemo pluoštas, iki 10 km

10 GBASE-ER: 1550 nm bangos ilgis, vieno -modemo pluoštas, iki 40 km

Standartas nurodo 64B/66B kodavimo schemą, kuri užtikrina 10,3125 Gbps linijos spartą, kad būtų pasiektas 10 Gbps duomenų pralaidumas. Moduliai turi atitikti nustatytus optinės galios biudžetus, -paprastai 7,3 dB 10 GBASE-SR ir 10,5 dB 10 GBASE-LR-, matuojant tarp minimalios siųstuvo išvesties ir mažiausio imtuvo jautrumo.

Naujesnis IEEE darbas skirtas hiperskalės poreikiams. P802.3df darbo grupė, 2022 m. padalinta į atskirus 100G ir 200G vienai juostai projektus, siekia 2024 m. viduryje užbaigti 400G ir 800G specifikacijas tiek daugiamodiuose, tiek vieno{11}}modiuose skaidulose. Šie standartai apibrėžs optinius parametrus naujos kartos moduliams, kurie jau pristatomi standartine forma pagrindiniams debesijos paslaugų teikėjams.

IEC standartai: našumo sluoksnis

Tarptautinės elektrotechnikos komisijos (IEC) techninis komitetas 86 sukuria tris svarbias standartines skaidulų modulių serijas:

IEC 61754apibrėžia jungties sąsajos matmenis, užtikrinančius mechaninį suderinamumą. Pavyzdžiui, IEC 61754-4 SC jungčių specifikacija nustato 0–12 laipsnių kampinio fizinio kontakto (APC) jungtims, naudojamoms vieno režimo programose, siekiant sumažinti atgalinį atspindį žemiau -60 dB.

IEC 61753pateikia veiklos standartus visose aplinkosaugos kategorijose. Kategorija O (išorėje gamykloje) reikalauja, kad moduliai veiktų nuo -40 laipsnių iki +70 laipsnių, esant 95 % santykinei oro drėgmei, o C kategorija (kontroliuojama aplinka) nurodo veikimą nuo 0 iki +70 laipsnių. Duomenų centrų operatoriai paprastai diegia C kategorijos modulius, tačiau mobiliųjų įrenginių svetainėms reikia O kategorijos pramoninio lygio siųstuvų-imtuvų su konformalia danga ir patobulinta ESD apsauga.

IEC 60793-2-50apima vieno -modio skaidulų specifikacijas, įskaitant esminį skirtumą tarp OS1 (maksimalus slopinimas 1,0 dB/km) ir OS2 (maksimalus 0,4 dB/km) skaidulų tipų. Modulio duomenų lapuose turi būti nurodyti suderinami skaidulų tipai, nes modulis, optimizuotas OS2 itin-mažo-nuostolio skaiduloms, gali nepasiekti nurodyto pasiekiamumo, palyginti su senesniais OS1 įrenginiais dėl susikaupusios sklaidos ir slopinimo.

 

Standartų laikymasis praktikoje

 

Tinklo įrangos gamintojai nustato modulių reikalavimus naudodami šių standartų derinį. Tipiškame duomenų lape gali būti nurodyta: „Suderinama su MSA SFP+, IEEE 802.3ae 10GBASE-SR, IEC 61754-20 LC dvipusė jungtis“. Šis trumpinys praneša:

Fizinės formos faktorius atitinka SFP+ MSA (SFF-8431)

Optinis našumas atitinka IEEE 10GBASE-SR specifikacijas (850 nm, daugiamodis)

Jungties sąsaja atitinka IEC matmenų standartus

Elektrinė sąsaja naudoja standartinį I²C skaitmeninei diagnostikai (SFF-8472)

Atitikties našta tenka modulių gamintojams, kurie turi išbandyti pagal kelias specifikacijas. Vienam 100 GBASE-SR4 QSFP28 moduliui reikia patvirtinti:

Keturios nepriklausomos 25 Gbps optinės juostos

Bangos ilgio tikslumas ± 6 nm nuo 850 nm centro

Optinė galia vienoje juostoje nuo -7,6 dBm iki -1,3 dBm (perdavimas)

Imtuvo jautrumas geresnis nei -9,5 dBm vienoje juostoje

Bendras nuorodos biudžetas, palaikantis 100 m per OM4 šviesolaidį

Darbinės temperatūros diapazonas pagal IEC kategoriją

EMI atitiktis pagal FCC 15 dalies B klasę

Skaitmeninė diagnostika pagal SFF-8636 MSA specifikaciją

Šis kelių{0}}standartinis patvirtinimas paaiškina kainų skirtumą tarp OĮG ir trečiųjų šalių modulių. Didieji pardavėjai, pvz., „Cisco“, atlieka šį testavimą savo viduje ir koduoja rezultatus modulyje EEPROM, o trečiųjų šalių tiekėjai turi arba pakartoti testavimą, arba pasikliauti lustų rinkinio pardavėjo specifikacijomis, -sukurdami suderinamumo neapibrėžtumą, dėl kurio pardavėjas užblokuojamas{6}}praktikoje.

 

Regioniniai ir taikomieji{0}}konkretūs standartai

 

Be pirminės MSA{0}}IEEE-IEC sistemos, regioniniai standartai prideda reikalavimus konkrečioms rinkoms.

TIA standartai Šiaurės Amerikai

Telekomunikacijų pramonės asociacijos (TIA) TR-42.11 pakomitetis 2022 m. rugsėjį paskelbė TIA-568.3-E, nurodydamas patalpų optinio pluošto kabelius. Šis standartas suderinamas su IEC nomenklatūra, pridedant Šiaurės Amerikos diegimo praktiką:

Jungties spalvos kodavimas: smėlio spalvos daugiarežimas, mėlynas vieno{0}}režimas, žalias APC jungtims

MPO masyvo jungčių poliškumo metodai (A, B, C, U1, U2 tipai)

Kanalo praradimo ribos: 1,5 dB 850 nm daugiarežime režime, 1,0 dB 1 310 nm vieno režimo{4}}

TIA-568.3-E pristatė tipo-U2 skaidulų perėjimus MPO-į-LC pertraukimo moduliams, leidžiančius pereiti nuo dvipusio LC prie masyvo-pagrįsto 40G/100G ryšio nekeičiant magistralinių kabelių. Tai svarbu duomenų centrams, atnaujinamiems nuo 10 G iki 100 G, kur esamos OM4 pluošto gamyklos su -B tipo poliškumu gali palaikyti 100 GBASE-SR4 QSFP28 modulius, naudojantys Type-U2 kasetes.

Telekomunikacijų{0}}Specialūs reikalavimai

Paslaugų teikėjų tinklai atitinka papildomas ITU{0}}T ir Telcordia specifikacijas. ITU-T G.709 optinio perdavimo tinklo (OTN) standartas apibrėžia tiesioginio klaidų taisymo (FEC) pridėtinę ir rėmo struktūrą tolimojo-perdavimui. DWDM (tankiojo bangos ilgio padalijimo tankinimo) moduliai, skirti metro ir tolimojo{6}}režisieriams, turi palaikyti ITU-T G.694.1 dažnių tinklelius:

100 GHz atstumas: tradicinis DWDM, 80+ bangos ilgiai C- juostoje

50 GHz atstumas: padidinta talpa, 160+ bangos ilgiai

Lankstus tinklelis: kintamo kanalo pločio nuosekliai 400G/800G

Telcordia GR-468-CORE nurodo išorinių augalinio pluošto modulių patikimumo bandymus, įskaitant:

Terminis ciklas: nuo -40 laipsnių iki +85 laipsnių, mažiausiai 500 ciklų

Vibracijos bandymas: 10-500 Hz bangavimas, 1,5 G pagreitis

Kritimo bandymas: 1 metro laisvas kritimas ant betono

Šie reikalavimai atskiria komercinius duomenų centro modulius nuo operatoriaus{0}}laipsnio siųstuvų-imtuvų. 150 USD vertės komercinis SFP+ gali sugesti po 50 000 valandų (5,7 metų) kontroliuojamoje -klimato aplinkoje, o 450 USD vertės -klasės SFP+ gali atlaikyti 250 000 valandų (28,5 metų) esant ilgesniam temperatūros poveikiui ir mechaniniam įtempimui.

 

 

Standartų laikymosi kaina

 

Modulio kainodara atspindi testavimo ir patvirtinimo naštą. 2024 m. rinkos kainodaros analizė rodo:

Modulio tipas	OEM kaina	MSA-Suderinama trečioji-šalis	Kaina Delta
10G SFP+ SR	$245	$35	Sutaupoma 86 %
40G QSFP+ SR4	$850	$125	85% taupymas
100G QSFP28 SR4	$1,200	$180	85% taupymas
400G QSFP-DD SR8	$3,500	$580	Sutaupoma 83%.

Nuolatinė 83–86 % OĮG modulių kainos priemoka atsiranda dėl kelių veiksnių, be vien tik komponentų sąnaudų. OĮG pardavėjai teigia, kad į jų kainas įeina:

Visiškas standartų patvirtinimo testavimastemperatūros, įtampos ir optinių parametrų

Pratęstos garantijos(dažnai visą gyvenimą, palyginti su . 1-3 metų trečiosios-šalies)

Programinės įrangos integravimasužtikrinant automatinę konfigūraciją su pagrindiniu įrenginiu

Tiekimo grandinės saugumassu komponentų atsekamumu ir padirbinėjimo prevencija

Trečiosios{0}}šalies MSA-suderinami moduliai išbandomi panašiai, tačiau gali būti naudojama skirtinga bandymo įranga, mažesni imčių dydžiai arba mikroschemų rinkinio pardavėjo duomenys, o ne modulio patvirtinimas. Rizika: modulių partija gali išlaikyti pagrindines MSA atitikties patikras, bet nepavyks esant ekstremalioms temperatūroms arba po ilgo veikimo. Duomenų centrų operatoriai, valdantys 100,{6}} modulių, subalansuoja šią riziką ir sutaupo viešųjų pirkimų sąnaudas, kurios siekia 100 mln. USD kasmet dideliems įrengimams.

Pardavėjo užraktas -debatų centruose dėl programinės aparatinės įrangos užraktų, kurie atmeta MSA-suderinamas trečiosios šalies{2}} modulius. „Cisco“ atsakymas: užraktas užtikrina, kad jų jungikliuose veiktų tik patvirtinti moduliai, užkertant kelią nesuderinamų siųstuvų-imtuvų palaikymo problemoms. Kritikai prieštarauja, kad MSA standartai turėtų užtikrinti pakankamą suderinamumą be tiekėjo{5}}konkretaus kodavimo. Rinkos realybė: dauguma įmonių operatorių priima trečiųjų šalių modulius kraštiniams jungikliams, bet nurodo OĮG modulius pagrindinio tinklo įrenginiams, kai nutraukimo išlaidos viršija modulio sutaupymą.

 

Kylantys standartų iššūkiai

 

Perėjimas prie 800G ir 1.6T sukuria standartų koordinavimo iššūkius, kurie neišspręs iki 2025–2026 m.

Energijos vartojimo problemos

Dabartinės QSFP-DD MSA specifikacijos leidžia maksimalią 15 W modulio galią, kurios pakanka daugeliui 400 G diegimų. Tačiau 800 G nuoseklūs prijungiami įrenginiai artėja prie 20 W, o 1,6 T moduliams gali prireikti 25–30 W. Tai sukuria šilumos valdymo problemų: 32 prievadai 25 W modulių generuoja 800 W šilumos apkrovą viename jungiklyje ir 15-20 % jungiklio ASIC galios.

Supakuota optika (CPO), kurioje optiniai varikliai tiesiogiai integruojami su jungiklio ASIC, žada sub-5 W vienam 800 G prievadui. Tačiau CPO reikalauja naujų standartų mechaninei integracijai, šiluminėms sąsajoms ir elektros įvesties / išvesties tarp optikos ir ASIC. Siekdamas pašalinti šią spragą 2023 m. buvo įkurtas „On-Board Optics“ konsorciumas (COBO), tačiau gamybos CPO jungikliai nebus įdiegti iki 2025–2026 m.

AI tinklo reikalavimai

AI mokymo grupės sukuria unikalius reikalavimus, kurių esami standartai ne visiškai atitinka. NVIDIA GPU klasteriai naudoja patentuotą NVLink inter-GPU ryšiui, bet GPU-jungimui-perjungti naudoja standartinį eternetą. Dėl neatitikimo atsiranda kliūčių, kurias operatoriai išsprendžia naudodami:

Itin-mažos delsos moduliai: mažesnė nei 300 ns delsa, palyginti su standartinių siųstuvų-imtuvų{1}}ns

Žemos-drebėjimo specifikacijos: <100fs RMS vs. standard 500fs requirements

Patobulintas FEC: stipresnis klaidų taisymas dėl triukšmingų elektros kanalų didelio{0}}tankio GPU stovuose

2023 m. įkurtas „Ultra Ethernet“ konsorciumas kuria AI-optimizuoto eterneto specifikacijas, kurioms reikės naujų modulio galimybių. Standartai nebus baigti rengti iki 2025 m. pabaigos, bet didelio masto operatoriai diegia išankstinius-standartinius diegimus, kad patenkintų neatidėliotinus pajėgumų poreikius.

Tvarumo standartai

Europos Sąjungos ekologinio{0}dizaino direktyvoje bus reikalaujama, kad ES rinkose parduodami šviesolaidžio moduliai iki 2026 m. atitiktų energijos vartojimo efektyvumo tikslus. Preliminarūs pasiūlymai siūlo:

Didžiausia galia vienam Gbps: 0,5 W, kai 400 G, 0,3 W, jei 800 G

Minimalus 7 metų eksploatavimo laikas

Perdirbamos pakuotės ir RoHS{0}}atitinkančios medžiagos

Aplinkosaugos produktų deklaracijos (EPD), patvirtinančios anglies pėdsaką

Šie reikalavimai greičiausiai taps pasauliniais de facto standartais, nes gamintojai neturės atskirų produktų linijų skirtingoms rinkoms. Modulių pardavėjai jau kuria šiuos tikslus: 2024 m. paleidus 400 G modulius, kurių vidutinė galia yra 8 W (0,02 W už Gbps), galima manyti, kad atitiktis yra pasiekiama, tačiau tikrinimo bandymai ir dokumentacija padidins išlaidas.

 

Standartų atrankos sistema

 

Tinklo inžinieriai, vertinantys pluošto modulius konkrečioms programoms, turėtų patikrinti kelių matmenų atitiktį:

Fizinis sluoksnis:

Formos faktorius MSA (SFP+, QSFP28, QSFP-DD ir kt.)

Jungties tipas (LC, MPO, CS) ir sąsajos standartas (IEC 61754 serija)

Darbinės temperatūros kategorija (IEC 61753)

Optinis sluoksnis:

IEEE perdavimo standartas (10GBASE-SR, 100GBASE-DR ir kt.)

Bangos ilgis ir pluošto tipas (850 nm MMF, 1310 nm SMF, CWDM, DWDM)

Susiekite biudžetą ir maksimalų pasiekiamumą

FEC tipas, jei reikia (RS-FEC, KP-FEC ir kt.)

Elektrinis sluoksnis:

Pagrindinio kompiuterio sąsajos signalizavimas (SFI, CAUI-4 ir kt.)

Skaitmeninės diagnostikos sąsaja (SFF-8472, SFF-8636)

Energijos suvartojimas ir šilumos išsklaidymas

Reguliavimo sluoksnis:

Saugos sertifikatai (UL, CE, FCC)

Atitiktis aplinkai (RoHS, REACH)

Regioniniai standartai (TIA-568 Šiaurės Amerikai, EN 50173 Europai)

Dažna klaida: darant prielaidą, kad atitikimas MSA užtikrina visišką sąveiką. Modulis gali būti mechaniškai ir elektra suderinamas su MSA-, bet naudoti ne-standartinius lazerio bangos ilgius, netinkamus optinės galios lygius arba nesuderinamus FEC algoritmus, kurie neleidžia sukurti saito naudojant konkrečius jungiklio ASIC. Štai kodėl pagrindiniai operatoriai tvarko kvalifikuotų tiekėjų sąrašus (QVL), pagrįstus faktiniais sąveikos bandymais, o ne standartų atitikties teiginiais.

 

Dažnai užduodami klausimai

 

Kuo skiriasi MSA{0}}suderinami ir OĮG{1}}suderinami moduliai?

MSA{0}}suderinami moduliai atitinka pramonės formos faktoriaus ir elektrinės sąsajos standartus, tačiau gali trūkti tiekėjo-specifinės programinės aparatinės įrangos kodavimo. Su OEM-suderinamais moduliais yra ši koduotė, leidžianti veikti tiekėjo-užrakintoje įrangoje. Abu tipai gali atitikti tuos pačius optinio našumo standartus (IEEE, IEC), tačiau skiriasi jungiklio priėmimas.

Ar galiu naudoti vieno{0}}modo modulius su daugiamodiu šviesolaidžiu?

Neefektyviai. Vieno-režimo moduliuose naudojami siauro-spindulio lazeriai (9 μm šerdis), optimizuoti vieno- režimo pluoštui (9 μm šerdis). Paleidus šį spindulį į daugiamodį skaidulą (50-62,5 μm šerdis), susidaro modalinė dispersija, kuri labai apriboja pasiekiamumą-paprastai iki 300 metrų. Reversas (daugiamodiai moduliai vieno -modės skaiduloje) tiesiog neveikia, nes LED arba VCSEL spindulys yra per platus vieno režimo šerdies atžvilgiu.

Kodėl 800G moduliai kainuoja mažiau už Gbps nei 400G moduliai?

Modulio kaina dominuoja optiniai komponentai (lazeriai, fotodetektoriai) ir DSP lustai, o ne prievado greitis. 800G modulis, kuriame naudojamos aštuonios 100G juostos, dalijasi pakuotės, jungties ir sąsajos sąnaudomis dvigubai daugiau nei 400G modulio su keturiomis 100G juostomis. Didėjant gamybos apimčiai, 800G moduliai artėja prie 0,70–0,85 USD už Gbps, palyginti su 1,20–1,50 USD už Gbps 400 G.

Kaip patikrinti, ar modulis atitinka kelis standartus?

Patikrinkite, ar modulio duomenų lape nėra aiškių standartų teiginių (ne tik „suderinama su“). Ieškokite MSA specifikacijų numerių (SFF-8431, SFP+), IEEE standartinių numerių (802.3ae, jei naudojate 10G) ir IEC našumo kategoriją. Gamintojo bandymų ataskaitose turėtų būti dokumentuojamos optinės akių diagramos, galios matavimai ir aplinkos bandymai. Esant svarbioms programoms, paprašykite modulių pavyzdžių, skirtų vidinei kvalifikacijos patikrai pagal jūsų konkrečią įrangą ir pluošto gamyklą.

 

Žvelgiant į pardavėjų praktiką

 

Standartų sistema sudaro sąlygas konkurencingai modulių rinkai, kartu sukuriant įtampą tarp sąveikumo ir pardavėjo valdymo. OĮG pardavėjai įdiegia standartus, bet prideda patentuotų funkcijų, kurios pritraukia klientus į jų ekosistemą. Modulio tiekėjai naršo tarp griežto MSA atitikties ir konkrečių pardavėjo pritaikymų, reikalingų norint patekti į rinką.

Ši dinamika naudinga tinklo operatoriams, kurie supranta standartų aplinką: nurodant tikslius standartinius reikalavimus (ne tik „veikia su Cisco“), galima gauti konkurencingą tiekimą išlaikant techninius reikalavimus. 14,1 mlrd. USD vertės optinių siųstuvų-imtuvų rinka 2024 m., prognozuojama, kad iki 2030–2032 m. sieks 38–42 mlrd. USD, atspindi tiek pralaidumo augimą, tiek sėkmingą standartizacijos ir tiekėjų naujovių pusiausvyrą.

Išmanieji operatoriai taiko dvejopą strategiją: OĮG modulius pagrindiniams įrenginiams, kur pardavėjo palaikymas yra labai svarbus, MSA{0}}suderinamus trečiųjų-šalių modulius, skirtus kraštutiniams įrenginiams, kur sutaupytos išlaidos pateisina šiek tiek didesnę suderinamumo riziką. Taikant šį metodą reikia suprasti trijų-sluoksnių standartų architektūrą-MSA formos veiksnius, IEEE protokolus ir IEC našumo specifikacijas,-kurias leidžia šviesolaidžio moduliams atitikti skaidulų standartus tūkstančiuose skirtingų tinklo diegimų.