400 g optinio modulio supratimas

 

Kodėl 400G atsitiko, kai tai įvyko

 

Pramonės veteranai tikisi, kad pralaidumo progresas neišvengiamas. Tuo metu šuolis nuo 10 G iki 40 G buvo reikšmingas. Tada atvažiavo 100G ir staiga visi kalbėjo apie stuburo-lapų architektūrą ir rytų-vakarų eismo modelius. Bet 400g? Tas perėjimas buvo kitoks.

NRZ moduliavimo schema, kuri mums puikiai tarnavo nuo 1G iki 25G, paprasčiausiai negalėjo ekonomiškai padidinti 100G. Fizika pabrango. Signalo vientisumas tapo košmaru. Žinoma, techniškai galėtumėte stiprinti NRZ,-tačiau sąnaudų kreivės neturėjo prasmės apimties diegimui. Taigi pramonė pasisuko į PAM4.

Tai, ką daro PAM4{1}}ir tai verta suprasti, jei nurodote infrastruktūrą-, kad vienam simboliui koduotų du bitai, o ne vienas. Keturi amplitudės lygiai vietoj dviejų. Dvigubai didesnis duomenų pralaidumas, nepadidinant duomenų perdavimo spartos. Kompromisas? Jūsų signalo-ir-triukšmo santykis yra maždaug 10 dB, palyginti su NRZ. Tai nėra trivialu. Štai kodėl kiekvienas 400G modulis pristatomas su išankstine klaidų taisymu ir kodėl DSP (skaitmeninio signalo procesorius) tapo tokia svarbia šių siųstuvų-imtuvų sudedamąja dalimi.

 

 

Formos faktoriaus karai

 

Jau daugelį metų stebėjau QSFP{0}}DD ir OSFP debatus prekybos parodose ir viešųjų pirkimų susitikimuose. Abi pusės turi pagrįstų argumentų. Nei viena, nei kita galutinai nelaimėjo.

QSFP-DD išėjo iš QSFP-DD MSA aljanso, o atgalinis suderinamumas yra puiki funkcija. Turite daug QSFP28 modulių, kurių nesate pasiruošę pakeisti? Jie patenka tiesiai į QSFP{4}}DD narvą. Matmenys-18,35 mm plotis, 89,4 mm ilgis – formos faktorius yra pažįstamas. 1U priekiniame skydelyje galite tilpti 36 prievadus. Tai yra 14,4 Tbps bendras pralaidumas, jei užpildysite kiekvieną lizdą. Operatoriams, kurie atnaujina laipsniškai, tai labai svarbu.

OSFP laikėsi kitokio požiūrio. „Octal Small Form{1}}factor Pluggable“ grupė sakė: pamirškite atgalinį suderinamumą, optimizuokime šilumos valdymą ir būsimą mastelį. 22,58 mm pločio ir 107,8 mm ilgio OSFP moduliai turi daugiau šilumos išsklaidymo paviršiaus. Jie palaiko iki 15-20 vatų galią, palyginti su QSFP-DD 12–15 W lubomis. Kai naudojate nuoseklią optiką arba planuojate 800 G, ši erdvė tampa svarbi.

NVIDIA visapusiškai{0}}naudojo OSFP savo Quantum-2 InfiniBand platformai. Tai nėra nieko. Tačiau įmonės „Cisco“ ir „Arista“ komutatoriai vis dar daugiausia siunčia QSFP-DD prievadus.

 

Ką iš tikrųjų reiškia raidės

 

Jei kada nors žiūrėjote į specifikacijų lapą ir svarstėte, kodėl DR4 kainuoja mažiau nei FR4, nors abu yra „400G moduliai“, nesate vieni. Nomenklatūra vadovaujasi šablonais, tačiau tie modeliai turi išimčių, o išimtys turi savo logiką.

• SR (trumpas diapazonas): Daugiamodis pluoštas, 850 nm bangos ilgis. 400G-SR8 naudoja aštuonias lygiagrečias 50G PAM4 juostas per MPO-16 jungtį. Diapazonas viršija maždaug 100 metrų OM4 šviesolaidžiu{19}}70 metrų OM3. Taip pat yra SR4, kuris talpina po 100 G į kiekvieną iš keturių juostų, naudodamas didesnės spartos VCSEL. Toks pat pasiekiamumas, mažiau skaidulų. 400G-SR4.2 variantas (kartais vadinamas BIDI) išmaniai veikia su dvikrypčiu perdavimu, veikia dviem bangos ilgiais kiekviena kryptimi, kad pasiektų 400G tik per keturis pluoštus.
• DR4: vienmodė{0}} šviesolaidis, 1310 nm, 500 metrų. Tai yra vidinių-duomenų centro jungčių, ilgesnių nei SR gali palaikyti, darbo arkliukas. Kiekviena iš keturių optinių juostų turi 100 G PAM4 per tam skirtą skaidulų porą. MPO{11}}12 jungtis. Išsijungimo galimybė čia yra reikšminga{14}}vieną DR4 galima padalyti į keturias nepriklausomas 100G-DR nuorodas, o tai padeda prijungti seną 100G įrangą.
• FR4: du kilometrai, vieno{0}}režimas. Štai kur pavarų dėžės architektūra užsitarnauja savo pastovumą. Modulis užima aštuonias 50 G elektros juostas, paverčia jas į keturias 100 G optines juostas per DSP, tada bangos ilgis -sutraukia visas keturias į vieną skaidulų porą, naudodamas CWDM4 tarpus (1271, 1291, 1311, 1331 nm). Dvipusis LC jungtis. Daug tvarkingesnis kabelis nei DR4 lygiagretus metodas.
• LR4 ir daugiau: Ta pati bangos ilgio schema kaip FR4, bet optimizuota 10 km pasiekti. ER4 stumia iki 40km. ZR4 pasiekia 80 km, bet reikia nuoseklaus aptikimo{8}}visiškai kitokios technologijos, skirtingos kainos, skirtingo naudojimo atvejų. 400ZR standartas iš OIF specialiai skirtas metro DCI programoms, kur reikia prijungiamos nuoseklios optikos jungiklio priekinėje plokštėje.

 

 

DSP klausimas

 

Kiekvienas 400G siųstuvas-imtuvas turi skaitmeninį signalo procesorių. Kiekvienas. Tai nėra neprivaloma-PAM4 moduliacija tiesiog neveikia be sudėtingo signalo kondicionavimo.

Ką iš tikrųjų daro DSP? Sklaidos kanalo-išlyginimas, siekiant kompensuoti kanalo praradimą. Sprendimo grįžtamojo ryšio išlyginimas dėl inter-simbolių trukdžių. Laikrodžio ir duomenų atkūrimas, norint išgauti laiką iš gauto signalo. FEC kodavimas siuntimo metu, FEC dekodavimas ir klaidų taisymas priimant. Nuosekliuose moduliuose prie šio sąrašo pridėkite chromatinės dispersijos kompensavimą ir poliarizacijos režimo sklaidos valdymą.

DSP degina energiją. Daug to. Daugelyje 400G modulių DSP sunaudoja daugiau nei pusę visos energijos. „Marvell“, „Broadcom“ ir „Inphi“ (dabar „Marvell“ dalis) konkuravo, kad sumažintų proceso mazgus ir pagerintų efektyvumą. DSP šuolis nuo 7 nm iki 5 nm leido reikšmingai sutaupyti maždaug 20 % energijos, naudojant lygiavertes funkcijas.

Vyksta diskusijos apie tai, ar DSP turėtų pereiti į patį jungiklį ASIC (ką kai kurie vadina „linijine prijungiama optika“ arba LPO). Argumentas skamba taip: jei jau apdorojate signalą jungiklyje, kam jį kartoti kiekviename siųstuvas-imtuvas? Prieš-argumentas susijęs su modulių sąveika ir praktiniais iššūkiais, keliančiais reikalavimus atitinkančią optiką įvairiose jungiklių platformose. Tai vyks per ateinančius kelerius metus.

 

Silicio fotonika patenka į paveikslėlį

 

Prisiminkite, kai visi manė, kad InP (indžio fosfido) lazeriai dominuos 400 G? Pasakojimas pasikeitė.

„Intel“ ir „Cisco“ anksti lažinosi, kad silicio fotonika{0}}integruotų optinius komponentus į silicio pagrindą, naudojant standartinius CMOS gamybos procesus. Pažadas visada buvo susijęs su didelėmis sąnaudomis. Tradicinė diskretinė optika reikalauja rankiniu būdu surinkti lazerinius lustus, moduliatorius, fotodetektorius, kurių kiekvienas iš skirtingų medžiagų. Silicio fotonika leidžia sukurti didžiąją dalį optinio variklio ant vieno štampavimo.

Šiandien pristatomi 400G-DR4 silicio fotonikos moduliai siūlo įtikinamą ekonomiją diegiant didelio masto. Jie dar nėra pigesni už EML{4}}pagrįstas alternatyvas-dar-, tačiau sąnaudų trajektorija palankesnė siliciui, nes gerėja puikios išeigos. Energijos suvartojimas taip pat naudingas, ypač moduliatoriaus skyriuje.

Tai reiškia, kad silicis sukuria vidutinį lazerį. Netiesioginio pralaidumo problema nebuvo išspręsta. Taigi net silicio fotonikos moduliuose paprastai naudojamas išorinis InP arba GaAs stiprinimo lustas, hibridinis{2}}integruotas į silicio platformą. Tai elegantiška inžinerija, tačiau „silicio fotonika“ išlieka siekiu terminija.

 

Galia ir šiluminė realybė

 

Oro aušinimas pasiekia savo praktines šio tankio ribas. Skysčio aušinimo-šalčio plokštės ant jungiklių ASIC, potencialus panardinimas į visas lentynas-nebėra egzotika. Tai tiesiog brangi infrastruktūra, kurią objektų organizacijos vis dar mokosi nurodyti ir prižiūrėti.

 

Breakout scenarijai

 

Viena galimybė, kuriai neskiriama pakankamai dėmesio: 400G moduliai dažnai gali būti sukonfigūruoti pertraukos operacijai, pateikiant kelias žemesnės spartos{1}}sąsajas pagrindinei sistemai.

400G-SR8 gali tapti dviem 200G-SR4 nuorodomis arba dviem 100G-SR4 nuorodomis, veikiančiomis per pusę, arba net aštuoniais nepriklausomais 50G kanalais („kanalizuotas“ arba SR8-C variantas). 400G-DR4 gali perjungti iki keturių 100G-DR jungčių – tai naudinga, kai reikia prijungti 400G jungiklio prievadą prie keturių atskirų 100G serverių.

Kabeliai čia tampa įdomūs. MPO-12–4xLC dvipusio pertraukimo laidai naudoja vieną DR4 prievadą ir perkelia jį į keturias nepriklausomas SMF poras. Tinklo architektai mėgsta šį lankstumą, tačiau kabelių valdymo pasekmės yra tikros. Struktūriniame kabelių planavimo plane turi būti atsižvelgta į nutraukimo scenarijus nuo pirmos dienos, arba jūs naudosite ad hoc pataisos kabelius praėjus šešiems mėnesiams po įdiegimo.

 

Ką 800G reiškia 400G

 

Pramonė sparčiai juda. 800Dabar pristatomi G siųstuvų-imtuvai-daugiausia SR8 ir DR8 variantai, skirti dirbtinio intelekto grupių sujungimams. Ar dėl to 400G paseno? Net ne arti.

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 aplinkoje, kur GPU reikia perkelti mokymo duomenis absurdišku greičiu. Kitokia rinka, kiti reikalavimai, skirtingi pokalbiai apie biudžetą. Daugeliui tinklų nereikės persekioti šios kreivės.

 

 

Praktiniai svarstymai Niekas apie tai nerašo

 

Kai kurie dalykai išmokti sunkiai:

Modulio EEPROM suderinamumas yra svarbesnis, nei pripažįsta pardavėjai. „Suderinami“ siųstuvai-imtuvai, kurie puikiai veikia viename jungiklio modelyje, gali sukelti klaidų kitame su ta pačia ASIC, bet skirtinga programine įranga. Sukurkite testavimo laiką, kai atitinkate trečiosios šalies{2}}optiką.

FR4 ir LR4 modulių LC jungtis yra dvipusė-iš viso dviejų skaidulų-, tačiau DR4 ir SR8 MPO jungtis naudoja APC (kampinio fizinio kontakto) poliravimą. Sumaišę APC ir UPC jungtis gausite 20 dB+ grąžos praradimą ir periodines klaidas. Spalvų kodavimas egzistuoja dėl priežasties.

Skirtingų gamintojų PAM4 moduliai gali turėti subtiliai skirtingą FEC įgyvendinimą. Standartai palieka vietos interpretacijoms. Jei matote nepaaiškinamai didelį ištaisytų nuorodos klaidų skaičių, prieš kaltindami pluošto gamyklą, pabandykite pakeisti vieną galą į tą patį -tiekėjo modulį.

Svarbu temperatūra. Šie moduliai paprastai skirti korpuso temperatūrai iki 70 laipsnių, tačiau našumas pablogėja prieš pasiekiant lubas. Laikykite juos šaltai, jei norite nuoseklaus elgesio.

 

Kelias pirmyn

 

400G optiniai moduliai perėjo iš pirmaujančio krašto į pagrindinę infrastruktūrą. Technologiniai sprendimai-QSFP-DD ir OSFP, lygiagrečiai ir WDM, silicis prieš diskrečiąją optiką-nebekelia tos pačios rizikos, kokia buvo prieš trejus metus. Egzistuoja tvirtos tiekimo grandinės. Keli kvalifikuoti pardavėjai konkuruoja dėl kainos ir funkcijų. Standartų institucijos išsprendė daugumą sąveikumo problemų.

Tinklo architektams, planuojantiems diegimą šiandien, pasirinkimo sistema yra nesudėtinga: suderinkite formos faktorių su savo perjungimo platformos strategija, pasirinkite siųstuvo-imtuvo tipą (SR/DR/FR/LR), atsižvelgdami į faktinius pasiekiamumo reikalavimus, ir neper{0}}perduokite specifikacijų. 400G-LR4 kainuoja daug daugiau nei 400G-DR4 – jei ilgiausi bėgimai yra 300 metrų, sunaudojate biudžetą be jokios naudos.

Ateinantys keleri metai atneš laipsniškų patobulinimų: mažesnės galios DSP, geresnis silicio fotonikos derlius, galbūt tam tikra linijinių prijungiamų architektūrų standartizacija. Tačiau pagrindinė technologijų platforma stabilizavosi. 400G nebesikuria. Dabar tai tik infrastruktūra-, kurią galite drąsiai planuoti.

Ir nuoširdžiai? Po ankstyvos 100G eros chaoso šį nuspėjamumą verta įvertinti.