400g optilise mooduli mõistmine

 

Miks 400G juhtus, kui see juhtus?

 

Ribalaiuse suurenemine on teatud paratamatus, mida tööstuse veteranid on oodanud. Hüpe 10G-lt 40G-le tundus sel ajal märkimisväärne. Siis saabus 100G ja järsku rääkisid kõik lülisamba{5}}lehtede arhitektuurist ja ida-lääne liiklusmustrist. Aga 400g? See üleminek on olnud erinev.

NRZ-i modulatsiooniskeem, mis teenis meid hästi 1G-st kuni 25G-ni, lihtsalt ei suutnud majanduslikult ulatuda üle 100G. Füüsika läks kalliks. Signaali terviklikkusest sai õudusunenägu. Kindlasti võiksite NRZ-i tehniliselt tugevamini suruda,-kuid kulukõveratel polnud mahu juurutamiseks mõtet. Nii et tööstus pöördus PAM4 poole.

Mida PAM4 teeb-ja seda tasub mõista, kui määratlete infrastruktuuri-, kodeerib ühe sümboli asemel kaks bitti. Kahe amplituuditaseme asemel neli. Kaks korda suurem andmeedastuskiirus ilma edastuskiirust kahekordistamata. Kompromiss? Teie signaali-/-müra suhe on NRZ-ga võrreldes umbes 10 dB. See pole triviaalne. Sellepärast tarnitakse iga 400G mooduli veaparandust ja DSP (digitaalne signaaliprotsessor) on muutunud nende transiiverite jaoks nii oluliseks komponendiks.

 

 

Vormifaktori sõjad

 

Olen juba aastaid jälginud QSFP{0}}DD versus OSFP arutelu messidel ja hankekoosolekutel. Mõlemal poolel on põhjendatud argumendid. Kumbki pole lõplikult võitnud.

QSFP-DD tuli välja QSFP-DD MSA liidust, mille hävitavaks funktsiooniks on tagasiühilduvus. Kas teil on hunnik QSFP28 mooduleid, mida te pole valmis välja vahetama? Need pestakse otse QSFP-DD puuri. Mõõdud-18,35 mm laius, 89,4 mm pikkus – hoiavad vormiteguri tuttavana. 1U esipaneelile mahub 36 porti. See on 14,4 Tbps koguläbilaskevõimet, kui täidate iga pesa. Järk-järgult uuendavate operaatorite jaoks on see tohutult oluline.

OSFP kasutas teistsugust lähenemist. Octal Small Form-faktori Pluggable rühm ütles: unustage tagasiühilduvus, optimeerigem soojusjuhtimise ja tulevase skaleeritavuse jaoks. OSFP moodulitel on 22,58 mm laiused ja 107,8 mm pikkused soojuse hajutamiseks rohkem pinda. Need toetavad kuni 15-20 vatti võimsust, võrreldes QSFP-DD 12–15 W laega. Kui kasutate sidusat optikat või plaanite 800 G, muutub see vaba ruumi asjakohaseks.

NVIDIA kasutas oma Quantum-2 InfiniBand platvormi OSFP-s kõike{0}}. See pole midagi. Kuid Cisco ja Arista ettevõtete kommutaatorid tarnivad endiselt valdavalt QSFP-DD porte.

 

Mida tähed tegelikult tähendavad

 

Kui olete kunagi spetsifikatsioonilehte vaadanud ja mõelnud, miks DR4 maksab vähem kui FR4, kuigi mõlemad on "400G moodulid", pole te üksi. Nomenklatuur järgib mustreid, kuid neil mustritel on erandid ja eranditel on oma loogika.

• SR (lühivahemik): mitmemoodiline kiud, lainepikkus 850 nm. 400G-SR8 kasutab kaheksat paralleelset 50G PAM4 rada MPO-16 pistiku kaudu. Laskeulatus ületab OM4 fiiberil umbes 100 meetrit{19}}70 meetrit OM3 puhul. Samuti on olemas SR4, mis mahutab 100G igale neljale sõidurajale, kasutades suurema kiirusega VCSEL-e. Sama ulatus, vähem kiude. Variant 400G-SR4.2 (mõnikord nimetatakse seda ka BIDI-ks) on kahesuunalise ülekandega nutikas, jookseb mõlemas suunas kahte lainepikkust, et saavutada 400G vaid nelja kiu kaudu.
• DR4: ühemoodi{0}}kiud, 1310 nm, 500 meetrit. See on tööhobune andmekeskusesiseste-ühenduste jaoks, mis on pikemad, kui SR suudab vastu pidada. Kõik neli optilist rada kannavad 100G PAM4 spetsiaalse kiupaari kaudu. MPO{11}}12 pistik. Läbimurdevõime on siin märkimisväärne,{14}}üks DR4 saab jagada neljaks sõltumatuks 100G-DR lingiks, mis aitab 100G pärandseadmete ühendamisel.
• FR4: kaks kilomeetrit ühe-režiimiga. Siin teenib käigukasti arhitektuur oma püsivust. Moodul võtab kaheksa 50G elektrirada, teisendab need DSP kaudu neljaks 100G optiliseks rajaks, seejärel multipleksib lainepikkusega -kõik neli ühte kiupaari, kasutades CWDM4 vahekaugust (1271, 1291, 1311, 1331 nm). Duplex LC pistik. Palju korralikum kaabeldus kui DR4 paralleelne lähenemine.
• LR4 ja rohkem: sama lainepikkuse skeem nagu FR4-l, kuid optimeeritud 10 km ulatuseks. ER4 surub 40km peale. ZR4 läbib 80 km, kuid nõuab ühtset tuvastamist-täiesti erinevat tehnoloogiat, erinevat hinda, erinevat kasutusjuhtu. OIF-i standard 400ZR on suunatud spetsiaalselt suurlinna DCI rakendustele, kus vajate lüliti esipaneelil ühendatavat koherentset optikat.

 

 

DSP küsimus

 

Iga 400G transiiver sisaldab digitaalset signaaliprotsessorit. Iga üks. See ei ole valikuline-PAM4 modulatsioon lihtsalt ei tööta ilma keeruka signaalitöötluseta.

Mida DSP tegelikult teeb? Kanali kadumise kompenseerimiseks voo-edasivõrdsus. Otsuse tagasiside võrdsustamine -sümbolihäirete jaoks. Kella ja andmete taastamine vastuvõetud signaalist ajastuse eraldamiseks. FEC-kodeering edastamisel, FEC-dekodeerimine ja veaparandus vastuvõtmisel. Sidusates moodulites lisage sellele loendile kromaatilise dispersiooni kompenseerimine ja polarisatsioonirežiimi dispersioonihaldus.

DSP põletab võimsust. Palju sellest. Paljudes 400G moodulites moodustab DSP üle poole kogu energiatarbimisest. Marvell, Broadcom ja Inphi (nüüd Marvelli osa) on konkureerinud protsessisõlmede vähendamise ja tõhususe parandamise nimel. Hüpe 7 nm-lt 5 nm DSP-le on samaväärse funktsionaalsuse jaoks aidanud säästa energiat umbes 20%.

Käimas on arutelu selle üle, kas DSP-d peaksid liikuma lüliti ASIC-i (mida mõned nimetavad "lineaarseks ühendatavaks optikaks" või LPO-ks). Argument kõlab: kui te juba tegelete lülitiga signaalitöötlusega, siis miks korrata seda igas transiiveris? Vastuargument- hõlmab moodulite koostalitlusvõimet ja praktilisi väljakutseid optika kvalifitseerimisel erinevatel lülitusplatvormidel. Seda mängitakse järgmise paari aasta jooksul.

 

Silicon Photonics siseneb pildile

 

Kas mäletate, kui kõik eeldasid, et InP (indium fosfiid) laserid domineerivad 400 G? Narratiiv nihkus.

Intel ja Cisco panustasid varakult ränifotoonikale,{0}}integreerib optilised komponendid ränisubstraatidele, kasutades standardseid CMOS-i tootmisprotsesse. Lubadus puudutas alati mastaapseid kulusid. Traditsiooniline diskreetne optika nõuab laserkiipide, modulaatorite, fotodetektorite käsitsi kokkupanekut, millest igaüks on valmistatud erinevatest materjalidest. Ränifotoonika võimaldab ehitada suure osa optilisest mootorist ühele matriitsile.

Täna tarnitavad 400G-DR4 ränifotoonikamoodulid pakuvad hüperskaala kasutuselevõtuks veenvat ökonoomsust. Need ei ole üldiselt odavamad kui EML{4}}põhised alternatiivid-veel-, kuid kulutrajektoor soosib räni, kuna suure tootlikkuse paranemine. Kasu on ka energiatarbimisest, eriti modulaatorite osas.

See tähendab, et räni teeb keskpärase laseri. Kaudse ribalaiuse probleem ei ole lahendatud. Nii et isegi ränifotoonikamoodulid kasutavad tavaliselt välist InP- või GaAs-kiipi, hübriid{2}}, mis on integreeritud räniplatvormile. See on elegantne tehnika, kuid "ränifotoonika" jääb mõnevõrra püüdlikuks terminoloogiaks.

 

Võimsus ja termiline tegelikkus

 

Õhkjahutus on saavutamas nende tiheduste praktilisi piire. Vedelikjahutus-külmplaadid lülitite ASIC-idel, potentsiaalselt tervete riiulite kastmine-ei ole enam eksootiline. See on lihtsalt kallis infrastruktuur, mida rajatiste organisatsioonid alles õpivad täpsustama ja hooldama.

 

Väljamurdmise stsenaariumid

 

Üks võimalus, millele ei pöörata piisavalt tähelepanu: 400G mooduleid saab sageli konfigureerida katkestusoperatsiooniks, esitades hostsüsteemile mitu madalama kiirusega{1}}liidest.

400G-SR8-st võib saada kaks 200G-SR4 linki või kaks poole kiirusega 100G-SR4 linki või isegi kaheksa sõltumatut 50G kanalit ("kanalistatud" või SR8-C variant). 400G-DR4 võib katkeda neljaks 100G-DR-ühenduseks – see on kasulik, kui peate ühendama 400G kommutaatoripordi nelja eraldiseisva 100G serveriga.

Kaabel läheb siin huvitavaks. MPO-12 kuni 4xLC duplekseraldusrakmed võtavad ühe DR4 pordi ja ventileerivad selle nelja sõltumatu SMF paarini. Võrguarhitektid armastavad seda paindlikkust, kuid kaablihalduse tagajärjed on reaalsed. Teie struktureeritud kaabeldusplaan peab arvestama katkestuste stsenaariumidega alates esimesest päevast või kuus kuud pärast juurutamist kasutate ad-hoc-plaastrikaableid.

 

Mida 800G tähendab 400G jaoks

 

Tööstus liigub kiiresti. 800G-transiivereid tarnitakse praegu-peamiselt SR8 ja DR8 variante tehisintellektiklastri ühendamiseks. Kas see muudab 400G aegunuks? Isegi mitte lähedalt.

400G ökosüsteem on küpseks saanud. Moodulite kulud on oluliselt langenud. Tarnijatevaheline koostalitlusvõime- on hästi välja kujunenud. Enamiku ettevõtete ja pilvevõrkude vajaduste jaoks on 400G parim jõudluse, kulude ja toimimise tundmine. See jääb aastateks lehtede{7}}seljakangaste ja üldotstarbelise-andmekeskuse ühenduvuse mahumänguks.

800G ja lõpuks 1.6T hakkavad domineerima AI/ML keskkondades, kus GPU-d peavad treeningandmeid absurdse kiirusega liigutama. Erinevad turud, erinevad nõuded, erinevad eelarvevestlused. Enamik võrke ei pea seda kõverat taga ajama.

 

 

Praktilised kaalutlused, millest keegi ei kirjuta

 

Mõned asjad õppisid raskel teel:

Mooduli EEPROM-i ühilduvus on olulisem, kui müüjad tunnistavad. "Ühilduvad" transiiverid, mis töötavad hästi ühes lülitimudelis, võivad tekitada tõrkeid teises, millel on sama ASIC, kuid erinev püsivara. Kolmanda osapoole optika kvalifitseerumisel lisage testimisaega-.

FR4 ja LR4 moodulite LC-pistik on dupleks-kaks kiudu kokku-, kuid DR4 ja SR8 MPO-pistik kasutab APC (nurga all olev füüsiline kontakt) poleerimist. APC- ja UPC-pistikute segamine toob kaasa 20 dB+ tagastuskadu ja katkendlikud vead. Värvikoodid on olemas põhjusega.

Erinevate tootjate PAM4 moodulid võivad omada peenelt erinevaid FEC-rakendusi. Standardid jätavad tõlgendamisruumi. Kui näete lingil seletamatult suurt parandatud vigade arvu, proovige enne kiutehase süüdistamist üks ots sama -müüja mooduli vastu välja vahetada.

Temperatuur on oluline. Need moodulid on mõeldud korpuse temperatuuridele tavaliselt kuni 70 kraadi, kuid jõudlus halveneb enne lae alla jõudmist. Hoidke neid jahedana, kui soovite järjepidevat käitumist.

 

Tee edasi

 

400G optilised moodulid on üle läinud esiservalt tavataristule. Tehnoloogilised otsused-QSFP-DD versus OSFP, paralleelne versus WDM, räni versus diskreetne optika-ei kanna enam sama ohtu, mis kolm aastat tagasi. On olemas tugevad tarneahelad. Mitu kvalifitseeritud müüjat konkureerivad hinna ja funktsioonide osas. Standardiasutused on lahendanud enamiku koostalitlusvõime eelisjuhtudest.

Tänapäeva juurutamist kavandavatele võrguarhitektidele on valikuraamistik lihtne: sobitage vormitegur oma lülitusplatvormi strateegiaga, valige transiiveri tüüp (SR/DR/FR/LR) tegelike katvusnõuete alusel ja ärge tehke üle{0}}spetsifikatsiooni. 400G-LR4 maksab oluliselt rohkem kui 400G-DR4 – kui teie pikimad jooksud on 300 meetrit, kulutate eelarvet ilma töökasuta.

Järgmised paar aastat toovad kaasa järkjärgulisi täiustusi: väiksema võimsusega DSP-d, paremad ränifotoonika tootlused, võib-olla mõningane standardimine lineaarsete ühendatavate arhitektuuride ümber. Kuid põhiline tehnoloogiaplatvorm on stabiliseerunud. 400G-d enam ei teki. Praegu on see lihtsalt infrastruktuur-, mida saate enesekindlalt planeerida.

Ja ausalt? Pärast varase 100G ajastu kaost tasub seda prognoositavust hinnata.