ماژول نوری 400G: ویژگی ها و مزایای کلیدی

 

واقعیت PAM4

 

در اینجا چیزی است که برای درونی کردن آن مدتی طول کشید: PAM4 فقط "NRZ بهتر" نیست. این یک چالش اساسی یکپارچگی سیگنال متفاوت است.

NRZ به ما دو سطح دامنه داد. بالا یا پایین. یک یا صفر. تمیز، ساده، و از طریق 25G در هر خط به زیبایی کار می کرد. اما زمانی که صنعت تلاش کرد NRZ را به 50G برساند، فیزیک همکاری خود را متوقف کرد. نمودارهای چشمی فرو ریخت. تساوی نمی تواند ادامه یابد. هزینه‌های ساخت قطعاتی که می‌توانند یکپارچگی سیگنال را در آن سرعت‌ها حفظ کنند، برای استقرار حجم بسیار زیاد شد.

PAM4 مشکل سرعت را با رمزگذاری دو بیت در هر نماد در چهار سطح دامنه حل کرد. همان نرخ باود، دو برابر داده. شیک، واقعا با این تفاوت که اکنون گیرنده شما باید بین چهار سطح ولتاژ به جای دو تمایز قائل شود و فاصله بین آن سطوح تقریباً یک سوم آنچه در NRZ بود است. نسبت سیگنال به نویز تقریباً 10 دسی بل بدتر است. این یک خطای گرد کردن نیست-این تفاوت بین پیوندی است که کار می‌کند و پیوندی که کار نمی‌کند.

به همین دلیل است که هر فرستنده گیرنده 400G با تصحیح خطای فوروارد آماده ارسال می شود. اختیاری نیست. "برای دسترسی های طولانی تر توصیه نمی شود." اجباری. Reed-Solomon RS(544,514) FEC-چیزی که استانداردها KP4 می نامند، نمادهای برابری را اضافه می کند که به گیرنده اجازه می دهد خطاها را بدون ارسال مجدد تصحیح کند. بدون آن، پیوندهای PAM4 غیرقابل استفاده خواهند بود.

 

سیاست فاکتور شکل

 

من بیشتر از آنچه دوست دارم به خاطر بسپارم، بحث های QSFP-DD در مقابل OSFP را بررسی کرده ام.

اردوگاه QSFP{0}}DD سازگاری با عقب را استدلال می‌کند. و درست می‌گویند-شما می‌توانید یک ماژول QSFP28 را در یک قفس QSFP{4}}DD قرار دهید و کار می‌کند. سرمایه گذاری 100G موجود شما در زمینه اپتیک متوقف نشده است. ابعاد 18.35 میلی متر در 89.4 میلی متر، به اندازه کافی جمع و جور است که می تواند 36 پورت را در یک پنل جلویی 1U جای دهد. اگر هر اسلات را پر کنید، این 14.4 ترابیت در هر واحد رک است. برای اپراتورهایی که به‌روزرسانی‌های تدریجی انجام می‌دهند، این مهم است.

پارتیزان های OSFP با فضای سر حرارتی مقابله می کنند. ضریب شکل بزرگتر-22.58 میلی متر در 107.8 میلی متر-مساحت سطح بیشتری را برای اتلاف گرما فراهم می کند و به طرح های هیت سینک یکپارچه اجازه می دهد که QSFP-DD نمی تواند مطابقت داشته باشد. پاکت های برق به 15-20 وات در مقابل سقف 12-15 وات QSFP-DD کشیده می شوند. هنگامی که از اپتیک منسجم استفاده می کنید یا برای 800G برنامه ریزی می کنید، این حاشیه حرارتی مرتبط می شود.

NVIDIA برای Quantum-2 InfiniBand به OSFP رفت. آریستا هر دو را ارائه می دهد. Cisco و Juniper از QSFP-DD ناب برای سوئیچینگ سازمانی استفاده می کنند. بازار برنده ای را انتخاب نکرده است و در این مرحله احتمالاً انتخاب نخواهد کرد. هر دو فاکتور شکلی با هم وجود خواهند داشت و به بخش‌های مختلف با اولویت‌های متفاوت خدمت می‌کنند.

در واقع چه چیزی انتخاب شما را تعیین می کند؟ معمولاً پلتفرم سوئیچ که قبلاً به آن متعهد شده اید.

 

 

DR4 و FR4 در واقع به چه معنا هستند

 

نامگذاری از یک الگو پیروی می کند، اما این الگو دارای استثناهایی است که دائماً مردم را به وجد می آورد.

DR4مخفف 500-متر دسترسی روی فیبر تک حالته است. چهار خط نوری موازی که هر کدام 100G PAM4 در طول موج 1310 نانومتر دارند. کانکتور MPO{12}}12. زیبایی DR4 این است که یک ماژول می تواند با استفاده از کابل فن اوت به چهار پیوند 100G-DR مستقل تقسیم شود. هنگام اتصال سوئیچ‌های 400G به درگاه‌های برگ 100G مفید است و آماده ارتقا نیستید.

FR4با طول موج به 2 کیلومتر می رسد-چهار سیگنال 100G را روی یک جفت فیبر مولتی پلکس می کند. فاصله CWDM4 در 1271، 1291، 1311 و 1331 نانومتر. کانکتور LC دوبلکس به جای MPO. کابل کشی مرتب تر، دسترسی طولانی تر، هزینه بالاتر.

SR8سناریوهای فیبر چند حالته را کنترل می‌کند-هشت خط موازی 50G روی OM4، حداکثر 100- متر. کانکتور MPO-16. بیشتر مربوط به اتصالات کوتاه ToR به سرور است که زیرساخت چند حالته از قبل وجود دارد.

شکاف قیمت قابل توجه است. یک ماژول DR4 ممکن است 400-500 دلار حجم داشته باشد. FR4 به سمت 500-600 دلار پیش می رود. LR4 برای رسیدن به 10 کیلومتر؟ دو برابر یا بیشتر. مشخص کردن LR4 برای استقراری که در آن طولانی‌ترین دویدن شما 300 متر است، باعث صرفه‌جویی در سود عملیاتی صفر می‌شود.

 

مالیات DSP

 

هر ماژول نوری 400G حاوی یک پردازنده سیگنال دیجیتال است. تک تک. DSP با فید{3}}یکسان سازی رو به جلو، یکسان سازی بازخورد تصمیم، بازیابی ساعت و داده، و رمزگذاری/رمزگشایی FEC انجام می شود. در ماژول های منسجم، جبران پراکندگی رنگی و مدیریت پراکندگی حالت قطبش را اضافه کنید.

DSP همچنین برق را می سوزاند. مقدار زیادی از آن.

در فرستنده و گیرنده های معمولی 400G، DSP بیش از نیمی از کل توان مصرفی ماژول را مصرف می کند. یک ماژول 10 وات ممکن است شاهد 5-6 وات باشد که مستقیماً به پردازش سیگنال می‌رود. Marvell، Broadcom و Inphi سابق (در حال حاضر بخشی از Marvell) برای کوچک کردن گره‌های فرآیند رقابت کرده‌اند - انتقال 7 نانومتری به 5 نانومتری تقریباً 20 درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرده است. اما این واقعیت اساسی وجود ندارد که PAM4 برای عملکرد به سربار محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد.

برخی در صنعت اپتیک‌های قابل اتصال خطی را فشار می‌دهند-DSP را به سوییچ ASIC منتقل می‌کنند و اپتیک‌های ساده‌تر و کمتر{1}}را اجرا می‌کنند. استدلال به لحاظ نظری منطقی است. استدلال متقابل شامل قابلیت همکاری ماژول و کابوس عملی اپتیک های واجد شرایط در پلتفرم های مختلف سوئیچ بدون یک رابط استاندارد DSP است. این بحث سال ها ادامه خواهد داشت.

 

 

فوتونیک سیلیکون اقتصاد را تغییر می دهد

 

اینتل و سیسکو زود بر روی فوتونیک سیلیکون شرط بندی کردند و این شرط بندی نتیجه داد.

اپتیک‌های گسسته سنتی نیاز به مونتاژ دستی دارند: تراشه‌های لیزری از یک کارخانه، تعدیل‌کننده‌ها از دیگری، آشکارسازهای نوری از یک سوم، همه در یک رقص دقیق به هم متصل شده‌اند که به زیبایی مقیاس نمی‌شود. فوتونیک سیلیکونی بیشتر موتور نوری را با استفاده از فرآیندهای استاندارد ساخت CMOS روی یک قالب سیلیکونی ادغام می‌کند.

ماژول‌های فوتونیک سیلیکونی 400G-DR4 که امروزه از چندین فروشنده ارسال می‌شوند، مقرون به صرفه‌ای را برای استقرار در مقیاس فوق‌العاده ارائه می‌کنند. مصرف برق کاهش می‌یابد-برخی از ماژول‌های DR4 فوتونیک سیلیکونی به زیر 8 وات با DSPهای 7 نانومتری رسیده‌اند. مقیاس های تولیدی قابل پیش بینی تر است. بهبود عملکرد مستقیماً به کاهش هزینه ترجمه می شود.

گرفتن؟ سیلیکون لیزر وحشتناکی می سازد. فیزیک باند شکاف غیرمستقیم لغو نشده است. بنابراین حتی ماژول‌های "سیلیکون فوتونیک" معمولاً از یک تراشه افزایش ورودی یا GaAs خارجی استفاده می‌کنند که ترکیبی- روی پلت فرم سیلیکونی است. این مهندسی هوشمندانه است، اما اصطلاحات کمی بیش از آنچه در واقع اتفاق می‌افتد، نشان می‌دهد.

علی بابا از سال 2020 از سیلیکون فوتونیک 400G DR4 استفاده کرد. اینتل ادعا می کند 60 درصد از سهم بازار فرستنده گیرنده های فوتونیک سیلیکونی برای دیتاکام. خطوط روند به نفع این فناوری است که به سهم خود ادامه دهد.

 

چگالی حرارتی اکنون مشکل همه است

 

یک سوئیچ 400G کاملاً پرجمعیت گرمایی تولید می کند که یک دهه پیش غیرقابل تصور بود.

شماره ها را اجرا کنید: 32 پورت از ماژول های 400G-DR4 در هر کدام 10-12 وات. این 320-384 وات تنها از فرستنده گیرنده است، قبل از محاسبه سوئیچ ASIC، حافظه، فن ها و سربار تبدیل برق. چگالی حرارتی در ردیف های مرکز داده تقریباً در پنج سال دو برابر شده است. مهندسان تأسیسات از این موضوع خوشحال نیستند.

ضریب شکل بزرگتر OSFP به-مساحت سطح بیشتر، کانال‌های جریان هوا بهتر، طرح‌های هیت سینک یکپارچه کمک می‌کند. ماژول‌های QSFP{2}}DD بیشتر به معماری حرارتی تجهیزات میزبان بستگی دارند. هیچ‌یک از این رویکردها اشتباه نیست، اما ملاحظات حرارتی باید کاملاً تصمیم شما را در مورد فاکتور شکلی شما تعیین کند، اگر در حال ایجاد بارهای کاری با پهنای باند بالا{4} هستید.

خنک کننده هوا در این تراکم ها به محدودیت های عملی نزدیک می شود. خنک‌کننده مایع-صفحه‌های سرد در سوئیچ‌های ASIC، غوطه‌وری بالقوه برای کل قفسه‌ها-از حالت عجیب و غریب به صرفاً گران‌قیمت تغییر کرده است. زیرساخت و تخصص تعمیر و نگهداری مورد نیاز هنوز در منحنی های پذیرش عقب مانده است.

 

انعطاف پذیری شکست

 

یکی از قابلیت‌هایی که سزاوار توجه بیشتر است: ماژول‌های 400G می‌توانند در پیکربندی‌های شکست کار کنند و به‌عنوان چندین رابط با نرخ پایین‌تر- ارائه شوند.

یک 400G-DR4 می‌تواند به چهار پیوند 100G-DR برسد. یک MPO{10}}12 تا 4xLC دوبلکس مهار شکسته یک درگاه DR4 واحد را به چهار جفت SMF مستقل متصل می‌کند. معماران شبکه این انعطاف پذیری را برای محیط های با سرعت ترکیبی و ارتقاء مرحله ای دوست دارند.

هر چند پیامدهای کابل کشی ساخت یافته واقعی هستند. اگر از روز اول برای سناریوهای شکست برنامه‌ریزی نکرده‌اید، ظرف شش ماه پس از استقرار، -کابل‌های وصله adhoc را اجرا خواهید کرد. طراحی کارخانه فیبر شما باید این موارد استفاده را به طور پیشگیرانه انجام دهد.

 

بهداشت کانکتور بیشتر از آنچه فکر می کنید اهمیت دارد

 

برخی چیزها از طریق تجربه دردناک آموخته شده اند:

اتصالات MPO در ماژول های DR4 و SR8 از پولیش APC (تماس فیزیکی زاویه دار) استفاده می کنند. کانکتورهای LC در FR4 و LR4 معمولاً UPC (تماس فیزیکی فوق العاده) هستند. مخلوط کردن کانکتورهای APC و UPC-که به‌طور تصادفی به‌طور تکان‌دهنده‌ای آسان است-تلفات برگشتی +20dB و خطاهای متناوب را برای شما به همراه خواهد داشت که تیم‌های عیب‌یابی را دیوانه می‌کند. کدگذاری رنگ به یک دلیل وجود دارد: سبز برای APC، آبی برای UPC.

سازگاری ماژول EEPROM آشفته تر از آن چیزی است که فروشندگان اذعان دارند. فرستنده‌های "سازگار"- شخص ثالث که به خوبی در یک مدل سوئیچ کار می‌کنند، ممکن است در سوییچ دیگری با همان ASIC اما میان‌افزار متفاوت خطا ایجاد کنند. زمان صلاحیت را در فرآیند تدارکات خود بسازید.

دما بیشتر از آنچه که برگه های مشخصات نشان می دهد اهمیت دارد. این ماژول ها معمولاً برای دمای کیس تا 70 درجه درجه بندی می شوند، اما عملکرد قبل از رسیدن به آن سقف کاهش می یابد. خنک نگه داشتن آنها باعث ایجاد رفتار سازگارتر می شود.

 

جایی که 800G جا می شود

800G و در نهایت 1.6T در محیط های AI/ML با الزامات مختلف و گفتگوهای بودجه متفاوت تسلط خواهند داشت. بیشتر شبکه ها نیازی به تعقیب آن منحنی ندارند.

 

خط پایین

 

ماژول‌های اپتیکال 400G از زیرساخت‌های لبه خونریزی به زیرساخت اصلی تبدیل شده‌اند. تصمیمات فناوری-QSFP-DD در مقابل OSFP، موازی در مقابل WDM، فوتونیک سیلیکون در مقابل گسسته-دیگر خطری را که سه یا چهار سال پیش انجام می‌دادند، ندارد.

فاکتور فرم را با استراتژی پلتفرم سوئیچ خود مطابقت دهید. نوع فرستنده گیرنده را بر اساس نیازهای دسترسی واقعی انتخاب کنید، نه بدترین-پارانویای موردی. بیش از-مشخصات نباشید. ساخت در حاشیه حرارتی. گیاه فیبر خود را برای سناریوهای شکست برنامه ریزی کنید. و کانکتورهای MPO خود را تمیز نگه دارید.

چند سال آینده بهبودهای تدریجی را به همراه خواهد داشت-DSPهای توان کمتر، بازدهی بهتر فوتونیک سیلیکونی، شاید حرکتی در معماری‌های قابل اتصال خطی. اما پلت فرم فناوری اساسی تثبیت شده است. 400G اکنون فقط زیرساخت است. نوعی که می توانید با اعتماد به نفس معقول برنامه ریزی کنید.

پس از سال‌ها آشفتگی 100G و عدم قطعیت 400G، این قابلیت پیش‌بینی اهمیت زیادی دارد.