آشنایی با ماژول نوری 400 گرمی

 

چرا 400G زمانی اتفاق افتاد؟

 

پیشرفت پهنای باند امری اجتناب ناپذیر است که پیشکسوتان صنعت انتظار آن را دارند. جهش از 10G به 40G در آن زمان قابل توجه بود. سپس 100G رسید و ناگهان همه در مورد ستون فقرات-معماری برگ و الگوهای ترافیک شرق-غرب صحبت کردند. اما 400 گرم؟ آن انتقال متفاوت بوده است.

طرح مدولاسیون NRZ که از 1G تا 25G به خوبی در خدمت ما بود، به سادگی نمی‌توانست از نظر اقتصادی فراتر از 100G باشد. فیزیک گران شد یکپارچگی سیگنال به یک کابوس تبدیل شد. مطمئناً می‌توانید از نظر فنی NRZ را سخت‌تر فشار دهید-اما منحنی‌های هزینه برای استقرار حجم معنادار نبود. بنابراین صنعت به PAM4 چرخید.

کاری که PAM4 انجام می‌دهد-و اگر زیرساخت‌ها را مشخص می‌کنید ارزش درک آن را دارد-این است که به‌جای یک، دو بیت در هر نماد رمزگذاری کنید. چهار سطح دامنه به جای دو. دو برابر توان داده بدون دوبرابر کردن نرخ باود. مبادله؟ نسبت سیگنال به نویز شما در مقایسه با NRZ تقریباً 10 دسی بل است. این بی اهمیت نیست. به همین دلیل است که هر ماژول 400G با تصحیح خطای جلو عرضه می‌شود، و چرا DSP (پردازنده سیگنال دیجیتال) به یک جزء حیاتی در این فرستنده‌ها تبدیل شده است.

 

 

جنگ های فاکتور فرم

 

من سال‌هاست که مناظره QSFP-DD در مقابل OSFP را در نمایشگاه‌های تجاری و جلسات تدارکات تماشا کرده‌ام. هر دو طرف استدلال های معتبری دارند. هیچ کدام به طور قطعی برنده نشده اند.

QSFP-DD از اتحاد QSFP-DD MSA با سازگاری به عقب به عنوان ویژگی قاتل آن بیرون آمد. دسته ای از ماژول های QSFP28 دارید که آماده تعویض آنها نیستید؟ آنها مستقیماً در یک قفس QSFP{4}}DD قرار خواهند گرفت. ابعاد-18.35 میلی متر عرض، 89.4 میلی متر طول - فاکتور فرم را آشنا نگه می دارد. شما می توانید 36 پورت را در یک پنل جلویی 1U قرار دهید. اگر هر شکاف را پر کنید، این 14.4 ترابیت در ثانیه ظرفیت کل است. برای اپراتورهایی که به صورت تدریجی ارتقا می یابند، این امر بسیار مهم است.

OSFP رویکرد متفاوتی در پیش گرفت. گروه Octal Small Form{1}}factor Pluggable گفت: سازگاری رو به عقب را فراموش کنید، بیایید برای مدیریت حرارتی و مقیاس پذیری آینده بهینه سازی کنیم. با عرض 22.58 میلی متر و طول 107.8 میلی متر، ماژول های OSFP سطح بیشتری برای اتلاف گرما دارند. آنها از پوشش های برق تا 15-20 وات در مقابل سقف 12-15 وات QSFP-DD پشتیبانی می کنند. وقتی از اپتیک منسجم استفاده می‌کنید یا برای 800G برنامه‌ریزی می‌کنید، این فضای اصلی به شما مربوط می‌شود.

NVIDIA برای پلتفرم Quantum-2 InfiniBand خود-در OSFP همه کار کرد. این چیزی نیست. اما سوئیچ های سازمانی از سیسکو و آریستا همچنان عمدتاً پورت های QSFP-DD را حمل می کنند.

 

حروف در واقع به چه معنا هستند

 

اگر تا به حال به برگه مشخصات خیره شده اید که چرا DR4 با وجود اینکه هر دو ماژول 400G هستند، کمتر از FR4 قیمت دارد، تنها نیستید. نامگذاری از الگوها پیروی می کند، اما آن الگوها استثناهایی دارند و استثناها منطق خاص خود را دارند.

• SR (محدوده کوتاه): فیبر چند حالته، طول موج 850 نانومتر. 400G-SR8 از هشت خط موازی 50G PAM4 روی یک رابط MPO-16 استفاده می‌کند. برد در فیبر OM4 حدود 100 متر است-70 متر در OM3. همچنین SR4 وجود دارد که با استفاده از VCSELهای با سرعت بالاتر، 100G را در هر چهار مسیر قرار می دهد. دسترسی یکسان، الیاف کمتر. نوع 400G-SR4.2 (گاهی اوقات BIDI نامیده می شود) با انتقال دو جهته هوشمندانه عمل می کند و دو طول موج در هر جهت برای دستیابی به 400G در تنها چهار فیبر اجرا می کند.
• DR4: فیبر تک حالت-، ۱۳۱۰ نانومتر، ۵۰۰ متر. این کار برای اتصالات درون{4}}دیتاسنتر طولانی تر از توان SR است. هر یک از چهار خط نوری 100G PAM4 را روی یک جفت فیبر اختصاصی حمل می کند. کانکتور MPO{11}}12. قابلیت شکست در اینجا قابل توجه است-یک DR4 می‌تواند به چهار پیوند 100G-DR مستقل تقسیم شود، که به هنگام اتصال تجهیزات قدیمی 100G کمک می‌کند.
• FR4: دو کیلومتر، حالت تک-. اینجا جایی است که معماری گیربکس حفظ می شود. این ماژول هشت خط الکتریکی 50G را انتخاب می کند، آنها را از طریق DSP به چهار خط نوری 100G تبدیل می کند، سپس با استفاده از فاصله CWDM4 (1271، 1291، 1311، 1331nm) طول موج-هر چهار خط را روی یک جفت فیبر چندپلکس می کند. کانکتور LC دوبلکس. کابل کشی بسیار مرتب تر از رویکرد موازی DR4.
• LR4 و فراتر از آن: طرحی با طول موج مشابه با FR4، اما بهینه شده برای دسترسی به 10 کیلومتر. ER4 به 40 کیلومتر فشار می آورد. ZR4 به 80 کیلومتر می رسد اما به تشخیص منسجم-به طور کامل فناوری متفاوت، قیمت متفاوت، موارد استفاده متفاوت نیاز دارد. استاندارد 400ZR از OIF به طور خاص برنامه های DCI مترو را هدف قرار می دهد که در آن به اپتیک های منسجم قابل اتصال در صفحه سوئیچ نیاز دارید.

 

 

سوال DSP

 

هر فرستنده و گیرنده 400G دارای یک پردازنده سیگنال دیجیتال است. تک تک. این اختیاری نیست-مدولاسیون PAM4 به سادگی بدون تهویه سیگنال پیچیده کار نمی کند.

DSP در واقع چه کاری انجام می دهد؟ فید{0}}یکسان سازی رو به جلو برای جبران ضرر کانال. یکسان سازی بازخورد تصمیم برای تداخل بین-نماد. بازیابی ساعت و اطلاعات برای استخراج زمان از سیگنال دریافتی. رمزگذاری FEC در انتقال، رمزگشایی FEC و تصحیح خطا در دریافت. در ماژول های منسجم، جبران پراکندگی رنگی و مدیریت پراکندگی حالت قطبش را به آن لیست اضافه کنید.

DSP برق را می سوزاند. مقدار زیادی از آن. در بسیاری از ماژول های 400G، DSP بیش از نیمی از کل مصرف برق را به خود اختصاص می دهد. Marvell، Broadcom و Inphi (اکنون بخشی از Marvell) در رقابت برای کوچک کردن گره‌های فرآیند و بهبود کارایی قرار گرفته‌اند. جهش از DSPهای 7 نانومتری به 5 نانومتری باعث صرفه جویی در مصرف انرژی در حدود 20 درصد برای عملکردهای مشابه شده است.

بحث در مورد اینکه آیا DSP ها باید به سوییچ ASIC منتقل شوند (آنچه برخی آن را "اپتیک قابل اتصال خطی" یا LPO می نامند، ادامه دارد. استدلال این است: اگر در حال حاضر پردازش سیگنال را روی سوئیچ انجام می دهید، چرا آن را در هر فرستنده و گیرنده تکرار کنید؟ آرگومان ضد-شامل قابلیت همکاری ماژول و چالش های عملی صلاحیت اپتیک در پلتفرم های مختلف سوئیچ است. این یکی قرار است در چند سال آینده اجرا شود.

 

سیلیکون فوتونیک وارد تصویر می شود

 

به یاد دارید زمانی که همه تصور می کردند لیزرهای InP (فسفید ایندیوم) بر 400G غالب است؟ روایت تغییر کرد.

اینتل و سیسکو در ابتدا روی فوتونیک سیلیکونی{0}}یکپارچه سازی اجزای نوری روی بسترهای سیلیکونی با استفاده از فرآیندهای استاندارد ساخت CMOS شرط بندی کردند. وعده همیشه در مورد هزینه در مقیاس بود. اپتیک‌های گسسته سنتی نیاز به مونتاژ دستی تراشه‌های لیزری، مدولاتورها، آشکارسازهای نوری، هر کدام از مواد مختلف دارند. فوتونیک سیلیکونی به شما این امکان را می دهد که بیشتر موتور نوری را روی یک قالب بسازید.

ماژول‌های فوتونیک سیلیکونی 400G-DR4 که امروزه ارسال می‌شوند، صرفه اقتصادی قانع‌کننده‌ای را برای استقرار در مقیاس فوق‌العاده ارائه می‌دهند. آنها هنوز ارزان‌تر از-جایگزین‌های مبتنی بر EML--نمی‌باشند، اما مسیر هزینه‌ها به نفع سیلیکون است زیرا بازدهی عالی بهبود می‌یابد. مزایای مصرف برق نیز، به ویژه در بخش مدولاتور.

گفته می شود، سیلیکون یک لیزر متوسط ​​می سازد. مشکل bandgap غیر مستقیم حل نشده است. بنابراین، حتی ماژول‌های فوتونیک سیلیکونی معمولاً از یک تراشه ورودی داخلی یا GaAs خارجی استفاده می‌کنند که ترکیبی- روی پلت فرم سیلیکونی است. این مهندسی ظریف است، اما "فتونیک سیلیکون" تا حدودی اصطلاحات آرمانی باقی مانده است.

 

قدرت و واقعیت های حرارتی

 

خنک کننده هوا در حال رسیدن به حد عملی خود برای این تراکم ها است. خنک کننده مایع-صفحات سرد در سوئیچ های ASIC، غوطه ور شدن بالقوه برای کل قفسه ها-دیگر عجیب نیست. این فقط زیرساخت های گران قیمتی است که سازمان های تاسیساتی هنوز در حال یادگیری تعیین و نگهداری آن هستند.

 

سناریوهای شکست

 

یکی از قابلیت‌هایی که توجه کافی را به خود جلب نمی‌کند: ماژول‌های 400G را اغلب می‌توان برای عملیات شکست پیکربندی کرد و به‌عنوان چندین رابط با نرخ پایین‌تر{1}} به سیستم میزبان ارائه شد.

یک 400G-SR8 می‌تواند به دو پیوند 200G-SR4، یا دو پیوند 100G-SR4 که با نرخ نصف کار می‌کنند، یا حتی به هشت کانال مستقل 50G تبدیل شود (نوع «کانال‌شده» یا SR8{13}}C). یک 400G-DR4 می‌تواند به چهار اتصال 100G-DR تبدیل شود - زمانی که نیاز دارید یک پورت سوئیچ 400G را به چهار سرور 100G جداگانه متصل کنید، مفید است.

کابل کشی اینجا جالب می شود. مهار شکسته دوبلکس MPO-12 تا 4xLC یک پورت DR4 را می گیرد و آن را به چهار جفت SMF مستقل می فرستد. معماران شبکه این انعطاف پذیری را دوست دارند، اما پیامدهای مدیریت کابل واقعی هستند. برنامه کابل‌کشی ساختاریافته شما باید سناریوهای شکست را از روز اول در نظر بگیرد، در غیر این صورت شش ماه پس از استقرار، کابل‌های پچ موقت را اجرا می‌کنید.

 

معنای 800G برای 400G چیست؟

 

صنعت به سرعت در حال حرکت است. 800در حال حاضر فرستنده‌های G در حال ارسال هستند-اغلب انواع SR8 و DR8 برای اتصالات خوشه‌ای هوش مصنوعی. آیا این باعث می شود 400G منسوخ شود؟ حتی نزدیک نیست.

اکوسیستم 400G بالغ شده است. هزینه های ماژول به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. قابلیت همکاری بین فروشندگان به خوبی-تثبیت شده است. برای اکثر نیازهای سازمانی و شبکه ابری، 400G نشان دهنده نقطه شیرین عملکرد، هزینه و آشنایی عملیاتی است. برای سال‌ها پخش صدا برای پارچه‌های برگی-و اتصالات مرکز داده عمومی- باقی خواهد ماند.

800G و در نهایت 1.6T در محیط‌های AI/ML که در آن پردازنده‌های گرافیکی نیاز به انتقال داده‌های آموزشی با سرعت‌های نامعقول دارند، غالب خواهند شد. بازار متفاوت، نیازهای مختلف، گفتگوهای مختلف بودجه. اکثر شبکه ها نیازی به تعقیب آن منحنی نخواهند داشت.

 

 

ملاحظات عملی که هیچ کس درباره آن چیزی نمی نویسد

 

برخی چیزها به سختی آموخته شد:

سازگاری ماژول EEPROM بیش از آن چیزی است که فروشندگان اعتراف می کنند. فرستنده‌های «سازگار» که در یک مدل سوئیچ به خوبی کار می‌کنند، ممکن است در دیگری با همان ASIC اما میان‌افزار متفاوت خطا ایجاد کنند. در زمان واجد شرایط بودن{2}}نوری شخص ثالث، زمان آزمون را وارد کنید.

کانکتور LC در ماژول‌های FR4 و LR4 دوبلکس است-در مجموع دو فیبر-اما کانکتور MPO در DR4 و SR8 از پولیش APC (تماس فیزیکی زاویه‌دار) استفاده می‌کند. مخلوط کردن کانکتورهای APC و UPC باعث از دست دادن 20dB+ و خطاهای متناوب می شود. کدگذاری رنگ به دلایلی وجود دارد.

ماژول‌های PAM4 از سازندگان مختلف می‌توانند پیاده‌سازی FEC متفاوتی داشته باشند. استانداردها جایی برای تفسیر باقی می گذارد. اگر در پیوندی تعداد خطاهای تصحیح شده غیرقابل توضیحی بالایی را مشاهده می کنید، قبل از سرزنش کارخانه فیبر، سعی کنید یک سر آن را با یک واحد{3}}فروشنده مشابه تعویض کنید.

دما مهمه 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. اگر می خواهید رفتار ثابتی داشته باشید، آنها را خونسرد نگه دارید.

 

جاده رو به جلو

 

ماژول های نوری 400G از زیرساخت های پیشرو به زیرساخت های اصلی تبدیل شده اند. تصمیمات فناوری-QSFP-DD در مقابل OSFP، موازی در مقابل WDM، سیلیکون در مقابل اپتیک‌های گسسته{4}}دیگر خطر سه سال پیش را ندارند. زنجیره های تامین قوی وجود دارد. چندین فروشنده واجد شرایط بر سر قیمت و ویژگی ها با هم رقابت می کنند. نهادهای استاندارد اکثر موارد لبه قابلیت همکاری را برطرف کرده اند.

برای معماران شبکه که امروز برنامه ریزی می کنند، چارچوب انتخاب ساده است: ضریب فرم را با استراتژی پلت فرم سوئیچ خود مطابقت دهید، نوع فرستنده گیرنده (SR/DR/FR/LR) را بر اساس نیازهای دسترسی واقعی انتخاب کنید، و بیش از-مشخصات مورد نظر قرار ندهید. یک 400G-LR4 به طور قابل‌توجهی بیشتر از یک DR4 400G-هزینه دارد - اگر طولانی‌ترین دویدن شما 300 متر باشد، بدون هیچ سود عملیاتی، بودجه خود را مصرف می‌کنید.

چند سال آینده بهبودهای تدریجی را به همراه خواهد داشت: DSPهای با توان کمتر، بازده فوتونیک سیلیکون بهتر، شاید برخی استانداردسازی پیرامون معماری های قابل اتصال خطی. اما پلت فرم فناوری اساسی تثبیت شده است. 400G دیگر در حال ظهور نیست. اکنون فقط زیرساختی است-که می‌توانید با اطمینان برنامه‌ریزی کنید.

و صادقانه؟ پس از هرج و مرج اوایل دوران 100G، این قابلیت پیش بینی ارزش قدردانی دارد.