Znanje

Eksplozivni rast računarstva u oblaku, umjetne inteligencije i analitike velikih podataka podstakao je potražnju za optičkim primopredajnicima s velikom -propusnošću, malim-latencijama, energetski{2}}efikasnim i troškovno{3}}efikasnim. U kontekstu mrežne arhitekture koja se razvija od 100G do400Gi dalje, theQSFP-DDFaktor oblika pakovanja postao je odgovor industrije na ove izazove, udvostručavajući dostupnu I/O gustinu uz održavanje kompatibilnosti unatrag sa postojećimQSFPinfrastrukture. Među različitim QSFP-DD varijantama, rješenje DR4 (Dual Density 4-lane) se posebno ističe u aplikacijama na kratkim udaljenostima.

Važnost QSFP-DD DR4

QSFP-DD DR4 optički primopredajnicisu ključna tehnologija na koju operateri centara podataka mogu nadograditi svoje mreže400G brzinebez potpunog remonta postojeće infrastrukture. Ovi moduli isporučuju protok od 400Gbps preko jednog-modnog vlakna do 500 metara, opslužuju interkonekcije unutar-podatkovnih centara, vrh-od-rack to core switch konekcija i-računarske klastere visokih performansi. TheDR4rješenje se prvenstveno bavi maksimiziranjem gustine portova u okruženjima{0}}ograničenim prostorom, istovremeno pružajući jasan put migracije sa naslijeđenih sistema.

QSFP-DD DR4 optički modul

Arhitektura brzine podataka:SvakiDR4modul isporučuje400Gpropusnost korištenjem četiri paralelna optička kanala, pri čemu svaki kanal radi na 100Gbps. Ovo4x100Garhitektura koristi PAM4 kodiranje za postizanje visokih brzina podataka uz održavanje integriteta signala.

Udaljenost prijenosa:DR4 moduli podržavaju prijenos preko jednog-modnog vlakna (OS2) do 500 metara. Ova udaljenost je optimizirana za aplikacije unutar-centra podataka gdje nisu potrebne ekstremno velike udaljenosti, ali je pouzdana-veza velike brzine neophodna.

Potrošnja energije:Tipična potrošnja energije je ispod 12 vati. Napredno upravljanje toplotom osigurava pouzdan rad čak i u-primjenama velike gustine.

Fizički interfejs:Modul ima 8-tračni električni interfejs u skladu saQSFP-DDspecifikacija, smještena u formatu od približno 18,35 mm × 89,4 mm. Dizajn dvostruke-gustine omogućava 36 portova u 1U prekidaču, duplirajući gustinu portova u poređenju sa tradicionalnimQSFPmoduli.

Vrsta vlakna i konektor: DR4obično koristi paralelno jedno-modno vlakno (OS2) saMPO konektori, isporučujući prijenos od 400Gbps unutar 500 metara. Ovo se razlikuje odQSFP-100G-DR-Sstilu jednokanalni-pristupa, pošto DR4 modul radi kao kompletan400G primopredajnikrješenje.

Raspon temperature:Većina DR4 modula radi pouzdano u rasponu od 0 do 70 stepeni.
 

Osnovne tehnologije i principi

PAM4 modulacijska tehnologija

PAM4 (4-nivo pulsne amplitudne modulacije) predstavlja fundamentalni pomak u tehnologiji optičkih signala. Za razliku od tradicionalnog NRZ (ne-povratka-na nulu) kodiranja, koje koristi dva nivoa signala za predstavljanje binarnih podataka, PAM4 koristi četiri različita nivoa amplitude za kodiranje dva bita po simbolu.
 

Kako PAM4 radi:U PAM4 signalu, svaki simbol može predstavljati jedno od četiri stanja: 00, 01, 10 ili 11. Ovo efektivno udvostručuje brzinu prijenosa podataka bez povećanja brzine prijenosa podataka. Na primjer, 26,5625 GBaud signal koji koristi PAM4 može prenijeti 53,125 Gbps podataka, dok bi korištenjem NRZ prenosio samo 26,5625 Gbps.

Prednosti za DR4:PAM4 modulacija omogućava DR4 modulima da postignu 100Gbps po kanalu bez potrebe za pretjerano visoko-elektronskim komponentama ili ekstremno uskim tolerancijama disperzije.

Razmatranja o signalu:U poređenju sa NRZ, PAM4 signali imaju nižu marginu šuma zbog manjeg razmaka između nivoa amplitude. Napredna korekcija grešaka naprijed (FEC), digitalna obrada signala (DSP) i precizna analogna kola rade zajedno kako bi održali prihvatljive stope grešaka u bitu čak i pod smanjenim uvjetima od-u-šuma.

Tehnologija menjača

Menjač je kritična komponenta koja premošćuje neusklađenost brzine između električnog interfejsa domaćina i brzine optičkog kanala. UQSFP-DD DR4modula, mjenjač obavlja složenu konverziju brzine podataka i dodjelu kanala. Host obezbeđuje osam 50Gbps električnih kanala (8×50G PAM4) na interfejsu modula. Mjenjač pretvara ovaj 8-kanalni 400G električni signal u četiri optička kanala od 100Gbps (4×100G PAM4) za prijenos preko vlakana. Funkcionalnost modernog Gearbox-a svjesna protokola održava granice paketa, upravlja kontrolom protoka i ispravno poravnava podatke na više kanala kako bi spriječila oštećenje podataka tokom konverzije.

Optimizacija performansi:Dizajn mjenjača uključuje baferovanje, krugove za ukrštanje domena takta i adaptivno izjednačavanje kako bi se minimiziralo kašnjenje i podrhtavanje. Ove karakteristike minimiziraju troškove koje električna-u-optička konverzija dodaje ukupnom putu prijenosa.

MDC Interface

MDC interfejs je standardizovani I2C-kompatibilni protokol koji pruža osnovne mogućnosti nadzora i kontrole zaQSFP-DDmoduli. Putem MDC interfejsa, mrežni operateri mogu pristupiti-informacijama u stvarnom vremenu u vezi sa temperaturom modula, naponom napajanja, optičkom snagom odašiljanja, optičkom snagom primanja i strujom lasera. MDC interfejs omogućava hostu da konfiguriše parametre modula, podržavajući različite scenarije implementacije i strategije optimizacije.

QSFP-DD moduli implementiraju standardiziranu memorijsku mapu definiranu industrijskim specifikacijama, osiguravajući konzistentnost upravljačkog interfejsa među dobavljačima, pojednostavljujući upravljanje mrežom i smanjujući složenost integracije. Ove tri osnovne tehnologije rade zajedno kako bi se postigao pouzdan 400G prijenos.QSFP-DD DR4optički moduli moraju biti usklađeni sa QSFP-DD MSA standardom, IEEE 802.3bs standardom i OIF CEI-56G-PAM4 standardom.

Poređenje sa FR4/LR4

TheQSFP-DD 400Gserija uključuje više tipova interfejsa, od kojih je svaki optimizovan za različite zahteve prenosa. Tri glavna rješenja su DR4, FR4 i LR4.

Poređenje tri 400G interfejsa:

Arhitektura optičkog prenosa:

Odabir scenarija aplikacije:

Napomena: DR4 standard je definiran za aplikacije sa jednim-modnim vlaknima. Za upotrebu multimodnih vlakana, pogledajte druge standarde interfejsa kao što su400G SR8.

Što se tiče tipova konektora,DR4koristi anMPO-12paralelni konektor (8-žilna fiber traka), dokFR4iLR4koristite duplexLC konektori(2-jezgra sa jednim modom). Iskorištavanje implementacijeCisco DAC kablovitreba provjeriti kompatibilnost sa specifičnom platformom prekidača i dobavljačem modula prije instalacije.

Prednosti DR4

Na fizičkom sloju,QSFP-DD DR4optički moduli se mogu postaviti 36400Gportovi unutar 1U rack prostora - udvostručuju gustinu portova tradicionalnog QSFP - što se direktno prevodi u uštede troškova za podatkovne centre sa uskim ograničenjima prostora u racku. Što se tiče energetske efikasnosti, DR4 moduli održavaju potrošnju energije ispod 12W, koristeći DFB ili EML lasersku tehnologiju za postizanje visokih{6}}performansi jednomodnog-prenosa; kumulativna ušteda energije je značajna u obimu, a istovremeno smanjuje opterećenje rashladnog sistema. Ekonomski, DR4 koristi jedno-modno vlakno (OS2) za pružanje pouzdane udaljenosti prijenosa od 500 metara, uz troškove modula30–50% niže od FR4/LR4. Osim toga, DR4 je u potpunosti usklađen saQSFP-DDMSA i IEEE 802.3bs standardi, koji osiguravaju interoperabilnost više{1}}prodavača. u isto vrijeme,QSFP-DDportovi su unatrag kompatibilni saQSFP/QSFP28moduli, koji podržavaju faznu strategiju nadogradnje mreže koja efikasno štiti postojeće investicije.