400G optik modul: asosiy xususiyatlari va afzalliklari

 

PAM4 haqiqati

 

Buni o'zlashtirishimga biroz vaqt kerak bo'ldi: PAM4 shunchaki "yaxshiroq NRZ" emas. Bu signalning yaxlitligi muammosi.

NRZ bizga ikkita amplituda darajasini berdi. Yuqori yoki past. Bir yoki nol. Toza, sodda va u har bir qatorda 25G gacha yaxshi ishladi. Ammo sanoat NRZ ni 50G ga ko'tarishga harakat qilganda, fizika hamkorlikni to'xtatdi. Ko'z diagrammalari qulab tushdi. Tenglash davom eta olmadi. Ushbu tezliklarda signalning yaxlitligini ta'minlaydigan komponentlar uchun ishlab chiqarish xarajatlari hajmni joylashtirish uchun taqiqlangan bo'ldi.

PAM4 tezlik muammosini to'rtta amplituda darajasida har bir belgi uchun ikkita bitni kodlash orqali hal qildi. Bir xil uzatish tezligi, ma'lumotlardan ikki baravar ko'p. Elegant, haqiqatan ham. Endi sizning qabul qiluvchingiz ikkita emas, balki to'rtta kuchlanish darajasini farqlashi kerak va bu darajalar orasidagi masofa NRZ bilan bo'lganidan taxminan uchdan bir qismini tashkil qiladi. Matematik signalning shovqin darajasiga--taxminan 10 dB yomonroq ishlaydi. Bu yaxlitlash xatosi emas-bu ishlayotgan va ishlamaydigan havola o'rtasidagi farq.

Shuning uchun har bir 400G qabul qiluvchi-uzatuvchi xatoliklarni toʻgʻrilash bilan birga keladi. Ixtiyoriy emas. "Uzoqroq foydalanish uchun tavsiya etilmaydi". Majburiy. Standartlar KP4 deb ataladigan Reed-Solomon RS(544,514) FEC-paritet belgilarini qo‘shib, qabul qiluvchiga xatolarni qayta uzatmasdan tuzatish imkonini beradi. Busiz PAM4 havolalari yaroqsiz bo'ladi.

 

Shakl-faktor siyosati

 

Men QSFP-DD va OSFP munozaralarini eslashdan ham ko‘proq o‘tkazdim.

QSFP-DD lageri orqaga qarab muvofiqlik haqida bahs yuritadi. Va ular to'g'ri-siz QSFP28 modulini QSFP-DD katagiga joylashtirishingiz mumkin va u ishlaydi. Mavjud 100G optika investitsiyangiz ortda qolmagan. Form faktor o‘lchami 18,35 mm dan 89,4 mm gacha, 1U old paneldagi 36 portni sig‘dira oladigan darajada ixcham. Agar siz har bir slotni to'ldirsangiz, bu rack birligi uchun 14,4 terabit. Qo'shimcha yangilanishlarni amalga oshirayotgan operatorlar uchun bu muhim.

OSFP partizanlari termal bo'shliqqa qarshi. Kattaroq shakl faktori-22,58mm x 107,8mm-issiqlik tarqalishi uchun koʻproq sirt maydonini taʼminlaydi va QSFP-DD mos kelmaydigan integratsiyalangan sovutgich dizaynini yaratishga imkon beradi. Quvvat konvertlari QSFP-DD ning 12-15 Vt shiftiga nisbatan 15-20 Vt gacha cho'ziladi. Agar siz kogerent optika ishlatsangiz yoki 800G ni rejalashtirsangiz, bu termal chegara dolzarb bo'lib qoladi.

NVIDIA Quantum-2 InfiniBand uchun OSFPga o'tdi. Arista ikkalasini ham taklif qiladi. Cisco va Juniper korporativ kommutatsiya uchun QSFP-DD-ga asoslangan. Bozor g'olibni tanlamadi va hozirda u tanlamadi. Har ikkala shakl-faktor bir vaqtda mavjud bo'lib, turli segmentlarga turli ustuvorliklarga xizmat qiladi.

Sizning tanlovingizni aslida nima belgilaydi? Odatda siz allaqachon o'z zimmangizga olgan switch platformasi.

 

 

DR4 va FR4 aslida nimani anglatadi

 

Nomenklatura bir naqshga amal qiladi, ammo bu naqsh odamlarni doimiy ravishda bezovta qiladigan istisnolarga ega.

DR4yakka tartibdagi tolalar orqali 500-metr masofani bildiradi. To'rtta parallel optik chiziq, har biri 1310 nm to'lqin uzunligida 100G PAM4 ishlaydi. MPO{12}}12 ulagich. DR4 ning go'zalligi sindirish qobiliyatidir - bitta modul fanout kabeli yordamida to'rtta mustaqil 100G-DR havolalariga bo'linishi mumkin. 400G umurtqa pogʻonasi kalitlarini yangilashga tayyor boʻlmagan 100G barg portlariga ulashda foydalidir.

FR4to'rtta 100G signalni bitta tolali juftga ko'paytirish-to'lqin uzunligi bo'yicha 2 kilometrgacha cho'ziladi. CWDM4 oralig'i 1271, 1291, 1311 va 1331nm. MPO o'rniga dupleks LC ulagichi. Kabelni tartibli o'rnatish, uzoqroq kirish, yuqori narx.

SR8multimodli tolali stsenariylarni -OM4 orqali sakkizta parallel 50G, maksimal 100-m. MPO-16 ulagich. Ko'p rejimli infratuzilma allaqachon mavjud bo'lgan qisqa ToR-server ulanishlari uchun asosan tegishli.

Narxlardagi farqlar sezilarli. DR4 moduli hajmi 400-500 dollarni tashkil qilishi mumkin. FR4 500-600 dollarga tushadi. 10 km masofa uchun LR4? Buni ikki baravar yoki undan ko'p. Sizning eng uzoq masofangiz 300 metr bo'lgan joylashtirish uchun LR4 ni belgilash nol operatsion foyda uchun pul yoqib yuboradi.

 

DSP solig'i

 

Har bir 400G optik modul raqamli signal protsessoriga ega. Har biri. DSP tasma-oldinga tenglashtirish, qarorlar haqida fikr-mulohazalarni tenglashtirish, soat va ma'lumotlarni qayta tiklash va FEC kodlash/dekodlash bilan shug'ullanadi. Kogerent modullarda xromatik dispersiya kompensatsiyasi va qutblanish rejimi dispersiyasi boshqaruvini qo'shing.

DSP ham quvvatni yoqadi. Ko'p.

Odatiy 400G uzatgichlarda DSP modulning umumiy quvvat sarfining yarmidan ko'pini iste'mol qiladi. 10 Vt modul 5-6 Vt to'g'ridan-to'g'ri signalni qayta ishlashga o'tishini ko'rishi mumkin. Marvell, Broadcom va sobiq Inphi (hozirda Marvellning bir qismi) 7 nm dan 5 nm gacha bo'lgan o'tish jarayonlarini qisqartirish uchun poyga bo'lib, taxminan 20% energiya tejash imkonini berdi. Ammo PAM4 ishlashi uchun katta hisoblash xarajatlarini talab qiladigan asosiy haqiqatni aylanib o'tishning iloji yo'q.

Sanoatdagi ba'zilar chiziqli ulanishi mumkin bo'lgan optika-DSP'ni ASIC kalitining o'ziga o'tkazmoqda va oddiyroq-quvvat optikasi bilan ishlaydi. Argument nazariy ma'noga ega. Qarshi argument modullarning o'zaro ishlashi va standartlashtirilgan DSP interfeysi bo'lmagan turli xil kommutator platformalarida malakali optikaning amaliy kabusini o'z ichiga oladi. Bu bahs yillar davomida davom etadi.

 

 

Silikon fotonikasi iqtisodiyotni o'zgartiradi

 

Intel va Cisco kremniy fotonikasiga erta tikishdi va bu tikish o'z samarasini bermoqda.

An'anaviy diskret optika qo'lda yig'ishni talab qiladi: bir fabdan lazer chiplari, ikkinchisidan modulyatorlar, uchinchidan fotodetektorlar, barchasi nozik raqsda bir-biriga bog'langan. Silikon fotonikasi standart CMOS ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalangan holda optik dvigatelning ko'p qismini bitta silikon qolipga birlashtiradi.

400G-DR4 kremniy fotonik modullari bugungi kunda bir nechta sotuvchilardan jo‘natiladi. Quvvat iste'moli pasayadi{4}}ba'zi silikon fotonik DR4 modullari 7nm DSP bilan 8 Vt quvvatga tushadi. Ishlab chiqarish miqyosi ko'proq taxmin qilinadi. Hosildorlikning yaxshilanishi to'g'ridan-to'g'ri xarajatlarni kamaytirishga olib keladi.

Qo'lga olish? Silikon dahshatli lazer hosil qiladi. Bilvosita tarmoqli fizikasi bekor qilinmagan. Shunday qilib, hatto "kremniy fotonik" modullari odatda kremniy platformasiga integratsiyalangan gibrid-tashqi InP yoki GaAs daromad chipidan foydalanadi. Bu aqlli muhandislik, lekin terminologiya aslida nima sodir bo'layotganini biroz oshirib yuboradi.

Alibaba 2020-yildan boshlab 400G DR4 kremniy fotoniklarini ishga tushirdi. Intel datacom uchun silikon fotonik qabul qiluvchilar bozorining 60% ulushini daʼvo qiladi. Trend yo'nalishlari ushbu texnologiyaning ulush olishda davom etishini ma'qullaydi.

 

Issiqlik zichligi hozir hamma uchun muammo

 

To'liq to'ldirilgan 400G kaliti o'n yil oldin tasavvur qilib bo'lmaydigan issiqlik hosil qiladi.

Raqamlarni ishga tushiring: har biri 10-12 Vt quvvatga ega 400G-DR4 modulli 32 port. Bu ASIC kaliti, xotira, ventilyatorlar va quvvatni o'zgartirish uchun qo'shimcha xarajatlarni hisobga olishdan oldin faqat qabul qiluvchilardan 320-384 Vt. Besh yil ichida ma'lumotlar markazi qatorlaridagi issiqlik zichligi taxminan ikki baravar oshdi. Ob'ektlar muhandislari bundan mamnun emas.

OSFP ning kattaroq shakl faktori-koʻproq sirt maydoni, yaxshi havo oqimi kanallari va oʻrnatilgan sovutgich dizayniga yordam beradi. QSFP-DD modullari ko'proq asosiy uskunaning termal arxitekturasiga bog'liq. Ikkala yondashuv ham noto'g'ri emas, lekin agar siz yuqori tarmoqli kengligi{4}}barqaror ish yuklarini yaratmoqchi bo'lsangiz, termal mulohazalar sizning shakl faktoringiz to'g'risidagi qaroringizga to'liq ma'lumot berishi kerak.

Havoni sovutish ushbu zichlikdagi amaliy chegaralarga yaqinlashmoqda. Suyuqlik bilan sovutish{1}}ASIC-dagi sovuq plitalar, potentsial ravishda butun raflar uchun cho'milish-ekzotikdan shunchaki qimmatga o'tdi. Infratuzilma va texnik xizmat ko'rsatish bo'yicha zarur bo'lgan tajriba hali ham qabul qilish egri chizig'idan orqada.

 

Breakout moslashuvchanligi

 

Ko'proq e'tiborga loyiq qobiliyatlardan biri: 400G modullari bir nechta pastroq{1}}faylli interfeyslar sifatida taqdim etilgan uzilish konfiguratsiyasida ishlashi mumkin.

400G-DR4 toʻrtta 100G-DR havolasini ajratishi mumkin. MPO{10}}12 dan 4xLC gacha bo'lgan dupleks o'chirish moslamasi bitta DR4 portidan to'rtta mustaqil SMF juftligiga ishlaydi. Tarmoq arxitektorlari bu moslashuvchanlikni aralash tezlikli muhitlar va bosqichma-bosqich yangilash uchun yaxshi ko'radilar.

Strukturaviy kabelning oqibatlari haqiqatdir. Agar siz birinchi kundan boshlab ajralish stsenariylarini rejalashtirmasangiz, joriy qilinganidan keyin olti oy ichida ad{1}}hoc patch kabellarini ishga tushirasiz. Sizning tolali zavod dizayni ushbu foydalanish holatlariga proaktiv tarzda mos kelishi kerak.

 

Ulagich gigienasi siz o'ylagandan ham ko'proq ahamiyatga ega

 

Og'riqli tajriba orqali o'rganilgan ba'zi narsalar:

DR4 va SR8 modullaridagi MPO konnektorlari APC (burchakli jismoniy aloqa) jilosidan foydalanadi. FR4 va LR4 dagi LC konnektorlari odatda UPC (ultra jismoniy aloqa) hisoblanadi. APC va UPC konnektorlarini aralashtirish{6}}tasodifiy qilish juda oson-20dB+ qaytish yo‘qotilishiga olib keladi va nosozliklarni bartaraf etish guruhlarini aqldan ozdiradigan vaqti-vaqti bilan xatolarga olib keladi. Rang kodlash bir sababga ko'ra mavjud: APC uchun yashil, UPC uchun ko'k.

EEPROM modulining mosligi sotuvchilar tan olganidan ko'ra chalkashroq. Bitta kommutator modelida mukammal ishlaydigan “mos” uchinchi tomon{1}}transivertorlari bir xil ASIC, lekin boshqa proshivkaga ega boshqa kalitda xatoliklarni keltirib chiqarishi mumkin. Xarid qilish jarayoniga malaka vaqtini belgilang.

Harorat texnik varaqlarda ko'rsatilganidan ko'ra muhimroqdir. Ushbu modullar odatda 70 darajagacha bo'lgan korpus harorati uchun baholanadi, lekin siz ushbu shiftga tegmasdan oldin unumdorlik pasayadi. Ularni salqin tutish yanada barqaror xatti-harakatlarga olib keladi.

 

800G mos keladigan joy

800G va oxir-oqibat 1.6T turli talablar va turli byudjet suhbatlari bilan AI/ML muhitlarida ustunlik qiladi. Aksariyat tarmoqlar bu egri chiziqni darhol ta'qib qilishlari shart emas.

 

Pastki chiziq

 

400G optik modullari qoniqarli chekkadan asosiy infratuzilmaga o'tdi. Texnologik qarorlar-QSFP-DD va OSFP, parallel va WDM, kremniy fotonikasi va diskret- endi uch yoki to'rt yil oldingi kabi xavfga ega emas.

Shakl faktorini switch platformasi strategiyangizga moslang. Transceiver turini eng yomoni-paranoyaga qarab emas, haqiqiy kirish talablariga qarab tanlang. Spesifikalarni-ortiqcha oshirmang. Termal chegarada qurish. Chiqib ketish stsenariylari uchun tola zavodingizni rejalashtiring. Va MPO ulagichlaringizni toza tuting.

Kelgusi bir necha yil -pastroq quvvatli DSPlar, yaxshi kremniy fotonikasi rentabelligi, ehtimol, chiziqli ulanishi mumkin bo'lgan arxitekturalarda biroz harakatlanishga olib keladi. Lekin asosiy texnologiya platformasi barqarorlashdi. 400G endi faqat infratuzilma. O'rtacha ishonch bilan rejalashtirishingiz mumkin bo'lgan turdagi.

Yillar davomida 100G tartibsizlik va 400G noaniqlikdan so'ng, bu bashoratlilik nimadir uchun muhimdir.