vedomosti

Prudký rast cloud computingu, umelej inteligencie a analýzy veľkých dát vyvolal dopyt po vysoko{0}}šírke pásma, nízkej{1}}latencii, energeticky-efektívnych a nákladovo{3}}efektívnych optických transceiveroch. V kontexte sieťovej architektúry, ktorá sa vyvíja zo 100G na400Ga ďalej,QSFP-DDFaktor balenia sa stal odpoveďou odvetvia na tieto výzvy, zdvojnásobil dostupnú hustotu I/O pri zachovaní spätnej kompatibility s existujúcimiQSFPinfraštruktúry. Medzi rôznymi variantmi QSFP-DD vyniká riešenie DR4 (Dual Density 4-pruh) najmä v aplikáciách na krátke vzdialenosti.

Význam QSFP-DD DR4

Optické transceivery QSFP-DD DR4sú kľúčovou technológiou pre prevádzkovateľov dátových centier, na ktorú môžu upgradovať svoje sieteRýchlosť 400Gbez úplnej rekonštrukcie existujúcej infraštruktúry. Tieto moduly poskytujú priepustnosť 400 Gb/s cez vlákno s jedným-režimom až do vzdialenosti 500 metrov, pričom slúžia na prepojenie v rámci-dátových centier, špičkové{5}}z{6}}prepájania medzi rackom a jadrom a vysokovýkonné{7}}výpočtové klastre. TheDR4riešenie primárne rieši maximalizáciu hustoty portov v-obmedzenom priestore a zároveň poskytuje jasnú cestu migrácie zo starších systémov.

Optický modul QSFP-DD DR4

Architektúra rýchlosti prenosu dát:KaždýDR4modul dodáva400Gpriepustnosť využitím štyroch paralelných optických kanálov, pričom každý kanál pracuje rýchlosťou 100 Gbps. Toto4x100Garchitektúra využíva PAM4 kódovanie na dosiahnutie vysokých dátových rýchlostí pri zachovaní integrity signálu.

Prenosová vzdialenosť:Moduly DR4 podporujú prenos cez jedno{1}}vláknové vlákno (OS2) až do vzdialenosti 500 metrov. Táto vzdialenosť je optimalizovaná pre aplikácie v rámci-dátových centier, kde nie sú potrebné extrémne veľké vzdialenosti, ale je nevyhnutné spoľahlivé vysokorýchlostné-pripojenie.

Spotreba energie:Typická spotreba energie je pod 12 wattov. Pokročilá správa teploty zaisťuje spoľahlivú prevádzku aj pri-nasadeniach s vysokou hustotou.

Fyzické rozhranie:Modul je vybavený 8-prúdovým elektrickým rozhraním v súlade sQSFP-DDšpecifikácie, umiestnené vo formáte približne 18,35 mm × 89,4 mm. Dizajn s dvojitou-hustotou umožňuje 36 portov v 1U prepínači, čím sa zdvojnásobuje hustota portov v porovnaní s tradičnýmiQSFPmodulov.

Typ vlákna a konektor: DR4zvyčajne používa paralelné jedno{0}}režimové vlákno (OS2).MPO konektory, ktorý poskytuje prenos 400 Gb/s do vzdialenosti 500 metrov. Toto sa líši odQSFP-100G-DR-Sštýl jedného-kanálového prístupu, keďže modul DR4 funguje ako kompletný400G transceiverriešenie.

Teplotný rozsah:Väčšina modulov DR4 pracuje spoľahlivo v rozsahu od 0 stupňov do 70 stupňov.
 

Základné technológie a princípy

Modulačná technológia PAM4

PAM4 (4-úrovňová modulácia pulznej amplitúdy) predstavuje zásadný posun v technológii optických signálov. Na rozdiel od tradičného kódovania NRZ (Non{4}}Return{5}}to-Zero), ktoré používa dve úrovne signálu na reprezentáciu binárnych údajov, PAM4 využíva štyri rôzne úrovne amplitúdy na kódovanie dvoch bitov na symbol.
 

Ako PAM4 funguje:V signáli PAM4 môže každý symbol predstavovať jeden zo štyroch stavov: 00, 01, 10 alebo 11. Tým sa efektívne zdvojnásobí rýchlosť prenosu dát bez zvýšenia prenosovej rýchlosti. Napríklad signál 26,5625 GBaud pomocou PAM4 môže prenášať 53,125 Gbps dát, zatiaľ čo pri použití NRZ by to prenieslo iba 26,5625 Gbps.

Výhody pre DR4:Modulácia PAM4 umožňuje modulom DR4 dosiahnuť rýchlosť 100 Gb/s na kanál bez toho, aby vyžadovali príliš vysoko-frekvenčné elektronické súčiastky alebo extrémne prísne tolerancie rozptylu.

Úvahy o signáloch:V porovnaní s NRZ majú signály PAM4 nižšiu šumovú rezervu v dôsledku menšieho rozostupu medzi úrovňami amplitúdy. Pokročilá dopredná korekcia chýb (FEC), digitálne spracovanie signálu (DSP) a presné analógové obvody spolupracujú na udržaní prijateľnej bitovej chybovosti aj pri znížených podmienkach-k-šumu.

Technológia prevodovky

Prevodovka je kritickým komponentom, ktorý premosťuje nesúlad rýchlosti medzi elektrickým rozhraním hostiteľa a rýchlosťami optického kanála. InQSFP-DD DR4modulov, Gearbox vykonáva komplexnú konverziu dátovej rýchlosti a prideľovanie kanálov. Hostiteľ poskytuje osem 50Gbps elektrických kanálov (8×50G PAM4) na rozhraní modulu. Prevodovka konvertuje tento 8-kanálový elektrický signál 400G na štyri optické kanály s rýchlosťou 100 Gb/s (4×100G PAM4) na prenos cez vlákno. Funkcionalita moderného Gearboxu, ktorá podporuje protokol, zachováva hranice paketov, riadi riadenie toku a správne zarovnáva údaje vo viacerých kanáloch, aby sa zabránilo poškodeniu údajov počas konverzie.

Optimalizácia výkonu:Konštrukcia prevodovky obsahuje vyrovnávaciu pamäť, obvody prekračujúce hodinovú doménu a adaptívne vyrovnávanie na minimalizáciu latencie a jitteru. Tieto funkcie minimalizujú réžiu, ktorú elektrická-na{2}}optická konverzia pridáva k celkovej prenosovej ceste.

Rozhranie MDC

Rozhranie MDC je štandardizovaný I2C-kompatibilný protokol, ktorý poskytuje základné možnosti monitorovania a riadeniaQSFP-DDmodulov. Prostredníctvom rozhrania MDC môžu sieťoví operátori pristupovať k informáciám v reálnom čase- o teplote modulu, napájacom napätí, vysielanom optickom výkone, prijímanom optickom výkone a laserovom predpätom prúde. Rozhranie MDC umožňuje hostiteľovi konfigurovať parametre modulu, pričom podporuje rôzne scenáre nasadenia a optimalizačné stratégie.

Moduly QSFP-DD implementujú štandardizovanú pamäťovú mapu definovanú odvetvovými špecifikáciami, čím zaisťujú konzistentnosť rozhrania správy medzi dodávateľmi, zjednodušujú správu siete a znižujú zložitosť integrácie. Tieto tri základné technológie spolupracujú na dosiahnutí spoľahlivého prenosu 400G.QSFP-DD DR4optické moduly musia spĺňať štandardy QSFP-DD MSA, IEEE 802.3bs a OIF CEI-56G-PAM4.

Porovnanie s FR4/LR4

TheQSFP-DD 400Gséria obsahuje viacero typov rozhraní, z ktorých každý je optimalizovaný pre rôzne prenosové požiadavky. Tri hlavné riešenia sú DR4, FR4 a LR4.

Porovnanie troch 400G rozhraní:

Architektúra optického prenosu:

Výber scenára aplikácie:

Poznámka: Štandard DR4 je definovaný pre aplikácie s jedným-vláknom. Pre použitie multimódového vlákna si pozrite iné štandardy rozhrania, ako napr400G SR8.

Pokiaľ ide o typy konektorov,DR4používa anMPO-12paralelný konektor (8-žilový vláknitý pásik), pričomFR4aLR4použiť duplexLC konektory(2-jadrové v jednom režime). Využitie nasadeniaKáble Cisco DACby si mal pred inštaláciou overiť kompatibilitu s konkrétnou platformou prepínača a dodávateľom modulov.

Výhody DR4

Na fyzickej vrstve,QSFP-DD DR4optické moduly môžu nasadiť 36400Gporty v rámci 1U priestoru v stojane - zdvojnásobujú hustotu portov oproti tradičnému QSFP -, čo sa priamo premieta do úspory nákladov pre dátové centrá s obmedzeným priestorom v stojane. Pokiaľ ide o energetickú účinnosť, moduly DR4 udržujú spotrebu energie pod 12 W, pričom využívajú laserovú technológiu DFB alebo EML na dosiahnutie vysokovýkonného-jednotného{7}}režimu prenosu; kumulatívne úspory energie sú významné v meradle a zároveň znižujú zaťaženie chladiaceho systému. Ekonomicky, DR4 používa jedno{10}}vláknové vlákno (OS2), ktoré poskytuje spoľahlivú prenosovú vzdialenosť 500 metrov s nákladmi na modulO 30–50 % nižšia ako FR4/LR4. Navyše DR4 plne vyhovujeQSFP-DDŠtandardy MSA a IEEE 802.3bs zaisťujúce interoperabilitu- viacerých dodávateľov. zároveňQSFP-DDporty sú spätne kompatibilné sQSFP/QSFP28moduly podporujúce stratégiu fázovej aktualizácie siete, ktorá účinne chráni existujúce investície.