Modul Optik 400G: Fitur & Manfaat Utama

 

Realitas PAM4

 

Inilah sesuatu yang perlu saya internalisasikan beberapa saat: PAM4 bukan hanya "NRZ yang lebih baik". Ini adalah tantangan integritas sinyal yang berbeda secara mendasar.

NRZ memberi kami dua tingkat amplitudo. Tinggi atau rendah. Satu atau nol. Bersih, sederhana, dan berfungsi dengan baik hingga 25G per jalur. Namun ketika industri mencoba mendorong NRZ ke 50G, ilmu fisika berhenti bekerja sama. Diagram mata runtuh. Pemerataan tidak bisa mengimbangi. Biaya produksi untuk komponen yang dapat menjaga integritas sinyal pada kecepatan tersebut menjadi penghalang untuk penerapan volume.

PAM4 memecahkan masalah kecepatan dengan mengkodekan dua bit per simbol di empat tingkat amplitudo. Baud rate sama, dua kali lipat datanya. Elegan, sungguh. Kecuali sekarang receiver Anda harus membedakan antara empat level tegangan, bukan dua, dan jarak antara level tersebut kira-kira sepertiga dari jarak pada NRZ. Perhitungannya menghasilkan rasio sinyal-terhadap-kebisingan sekitar 10dB lebih buruk. Itu bukan kesalahan pembulatan-itulah perbedaan antara tautan yang berfungsi dan yang tidak.

Itulah sebabnya setiap transceiver 400G dikirimkan dengan koreksi kesalahan maju. Bukan opsional. Tidak "direkomendasikan untuk jangkauan yang lebih jauh". Wajib. Reed-Solomon RS(544,514) FEC-yang oleh standar disebut KP4-menambahkan simbol paritas yang memungkinkan penerima memperbaiki kesalahan tanpa transmisi ulang. Tanpanya, link PAM4 tidak akan dapat digunakan.

 

Politik Faktor Bentuk

 

Saya telah mengikuti lebih banyak perdebatan QSFP-DD versus OSFP daripada yang saya ingat.

Kubu QSFP-DD memperdebatkan kompatibilitas ke belakang. Dan mereka benar-Anda dapat memasukkan modul QSFP28 ke dalam sangkar QSFP-DD dan itu berfungsi. Investasi optik 100G Anda saat ini tidak akan terhenti. Faktor bentuknya berukuran 18,35mm kali 89,4mm, cukup kompak untuk memuat 36 port pada panel depan 1U. Itu berarti 14,4 terabit per unit rak jika Anda mengisi setiap slot. Bagi operator yang melakukan peningkatan bertahap, hal ini penting.

Partisan OSFP melawan dengan ruang kepala termal. Faktor bentuk yang lebih besar-22,58mm kali 107,8mm-memberikan lebih banyak area permukaan untuk pembuangan panas dan memungkinkan desain heatsink terintegrasi yang tidak dapat ditandingi oleh QSFP-DD. Selubung daya mencapai 15-20W dibandingkan batas atas QSFP-DD yang 12-15W. Saat Anda menjalankan optik koheren atau merencanakan 800G, margin termal tersebut menjadi relevan.

NVIDIA menggunakan OSFP untuk Quantum-2 InfiniBand. Arista menawarkan keduanya. Cisco dan Juniper memanfaatkan QSFP-DD untuk peralihan perusahaan. Pasar belum memilih pemenangnya, dan pada titik ini mungkin belum akan menentukan pemenangnya. Kedua faktor bentuk tersebut akan hidup berdampingan, melayani segmen berbeda dengan prioritas berbeda.

Apa sebenarnya yang menentukan pilihan Anda? Biasanya platform peralihan yang sudah Anda komitmenkan.

 

 

Apa Sebenarnya Arti DR4 dan FR4

 

Nomenklaturnya mengikuti suatu pola, tetapi pola tersebut memiliki pengecualian yang membuat orang terus-menerus tersandung.

DR4singkatan dari jangkauan 500{1}}meter melalui serat mode tunggal. Empat jalur optik paralel, masing-masing menjalankan 100G PAM4 pada panjang gelombang 1310nm. MPO-12 konektor. Keunggulan DR4 adalah kemampuan breakout-satu modul dapat dibagi menjadi empat link 100G-DR independen menggunakan kabel fanout. Berguna saat menghubungkan saklar tulang belakang 400G ke port daun 100G yang belum siap Anda tingkatkan.

FR4memanjang hingga 2 kilometer dengan panjang gelombang-menggandakan empat sinyal 100G ke dalam satu pasangan serat. Jarak CWDM4 pada 1271, 1291, 1311, dan 1331nm. Konektor LC duplex bukan MPO. Kabel lebih rapi, jangkauan lebih panjang, biaya lebih tinggi.

SR8menangani skenario serat multimode-delapan jalur 50G paralel melalui OM4, maksimum 100-meter. MPO-16 konektor. Sangat relevan untuk koneksi pendek ToR-ke-server di mana infrastruktur multimode sudah ada.

Kesenjangan harga sangat besar. Modul DR4 mungkin menghasilkan volume $400-500. FR4 mendorong menuju $500-600. LR4 untuk jangkauan 10km? Gandakan itu atau lebih. Menentukan LR4 untuk penerapan yang jarak tempuh terpanjangnya adalah 300 meter menghabiskan banyak uang tanpa manfaat operasional.

 

Pajak DSP

 

Setiap modul optik 400G berisi prosesor sinyal digital. Setiap orang. DSP menangani pemerataan umpan-maju, pemerataan umpan balik keputusan, pemulihan jam dan data, serta pengkodean/dekode FEC. Dalam modul koheren, tambahkan kompensasi dispersi kromatik dan manajemen dispersi mode polarisasi.

DSP juga membakar daya. Banyak sekali.

Pada transceiver 400G pada umumnya, DSP menghabiskan lebih dari setengah total konsumsi daya modul. Modul 10W mungkin melihat 5-6W langsung ke pemrosesan sinyal. Marvell, Broadcom, dan Inphi (sekarang bagian dari Marvell) telah berlomba untuk mengecilkan proses node-transisi 7nm ke 5nm telah menghasilkan penghematan daya sekitar 20%. Namun kenyataan mendasar bahwa PAM4 memerlukan overhead komputasi yang besar agar dapat berfungsi tidak dapat dipungkiri.

Beberapa pihak di industri ini mendorong optik linier yang dapat dicolokkan-dengan memindahkan DSP ke ASIC sakelar itu sendiri dan menjalankan optik yang lebih sederhana dan berdaya-lebih rendah. Argumen tersebut masuk akal secara teoritis. Argumen tandingannya melibatkan interoperabilitas modul dan mimpi buruk praktis dari optik yang memenuhi syarat di berbagai platform switch tanpa antarmuka DSP standar. Perdebatan ini akan berlanjut selama bertahun-tahun.

 

 

Silicon Photonics Mengubah Perekonomian

 

Intel dan Cisco sejak awal bertaruh pada fotonik silikon, dan taruhan itu membuahkan hasil.

Optik diskrit tradisional memerlukan perakitan manual: chip laser dari satu pabrik, modulator dari pabrik lain, fotodetektor dari pabrik ketiga, semuanya disatukan dalam tarian presisi yang tidak berskala secara elegan. Fotonik silikon mengintegrasikan sebagian besar mesin optik ke dalam cetakan silikon tunggal menggunakan proses fabrikasi CMOS standar.

Modul fotonik silikon 400G-DR4 yang dikirimkan hari ini dari beberapa vendor menawarkan penghematan yang menarik untuk penerapan skala besar. Konsumsi daya turun-beberapa modul DR4 fotonik silikon mencapai sub-8W dengan DSP 7nm. Skala manufaktur lebih dapat diprediksi. Peningkatan hasil panen berarti pengurangan biaya.

Tangkapannya? Silikon menghasilkan laser yang buruk. Fisika celah pita tidak langsung belum dicabut. Jadi, bahkan modul "fotonik silikon" biasanya menggunakan chip penguatan InP atau GaAs eksternal, hibrid-yang terintegrasi ke dalam platform silikon. Ini adalah rekayasa yang cerdas, tetapi terminologinya sedikit melebih-lebihkan apa yang sebenarnya terjadi.

Alibaba menerapkan silikon fotonik 400G DR4 mulai tahun 2020. Intel mengklaim 60% pangsa pasar transceiver fotonik silikon untuk datacom. Garis tren mendukung teknologi ini untuk terus mendapatkan pangsa pasar.

 

Kepadatan Termal Adalah Masalah Semua Orang Saat Ini

 

Sakelar 400G yang terisi penuh menghasilkan panas yang tidak terbayangkan satu dekade lalu.

Jalankan nomornya: 32 port modul 400G-DR4 dengan daya masing-masing 10-12W. Itu berarti 320-384W dari transceiver saja, sebelum memperhitungkan ASIC sakelar, memori, kipas, dan overhead konversi daya. Kepadatan termal di deretan pusat data meningkat dua kali lipat dalam lima tahun. Insinyur fasilitas tidak senang dengan hal ini.

Faktor bentuk OSFP yang lebih besar membantu-lebih banyak area permukaan, saluran aliran udara yang lebih baik, dan desain heatsink yang terintegrasi. QSFP-Modul DD lebih bergantung pada arsitektur termal peralatan host. Tidak ada pendekatan yang salah, namun pertimbangan termal harus benar-benar mempengaruhi keputusan faktor bentuk Anda jika Anda sedang membangun beban kerja-bandwidth tinggi yang berkelanjutan.

Pendinginan udara mendekati batas praktis pada kepadatan ini. Pendinginan cair-pelat dingin pada ASIC sakelar, yang berpotensi merendam seluruh rak-telah berubah dari eksotik menjadi sekadar mahal. Keahlian infrastruktur dan pemeliharaan yang dibutuhkan masih tertinggal dari kurva adopsi.

 

Fleksibilitas Penembusan

 

Salah satu kemampuan yang patut mendapat perhatian lebih: modul 400G dapat beroperasi dalam konfigurasi terobosan, ditampilkan sebagai beberapa antarmuka-dengan kecepatan lebih rendah.

400G-DR4 dapat dibagi menjadi empat tautan 100G-DR. Harness breakout dupleks MPO-12 hingga 4xLC menggerakkan satu port DR4 ke empat pasangan SMF independen. Arsitek jaringan menyukai fleksibilitas ini untuk lingkungan berkecepatan campuran dan peningkatan bertahap.

Namun, implikasi pemasangan kabel terstruktur adalah nyata. Jika Anda tidak merencanakan skenario terobosan sejak hari pertama, Anda akan menjalankan kabel patch ad-hoc dalam waktu enam bulan setelah penerapan. Desain pabrik serat Anda perlu mengakomodasi kasus penggunaan ini secara proaktif.

 

Kebersihan Konektor Lebih Penting Dari Yang Anda Pikirkan

 

Beberapa hal yang dipelajari melalui pengalaman menyakitkan:

Konektor MPO pada modul DR4 dan SR8 menggunakan polesan APC (angled physical contact). Konektor LC pada FR4 dan LR4 biasanya berupa UPC (kontak ultra fisik). Menggabungkan konektor APC dan UPC-yang sangat mudah dilakukan secara tidak sengaja-akan menyebabkan kerugian pengembalian sebesar 20dB+ dan kesalahan intermiten yang membuat tim pemecahan masalah menjadi gila. Kode warna ada karena suatu alasan: hijau untuk APC, biru untuk UPC.

Kompatibilitas modul EEPROM lebih berantakan daripada yang diakui vendor. Transceiver pihak ketiga yang "kompatibel" dan berfungsi sempurna di satu model sakelar mungkin menimbulkan kesalahan di sakelar lain dengan ASIC yang sama namun firmware berbeda. Masukkan waktu kualifikasi ke dalam proses pengadaan Anda.

Suhu lebih penting daripada yang disarankan oleh lembar spesifikasi. Modul-modul ini biasanya diberi peringkat untuk suhu casing hingga 70 derajat, namun kinerjanya menurun sebelum Anda mencapai batas tersebut. Menjaga mereka tetap tenang akan menghasilkan perilaku yang lebih konsisten.

 

Dimana 800G Cocok

800G dan pada akhirnya 1.6T akan mendominasi lingkungan AI/ML dengan persyaratan berbeda dan percakapan anggaran berbeda. Sebagian besar jaringan tidak perlu segera mengejar kurva tersebut.

 

Intinya

 

Modul optik 400G telah bertransisi dari infrastruktur mutakhir ke infrastruktur arus utama. Keputusan teknologi-QSFP-DD versus OSFP, paralel versus WDM, fotonik silikon versus diskrit-tidak lagi membawa risiko yang sama seperti tiga atau empat tahun lalu.

Cocokkan faktor bentuk dengan strategi peralihan platform Anda. Pilih jenis transceiver berdasarkan persyaratan jangkauan aktual, bukan-paranoia terburuk. Jangan berlebihan-spesifikasi. Membangun margin termal. Rencanakan pabrik serat Anda untuk skenario terobosan. Dan jaga kebersihan konektor MPO Anda.

Beberapa tahun ke depan akan membawa peningkatan bertahap-DSP berdaya rendah, hasil fotonik silikon yang lebih baik, mungkin beberapa pergerakan pada arsitektur linear pluggable. Namun platform teknologi fundamental telah stabil. 400Sekarang G hanyalah infrastruktur. Jenis yang dapat Anda rencanakan dengan keyakinan yang masuk akal.

Setelah bertahun-tahun mengalami kekacauan 100G dan ketidakpastian 400G, prediktabilitas tersebut sangat berarti.