400G Optical Module: Helstu eiginleikar og kostir

 

PAM4 veruleikinn

 

Hér er eitthvað sem tók mig smá tíma að innræta: PAM4 er ekki bara "betra NRZ." Það er í grundvallaratriðum önnur merki heiðarleika áskorun.

NRZ gaf okkur tvö amplitude stig. Hátt eða lágt. Einn eða núll. Hreint, einfalt og það virkaði fallega upp í gegnum 25G á akrein. En þegar iðnaðurinn reyndi að ýta NRZ í 50G hætti eðlisfræðin að vinna. Augnmyndirnar hrundu. Jöfnunin náði ekki að halda í við. Framleiðslukostnaður fyrir íhluti sem gátu viðhaldið heilindum merkja á þessum hraða varð óviðjafnanlegur fyrir uppsetningu hljóðstyrks.

PAM4 leysti hraðavandann með því að kóða tvo bita á hvert tákn yfir fjögur amplitude-stig. Sami flutningshraði, tvöföld gögn. Glæsilegur, eiginlega. Nema núna þarf móttakarinn þinn að greina á milli fjögurra spennustiga í stað tveggja, og bilið á milli þeirra er um það bil þriðjungur af því sem það var með NRZ. Stærðfræðin leiðir til um það bil 10dB verra merki-til-suðs. Þetta er ekki námundunarvilla-það er munurinn á hlekk sem virkar og hlekk sem virkar ekki.

Þess vegna er sérhvert 400G senditæki sent með innbyggðri villuleiðréttingu. Ekki valfrjálst. Ekki "mælt með fyrir lengri tíma." Skylt. Reed-Solomon RS(544.514) FEC-sem staðlarnir kalla KP4-bætir við jöfnunartáknum sem gera viðtakandanum kleift að leiðrétta villur án endursendingar. Án þess væru PAM4 hlekkir ónothæfir.

 

Formþáttapólitík

 

Ég hef setið í gegnum fleiri QSFP-DD á móti OSFP umræðum en ég kæri mig um að muna.

QSFP-DD herbúðirnar rökræða afturábak samhæfni. Og það er rétt-þú getur sett QSFP28 einingu í QSFP-DD búr og það virkar. Núverandi 100G ljóstæknifjárfesting þín er ekki strandað. Formstuðullinn mælist 18,35 mm x 89,4 mm, nógu þéttur til að passa 36 tengi á 1U framhlið. Það eru 14,4 terabitar á hverja rekkiseiningu ef þú fyllir út hverja rauf. Fyrir rekstraraðila sem gera stigvaxandi uppfærslur skiptir þetta máli.

OSFP hlutdeildarskírteini með hitaupphæð. Stærri formstuðullinn-22,58 mm x 107,8 mm-veitir meira yfirborðsflatarmál fyrir varmaleiðni og leyfir samþætta hitaupptöku sem QSFP-DD getur ekki passað við. Kraftumslög teygjast upp í 15-20W á móti 12-15W lofti QSFP-DD. Þegar þú ert að keyra samræmda ljósfræði eða skipuleggur fyrir 800G, þá skiptir þessi hitauppstreymi máli.

NVIDIA fór með OSFP fyrir Quantum-2 InfiniBand. Arista býður upp á hvort tveggja. Cisco og Juniper lean QSFP-DD fyrir fyrirtækjaskipti. Markaðurinn hefur ekki valið sigurvegara og á þessum tímapunkti mun hann líklega ekki gera það. Báðir formþættirnir munu lifa saman og þjóna mismunandi hlutum með mismunandi forgangsröðun.

Hvað ræður í raun og veru vali þínu? Venjulega skiptivettvangurinn sem þú hefur þegar skuldbundið þig til.

 

 

Hvað DR4 og FR4 þýða í raun

 

Nafnakerfið fylgir mynstri, en það mynstur hefur undantekningar sem svífa fólk stöðugt upp.

DR4stendur fyrir 500-metra ná yfir einhleyp-ham trefjar. Fjórar samhliða sjónbrautir, sem hver keyrir 100G PAM4 við 1310nm bylgjulengd. MPO-12 tengi. Fegurð DR4 er brotgeta - ein eining getur skipt í fjóra sjálfstæða 100G-DR tengla með fanout snúru. Gagnlegt þegar þú tengir 400G hryggrofa við 100G blaðtengi sem þú ert ekki tilbúinn að uppfæra.

FR4nær um 2 kílómetra með bylgjulengd-multiplexing fjögur 100G merki á eitt trefjapar. CWDM4 bil við 1271, 1291, 1311 og 1331nm. Duplex LC tengi í stað MPO. Snyrtilegri kaðall, lengri dreifing, meiri kostnaður.

SR8sér um fjölstillingar trefjasviðsmyndir-átta samhliða 50G brautir yfir OM4, 100-metra hámark. MPO-16 tengi. Aðallega viðeigandi fyrir stuttar ToR-til-miðlara tengingar þar sem multimode innviðir eru þegar til.

Verðmunurinn er mikill. DR4 eining gæti keyrt $400-500 að rúmmáli. FR4 þrýstir í átt að $500-600. LR4 fyrir 10km ná? Tvöfalda það eða meira. Að tilgreina LR4 fyrir dreifingu þar sem lengsta hlaupið þitt er 300 metrar er að brenna peningum fyrir engan rekstrarávinning.

 

DSP skatturinn

 

Sérhver 400G ljóseining inniheldur stafrænan merki örgjörva. Hver og einn. DSP annast straum-áfram jöfnun, jöfnun á endurgjöf ákvarðana, endurheimt klukku og gagna og FEC kóðun/afkóðun. Í samfelldum einingum, bætið við krómatískri dreifingaruppbót og dreifingarstjórnun skautunarhams.

DSP brennir einnig orku. Mikið af því.

Í dæmigerðum 400G senditækjum eyðir DSP meira en helmingi heildarafls einingarinnar. 10W eining gæti séð 5-6W fara beint í merkjavinnslu. Marvell, Broadcom og fyrrum Inphi (nú hluti af Marvell) hafa keppt um að minnka vinnsluhnúta - 7nm til 5nm umbreytingar hafa skilað um það bil 20% orkusparnaði. En það er ekki hægt að komast framhjá þeim grundvallarveruleika að PAM4 krefst verulegs útreikningskostnaðar til að virka.

Sumir í greininni eru að ýta á línulega tengjanlegan ljósabúnað-til að færa DSP inn í rofann ASIC sjálfan og keyra einfaldari, lægri-aflsljóstækni. Rökin eru fræðileg rök. Mótrökin fela í sér samhæfni eininga og hinni hagnýtu martröð að hæfa ljósfræði yfir mismunandi skiptakerfi án staðlaðs DSP viðmóts. Þessi umræða mun halda áfram í mörg ár.

 

 

Silicon Photonics breytir hagfræðinni

 

Intel og Cisco veðjuðu snemma á sílikonljóseindatækni og það veðmál er að skila sér.

Hefðbundin stakur ljósfræði krefjast handvirkrar samsetningar: leysiflögur frá einni stofu, mótara frá annarri, ljósnemar frá þriðju, allt tengt saman í nákvæmum dansi sem er ekki glæsilegur. Kísilljóseindafræði samþættir flestar sjónvélina á eina kísildúfu með því að nota staðlaða CMOS framleiðsluferla.

400G-DR4 kísilljóseindaeiningarnar, sem sendar eru í dag frá mörgum söluaðilum, bjóða upp á sannfærandi hagkvæmni fyrir uppfærslur í stórum stíl. Orkunotkun minnkar-sumar kísilljóseindatækni DR4 einingar ná undir 8W með 7nm DSP. Framleiðsla mælist fyrirsjáanlegri. Afrakstursbætur skila sér beint í kostnaðarlækkun.

Aflinn? Kísill gerir hræðilegan leysir. Óbein eðlisfræði bandgaps hefur ekki verið felld úr gildi. Þannig að jafnvel „kísilljóseindir“ einingar nota venjulega utanaðkomandi InP eða GaAs ávinningsflögu, blendinga-samþættum kísilpallinum. Það er snjöll verkfræði, en hugtökin selja örlítið fram úr því sem er í raun að gerast.

Alibaba sendi frá sér kísilljóseindatækni 400G DR4 frá og með 2020. Intel krefst 60% markaðshlutdeildar í sílikonljóseindatækjum fyrir gagnaflutninga. Þróunarlínurnar eru hlynntar því að þessi tækni haldi áfram að fá hlutdeild.

 

Hitaþéttleiki er vandamál allra núna

 

Fullbyggður 400G rofi framleiðir hita sem hefði verið óhugsandi fyrir áratug síðan.

Keyrðu tölurnar: 32 tengi af 400G-DR4 einingum á 10-12W hver. Það er 320-384W frá senditækjum einum, áður en tekið er tillit til ASIC-skipta, minnis, viftu og aflbreytingar. Hitaþéttleiki í röðum gagnavera hefur um það bil tvöfaldast á fimm árum. Mannvirkjafræðingar eru ekki ánægðir með þetta.

Stærri formstuðull OSFP hjálpar til við -meira yfirborðsflöt, betri loftflæðisrásir, samþætta kælivökvahönnun. QSFP-DD einingar ráðast meira af hitauppbyggingu hýsilbúnaðar. Hvorug nálgunin er röng, en hitauppstreymissjónarmið ættu algjörlega að upplýsa formþáttaákvörðun þína ef þú ert að byggja fyrir viðvarandi há-bandbreiddarvinnuálag.

Loftkæling nálgast raunhæf mörk við þessa þéttleika. Vökvakæling-kaldar plötur á rofa ASIC, hugsanlega niðurdýfing fyrir heilar rekki-hefur færst úr framandi í aðeins dýrt. Sérfræðiþekkingin á innviðum og viðhaldi sem krafist er tefur enn fyrir innleiðingarferlum.

 

Breakout Sveigjanleiki

 

Ein möguleiki sem á skilið meiri athygli: 400G einingar geta starfað í brotastillingum, sem birtast sem mörg lægri-viðmót.

400G-DR4 getur brotist út í fjóra 100G-DR tengla. MPO-12 til 4xLC duplex breakout beltisviftur dregur einni DR4 tengi út í fjögur sjálfstæð SMF pör. Netarkitektar elska þennan sveigjanleika fyrir umhverfi með blönduðum hraða og áfangauppfærslur.

Skipulögð kaðallafleiðingar eru þó raunverulegar. Ef þú ætlar ekki að gera útbrot frá fyrsta degi muntu keyra-ad-hoc patch snúrur innan sex mánaða frá uppsetningu. Hönnun trefjaverksmiðjunnar þín þarf að koma til móts við þessi notkunartilvik með fyrirbyggjandi hætti.

 

Hreinlæti tengja skiptir meira máli en þú heldur

 

Sumt sem lærðist af sársaukafullri reynslu:

MPO tengi á DR4 og SR8 einingum nota APC (horned Physical Contact) pólskur. LC tengi á FR4 og LR4 eru venjulega UPC (ofur líkamleg snerting). Með því að blanda saman APC og UPC tengjum-sem er átakanlega auðvelt að gera óvart-verður þú 20dB+ ávöxtunartap og hlé á villum sem gera bilanaleitarteymin geðveik. Litakóðunin er til af ástæðu: grænn fyrir APC, blár fyrir UPC.

Einhæfni EEPROM einingarinnar er sóðalegri en söluaðilar viðurkenna. „Samhæfðir“ senditæki frá þriðja aðila sem virka fullkomlega í einni rofagerð gætu varpað villum í annan rofa með sama ASIC en annan fastbúnað. Byggðu hæfistíma inn í innkaupaferli þitt.

Hitastig skiptir meira máli en tækniblöð gefa til kynna. Þessar einingar eru venjulega metnar fyrir hitastig allt að 70 gráður, en árangur minnkar áður en þú nærð því þaki. Að halda þeim köldum skilar stöðugri hegðun.

 

Þar sem 800G passar

800G og að lokum 1.6T munu ráða ríkjum í gervigreind/ML umhverfi með mismunandi kröfur og mismunandi fjárhagsáætlunarsamtöl. Flest net þurfa ekki að elta þann feril strax.

 

The Bottom Line

 

400G sjóneiningar hafa færst frá blæðandi brún yfir í almenna innviði. Tækniákvarðanir-QSFP-DD á móti OSFP, samhliða á móti WDM, kísilljóseindafræði á móti stakri-ekki lengur sömu áhættu og fyrir þremur eða fjórum árum.

Passaðu formstuðulinn við stefnu þinni á skiptavettvangi. Veldu gerð senditækis út frá raunverulegum kröfum um nál, ekki í versta-tilfelli ofsóknarbrjálæði. Ekki fara yfir-skilgreiningu. Byggja í hitauppstreymi. Skipuleggðu trefjaverksmiðjuna þína fyrir útbrot. Og haltu MPO tengjunum þínum hreinum.

Næstu ár munu færa stigvaxandi endurbætur-minna afl DSP, betri kísilljóseindaafrakstur, kannski einhverja hreyfingu á línulegum stinga arkitektúr. En grunntæknivettvangurinn hefur náð stöðugleika. 400G er bara innviði núna. Svona sem þú getur skipulagt í kringum þig með sanngjörnu sjálfstrausti.

Eftir margra ára 100G glundroða og 400G óvissu skiptir þessi fyrirsjáanleiki einhverju máli.