Skilningur á 400g ljósaeiningunni

 

Hvers vegna 400G gerðist þegar það gerðist

 

Það er ákveðin óhjákvæmileiki við framþróun bandbreiddar sem öldungar í iðnaði hafa búist við. Stökkið úr 10G í 40G fannst verulegt á þeim tíma. Svo kom 100G og allt í einu voru allir að tala um hrygg-blaðaarkitektúr og austur-vestur umferðarmynstur. En 400G? Sú umskipti hafa verið önnur.

NRZ mótunarkerfið sem þjónaði okkur vel frá 1G til 25G gat einfaldlega ekki stækkað efnahagslega umfram 100G. Eðlisfræðin varð dýr. Heiðarleiki merkja varð að martröð. Þú gætir tæknilega þrýst á NRZ erfiðara, vissulega-en kostnaðarferlarnir voru ekkert vit í magndreifingu. Svo iðnaðurinn snerist að PAM4.

Það sem PAM4 gerir-og þetta er þess virði að skilja ef þú ert að tilgreina innviði-er að umrita tvo bita á hvert tákn í stað eins. Fjögur amplitude stig í stað tveggja. Tvöfalt gagnaafköst án þess að tvöfalda flutningshraðann. Viðskiptin? Hlutfall merki-til-hljóðs tekur um 10dB högg miðað við NRZ. Það er ekki léttvægt. Það er ástæðan fyrir því að hver 400G eining er send með innbyggðri villuleiðréttingu og hvers vegna DSP (stafrænn merki örgjörvi) er orðinn svo mikilvægur hluti í þessum senditækjum.

 

 

Form Factor Wars

 

Ég hef horft á umræðuna um QSFP-DD á móti OSFP spilast á vörusýningum og á innkaupafundum í mörg ár núna. Báðir aðilar hafa gild rök. Hvorugur hefur endanlega unnið.

QSFP-DD kom út úr QSFP-DD MSA bandalaginu með afturábakssamhæfi sem drápseiginleika þess. Ertu með fullt af QSFP28 einingum sem þú ert ekki tilbúinn að skipta um? Þeir fara beint inn í QSFP-DD búr. Málin -18,35 mm á breidd, 89,4 mm á lengd, halda formstuðlinum kunnuglegum. Þú getur sett 36 tengi í 1U framhlið. Það er 14,4 Tbps af heildarafköstum ef þú fyllir út hverja rauf. Fyrir rekstraraðila sem uppfæra stigvaxandi skiptir þetta gríðarlega miklu máli.

OSFP tók aðra nálgun. Octal Small Form-þátturinn Pluggable hópurinn sagði: gleymdu afturábak eindrægni, við skulum fínstilla fyrir varmastjórnun og sveigjanleika í framtíðinni. 22,58 mm á breidd og 107,8 mm á lengd, hafa OSFP einingar meira yfirborð fyrir hitaleiðni. Þeir styðja aflhjúp allt að 15-20 vött á móti 12-15W lofti QSFP-DD. Þegar þú ert að keyra heildstæða ljósfræði eða skipuleggur fyrir 800G, þá verður það höfuðrými viðeigandi.

NVIDIA fór allt-í OSFP fyrir Quantum-2 InfiniBand vettvang þeirra. Það er ekki neitt. En fyrirtækjaskipti frá Cisco og Arista senda samt aðallega QSFP-DD tengi.

 

Hvað stafirnir þýða í raun

 

Ef þú hefur einhvern tíma starað á tækniblað og velt því fyrir þér hvers vegna DR4 kostar minna en FR4 þrátt fyrir að bæði séu „400G einingar,“ ertu ekki einn. Nafnakerfið fylgir mynstrum, en þau mynstur hafa undantekningar og undantekningarnar hafa sína eigin rökfræði.

• SR (stutt svið): Multimode trefjar, 850nm bylgjulengd. 400G-SR8 notar átta samhliða brautir af 50G PAM4 yfir MPO-16 tengi. Drægni er um 100 metrar á OM4 trefjum-70 metrar á OM3. Það er líka SR4, sem pakkar 100G í hverja af fjórum akreinum með því að nota háhraða VCSEL. Sama ná, færri trefjar. 400G-SR4.2 afbrigðið (stundum kallað BIDI) verður snjallt með tvíátta sendingu, keyrir tvær bylgjulengdir í hvora átt til að ná 400G yfir aðeins fjórum trefjum.
• DR4: Einfaldur-trefjar, 1310nm, 500 metrar. Þetta er vinnuhesturinn fyrir tengingar innan-gagnavera sem eru lengri en SR ræður við. Hver af ljósleiðunum fjórum ber 100G PAM4 yfir sérstakt trefjapar. MPO-12 tengi. Brotagetan hér er umtalsverð-einn DR4 getur skipt niður í fjóra sjálfstæða 100G-DR tengla, sem hjálpar til við að tengja eldri 100G búnað.
• FR4: Tveir kílómetrar, einn-hamur. Hér er þar sem gírkassaarkitektúrinn vinnur að sér. Einingin tekur átta 50G rafmagnsbrautir, breytir þeim í fjórar 100G ljósleiðir í gegnum DSP, síðan margfléttar bylgjulengd- allar fjórar á eitt trefjapar með CWDM4 bili (1271, 1291, 1311, 1331nm). Tvíhliða LC tengi. Miklu snyrtilegri kaðall en samhliða nálgun DR4.
• LR4 og víðar: Sama bylgjulengdarkerfi og FR4, en fínstillt fyrir 10 km ná. ER4 ýtir sér í 40 km. ZR4 nær 80 km en krefst samræmdrar uppgötvunar-aðrar tækni, mismunandi verð, mismunandi notkunartilvik. 400ZR staðallinn frá OIF miðar sérstaklega að Metro DCI forritum þar sem þú þarft innstunganlega samhangandi ljósfræði í rofaplötu.

 

 

DSP spurningin

 

Sérhver 400G senditæki inniheldur stafrænan merki örgjörva. Hver og einn. Þetta er ekki valfrjálst-PAM4 mótun virkar einfaldlega ekki án háþróaðrar merkjaskilyrða.

Hvað gerir DSP eiginlega? Straumjöfnun-áfram til að bæta upp rásartap. Jöfnun á endurgjöf ákvörðunar fyrir truflun-tákn. Endurheimt klukku og gagna til að draga tímasetningu úr mótteknu merkinu. FEC kóðun við sendingu, FEC afkóðun og villuleiðrétting við móttöku. Í samfelldum einingum skaltu bæta litdreifingarbótum og dreifingarstjórnun skautunarhams við þann lista.

DSP brennir orku. Mikið af því. Í mörgum 400G einingum stendur DSP fyrir meira en helmingi heildarorkunotkunar. Marvell, Broadcom og Inphi (nú hluti af Marvell) hafa verið læst í samkeppni um að minnka vinnsluhnúta og bæta skilvirkni. Stökkið úr 7nm í 5nm DSP hefur verið þýðingarmikill-orkusparnaður á stærðargráðunni 20% fyrir samsvarandi virkni.

Það er áframhaldandi umræða um hvort DSPs ættu að fara inn í rofann ASIC sjálfan (það sem sumir kalla "línuleg stinga ljósfræði" eða LPO). Rökin eru: ef þú ert nú þegar að vinna merkjavinnslu á rofanum, af hverju að endurtaka það í öllum senditækjum? Mótrökin- fela í sér samhæfni eininga og hagnýtar áskoranir við að hæfa ljósfræði á mismunandi skiptavettvangi. Þessi á eftir að spila á næstu árum.

 

Silicon Photonics kemur inn í myndina

 

Manstu þegar allir gerðu ráð fyrir að InP (indium fosfíð) leysir myndu ráða yfir 400G? Frásögnin breyttist.

Intel og Cisco veðjuðu snemma á kísilljóseindatækni-sem samþætta sjónræna íhluti við sílikonhvarfefni með því að nota staðlaða CMOS-framleiðsluferla. Loforðið snerist alltaf um kostnað í stærðargráðu. Hefðbundin stakur ljósfræði krefjast handvirkrar samsetningar leysiflaga, mótara, ljósnema, hver úr mismunandi efnum. Kísilljóseindafræði gerir þér kleift að byggja mikið af sjónvélinni á einni teygju.

400G-DR4 kísilljóseindaeiningarnar, sem sendar eru í dag, bjóða upp á sannfærandi hagkvæmni fyrir uppfærslur í stórum stíl. Þeir eru ekki almennt ódýrari en EML-valkostir-ennþá-en kostnaðarferillinn er hlynntur sílikoni þar sem frábær ávöxtun batnar. Orkunotkun gagnast líka, sérstaklega í mótunarhlutanum.

Sem sagt, sílikon gerir miðlungs leysir. Vandamálið með óbeinu bandgapi hefur ekki verið leyst. Þannig að jafnvel kísilljóseindaeiningar nota venjulega utanaðkomandi InP eða GaAs ávinningsflögu, blendinga-samþættan kísilvettvanginn. Þetta er glæsileg verkfræði, en "kísilljóseindafræði" er áfram að einhverju leyti eftirsóknarverð hugtök.

 

Kraftur og hitauppstreymi

 

Loftkæling er að ná hagnýtum mörkum fyrir þessa þéttleika. Vökvakæling-kaldar plötur á rofa ASIC, hugsanlega niðurdýfing fyrir heilar rekki-er ekki lengur framandi. Þetta eru bara dýrir innviðir sem aðstöðustofnanir eru enn að læra að tilgreina og viðhalda.

 

Breakout sviðsmyndir

 

Ein möguleiki sem fær ekki næga athygli: Oft er hægt að stilla 400G einingar fyrir útbrotsaðgerðir, sem birtast sem mörg lægri-viðmót fyrir hýsilkerfið.

400G-SR8 getur orðið að tveimur 200G-SR4 hlekkjum, eða tveimur 100G-SR4 hlekkjum sem keyra á hálfum hraða, eða jafnvel átta sjálfstæðum 50G rásum („rása“ eða SR8-C afbrigðið). 400G-DR4 getur brotist út í fjórar 100G-DR tengingar, gagnlegt þegar þú þarft að tengja 400G rofatengi við fjóra aðskilda 100G netþjóna.

Kaðallinn verður áhugaverður hér. MPO-12 til 4xLC duplex breakout belti tekur eitt DR4 tengi og viftir það út í fjögur sjálfstæð SMF pör. Netarkitektar elska þennan sveigjanleika, en afleiðingar kapalstjórnunar eru raunverulegar. Skipulögð kaðalláætlun þín þarf að taka tillit til brotasviðsmynda frá fyrsta degi, eða þú munt keyra ad-hoc plástrasnúrur sex mánuðum eftir uppsetningu.

 

Hvað 800G þýðir fyrir 400G

 

Iðnaðurinn hreyfist hratt. 800G senditæki eru send núna-aðallega SR8 og DR8 afbrigði fyrir gervigreindarþyrpingar. Gerir það 400G úrelt? Ekki einu sinni nálægt.

400G vistkerfið hefur þroskast. Einingakostnaður hefur lækkað verulega. Samvirkni milli framleiðenda er vel-mótuð. Fyrir meirihluta fyrirtækja- og skýjanetsþarfa, táknar 400G sæta blettinn af afköstum, kostnaði og rekstrarþekkingu. Það verður áfram hljóðstyrkur fyrir blað-hrygg og almenna-tengingu gagnavera í mörg ár.

800G og að lokum 1.6T munu ráða ríkjum í gervigreind/ML umhverfi þar sem GPU þarf að flytja þjálfunargögn á fáránlegum hraða. Mismunandi markaður, mismunandi kröfur, mismunandi fjárhagsáætlunarsamræður. Flest net þurfa ekki að elta þann feril.

 

 

Hagnýt atriði sem enginn skrifar um

 

Sumt lærðist á erfiðan hátt:

Samhæfni EEPROM eininga skiptir meira máli en söluaðilar viðurkenna. „Samhæfðir“ senditæki sem virka fínt í einni rofagerð geta varpað villum í aðra með sama ASIC en mismunandi fastbúnað. Innbyggður próftími þegar hæfir ljóstækni þriðja aðila-aðila.

LC tengið á FR4 og LR4 einingum er tvíhliða-tveir trefjar samtals-en MPO tengið á DR4 og SR8 notar APC (horned Physical Contact) pólskur. Með því að blanda saman APC og UPC tengjum færðu 20dB+ ávöxtunartap og hlé á villum. Litakóðun er til af ástæðu.

PAM4 einingar frá mismunandi framleiðendum geta haft mismunandi FEC útfærslur. Staðlarnir gefa svigrúm til túlkunar. Ef þú sérð óskiljanlega háa leiðrétta villufjölda á tengli skaltu prófa að skipta út einum enda fyrir sömu-framleiðandaeiningu áður en þú kennir trefjaverksmiðjunni um.

Hitastig skiptir máli. Þessar einingar eru venjulega metnar fyrir hitastig allt að 70 gráður, en árangur minnkar áður en þú nærð því þaki. Haltu þeim köldum ef þú vilt stöðuga hegðun.

 

Vegurinn áfram

 

400G sjóneiningar hafa færst frá fremstu brún yfir í almenna innviði. Tækniákvarðanir-QSFP-DD á móti OSFP, samhliða á móti WDM, sílikon á móti stakri ljósfræði-meðal ekki lengur sömu áhættu og fyrir þremur árum. Sterkar aðfangakeðjur eru til. Margir hæfir söluaðilar keppa um verð og eiginleika. Staðlastofnanir hafa straujað út flest rekstrarsamhæfismál.

Fyrir netarkitekta sem skipuleggja innleiðingu í dag er valramminn einfaldur: Passaðu formstuðlinum við stefnubreytingarpallinn þinn, veldu tegund senditækis (SR/DR/FR/LR) byggt á raunverulegum kröfum um útbreiðslu og farðu ekki yfir-forskrift. 400G-LR4 kostar töluvert meira en 400G-DR4 - ef lengstu keyrslur þínar eru 300 metrar, ertu að brenna kostnaðarhámarki án rekstrarávinnings.

Næstu ár munu koma með stigvaxandi endurbætur: DSPs með lægri krafti, betri afrakstur kísilljóseinda, ef til vill einhver stöðlun í kringum línulega tengjanlegan arkitektúr. En grunntæknivettvangurinn hefur náð stöðugleika. 400G er ekki lengur að koma fram. Núna er þetta bara innviði-svo sem þú getur skipulagt með sjálfstrausti.

Og satt að segja? Eftir glundroða snemma 100G tímabilsins er þessi fyrirsjáanleiki þess virði að meta.