Kunskap

Den explosiva tillväxten av cloud computing, artificiell intelligens och big data-analys har drivit efterfrågan på hög-bandbredd, låg-latens, energi-effektiva och kostnadseffektiva optiska transceivrar. I samband med nätverksarkitektur som utvecklas från 100G till400Goch bortom, denQSFP-DDförpackningsformfaktor har blivit branschens svar på dessa utmaningar, fördubblat den tillgängliga I/O-densiteten samtidigt som bakåtkompatibiliteten med befintligaQSFPinfrastruktur. Bland de olika QSFP-DD-varianterna utmärker sig DR4-lösningen (Dual Density 4-lane) särskilt i kortdistansapplikationer.

Vikten av QSFP-DD DR4

QSFP-DD DR4 optiska transceivrarär en nyckelteknologi för datacenteroperatörer att uppgradera sina nätverk till400G hastigheterutan att helt se över befintlig infrastruktur. Dessa moduler levererar 400 Gbps genomströmning över enkel-fiber på upp till 500 meter, och betjänar intra-datacentersammankopplingar,-överst-anslutningar från rack till kärna och högpresterande datorkluster. DeDR4lösningen riktar sig främst till att maximera porttätheten i miljöer med begränsade utrymmen- samtidigt som den tillhandahåller en tydlig migreringsväg från äldre system.

QSFP-DD DR4 optisk modul

Datahastighetsarkitektur:VarjeDR4modul levererar400Ggenom att använda fyra parallella optiska kanaler, där varje kanal arbetar med 100 Gbps. Detta4x100Garkitekturen använder PAM4-kodning för att uppnå höga datahastigheter samtidigt som signalintegriteten bibehålls.

Sändningsavstånd:DR4-moduler stöder överföring över enkel-fiber (OS2) upp till 500 meter. Detta avstånd är optimerat för intra-datacenterapplikationer där extremt långa avstånd inte krävs, men pålitlig höghastighetsanslutning är viktig.

Energiförbrukning:Typisk strömförbrukning är under 12 watt. Avancerad termisk hantering säkerställer tillförlitlig drift även i driftsättningar med hög-densitet.

Fysiskt gränssnitt:Modulen har ett 8-filigt elektriskt gränssnitt som är kompatibelt medQSFP-DDspecifikation, inrymd i en formfaktor på cirka 18,35 mm × 89,4 mm. Designen med dubbla-densitet tillåter 36 portar i en 1U-switch, vilket fördubblar portdensiteten jämfört med traditionellaQSFPmoduler.

Fibertyp och kontakt: DR4använder vanligtvis parallell enkel-mode fiber (OS2) medMPO-kontakter, som levererar 400 Gbps överföring inom 500 meter. Detta är skilt frånQSFP-100G-DR-Sstil med en-kanal, eftersom DR4-modulen fungerar som en komplett400G transceiverlösning.

Temperaturområde:De flesta DR4-moduler fungerar tillförlitligt inom intervallet 0 grader till 70 grader.
 

Kärnteknologier och principer

PAM4-modulationsteknik

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) representerar en grundläggande förändring av optisk signalteknik. Till skillnad från traditionell NRZ-kodning (Non-Return-to-Zero), som använder två signalnivåer för att representera binär data, använder PAM4 fyra distinkta amplitudnivåer för att koda två bitar per symbol.
 

Hur PAM4 fungerar:I en PAM4-signal kan varje symbol representera ett av fyra tillstånd: 00, 01, 10 eller 11. Detta fördubblar effektivt dataöverföringshastigheten utan att öka baudhastigheten. Till exempel kan en 26,5625 GBaud-signal som använder PAM4 sända 53,125 Gbps data, medan den med NRZ bara sänder 26,5625 Gbps.

Fördelar för DR4:PAM4-modulering gör det möjligt för DR4-moduler att uppnå 100 Gbps per kanal utan att kräva överdrivet hög-elektroniska komponenter eller extremt snäva spridningstoleranser.

Signalöverväganden:Jämfört med NRZ har PAM4-signaler lägre brusmarginal på grund av det mindre avståndet mellan amplitudnivåerna. Avancerad framåtfelkorrigering (FEC), digital signalbehandling (DSP) och analoga precisionskretsar arbetar tillsammans för att bibehålla acceptabla bitfelsfrekvenser även under reducerade signal-till-förhållanden.

Växellådsteknik

Växellåda är en kritisk komponent som överbryggar hastighetsmissanpassningen mellan värdens elektriska gränssnitt och optiska kanalhastigheter. IQSFP-DD DR4moduler, utför växellådan komplex datahastighetsomvandling och kanalallokering. Värden tillhandahåller åtta 50Gbps elektriska kanaler (8×50G PAM4) vid modulgränssnittet. Växellådan omvandlar denna 8-kanals 400G elektriska signal till fyra 100Gbps optiska kanaler (4×100G PAM4) för överföring över fiber. Den protokollmedvetna funktionaliteten i modern växellåda upprätthåller paketgränser, hanterar flödeskontroll och justerar data korrekt över flera kanaler för att förhindra datakorruption under konvertering.

Prestandaoptimering:Växellådans design innehåller buffring, klockdomänkorsande kretsar och adaptiv utjämning för att minimera latens och jitter. Dessa funktioner minimerar de omkostnader som elektrisk-till-omvandling lägger till den totala överföringsvägen.

MDC-gränssnitt

MDC-gränssnittet är ett standardiserat I2C-kompatibelt protokoll som ger grundläggande övervaknings- och kontrollfunktioner förQSFP-DDmoduler. Via MDC-gränssnittet kan nätverksoperatörer få tillgång till-realtidsinformation om modultemperatur, matningsspänning, sända optisk effekt, ta emot optisk effekt och laserförspänningsström. MDC-gränssnittet tillåter värden att konfigurera modulparametrar, vilket stöder olika distributionsscenarier och optimeringsstrategier.

QSFP-DD-moduler implementerar en standardiserad minneskarta definierad av branschspecifikationer, vilket säkerställer konsekvens i hanteringsgränssnittet mellan leverantörer, förenklar nätverkshanteringen och minskar integrationskomplexiteten. Dessa tre kärnteknologier samverkar för att uppnå tillförlitlig 400G-överföring.QSFP-DD DR4optiska moduler måste överensstämma med QSFP-DD MSA-standarden, IEEE 802.3bs-standarden och OIF CEI-56G-PAM4-standarden.

Jämförelse med FR4/LR4

DeQSFP-DD 400Gserien innehåller flera gränssnittstyper, var och en optimerad för olika överföringskrav. De tre vanliga lösningarna är DR4, FR4 och LR4.

Jämförelse av de tre 400G-gränssnitten:

Optisk transmissionsarkitektur:

Val av applikationsscenario:

Obs! DR4-standarden är definierad för enkel-fiberapplikationer. För multimode fiberanvändning, se andra gränssnittsstandarder som t.ex400G SR8.

När det gäller kontakttyper,DR4använder enMPO-12parallellkoppling (8-kärnig fiberband), medanFR4ochLR4använd duplexLC-kontakter(2-single-mode). Utveckling av implementeringarCisco DAC-kablarbör verifiera kompatibiliteten med den specifika switchplattformen och modulleverantören innan installation.

Fördelar med DR4

På det fysiska lagret,QSFP-DD DR4optiska moduler kan distribuera 36400Gportar inom 1U rackutrymme - dubbelt så mycket porttäthet som traditionell QSFP - vilket direkt leder till kostnadsbesparingar för datacenter med snäva rackutrymmesbegränsningar. När det gäller energieffektivitet håller DR4-moduler strömförbrukningen under 12W, med hjälp av DFB- eller EML-laserteknik för att uppnå hög-singelmodsöverföring med-hög prestanda; kumulativa energibesparingar är betydande i skala, samtidigt som de minskar kylsystemets belastningar. Ekonomiskt sett använder DR4 singelmodsfiber (OS2) för att ge ett pålitligt 500-meters överföringsavstånd, med modulkostnader30–50 % lägre än FR4/LR4. Dessutom överensstämmer DR4 helt medQSFP-DDMSA- och IEEE 802.3bs-standarder, som säkerställer interoperabilitet mellan flera-leverantörer. Samtidigt,QSFP-DDportar är bakåtkompatibla medQSFP/QSFP28moduler, som stöder en stegvis nätverksuppgraderingsstrategi som effektivt skyddar befintliga investeringar.