Connaissance

La croissance explosive du cloud computing, de l'intelligence artificielle et de l'analyse du Big Data a stimulé la demande d'émetteurs-récepteurs optiques à -bande passante élevée, à faible-latence,-efficaces en énergie et-économiques. Dans le contexte d'une architecture réseau évoluant du 100G au400Get au-delà, leQSFP-DDLe facteur de forme de l'emballage est devenu la réponse de l'industrie à ces défis, doublant la densité d'E/S disponible tout en maintenant la compatibilité ascendante avec les systèmes existants.QSFPinfrastructure. Parmi les différentes variantes QSFP-DD, la solution DR4 (Dual Density 4-voies) se démarque particulièrement dans les applications à courte distance.

Importance de QSFP-DD DR4

Émetteurs-récepteurs optiques QSFP-DD DR4sont une technologie clé permettant aux opérateurs de centres de données de mettre à niveau leurs réseaux versVitesses 400Gsans remanier complètement les infrastructures existantes. Ces modules offrent un débit de 400 Gbit/s sur une fibre monomode-jusqu'à 500 mètres, desservant les interconnexions intra-centres de données, les-connexions du haut du-commutateur central et les clusters de calcul-hautes performances. LeDR4La solution vise principalement à optimiser la densité des ports dans les-environnements à espace limité tout en offrant un chemin de migration clair à partir des systèmes existants.

QSFP-Module optique DD DR4

Architecture de débit de données :ChaqueDR4le module fournit400Gdébit en utilisant quatre canaux optiques parallèles, chaque canal fonctionnant à 100 Gbit/s. Ce4x100GL'architecture utilise le codage PAM4 pour atteindre des débits de données élevés tout en maintenant l'intégrité du signal.

Distance de transmission :Les modules DR4 prennent en charge la transmission sur -fibre monomode (OS2) jusqu'à 500 mètres. Cette distance est optimisée pour les applications intra-centre de données où des distances extrêmement longues ne sont pas nécessaires, mais où une connectivité fiable à haut débit-est essentielle.

Consommation d'énergie :La consommation électrique typique est inférieure à 12 watts. La gestion thermique avancée garantit un fonctionnement fiable même dans les déploiements à haute-densité.

Interface physique :Le module dispose d'une interface électrique à 8 voies conforme à laQSFP-DDspécification, logé dans un facteur de forme d’environ 18,35 mm × 89,4 mm. La conception à double-densité autorise 36 ports dans un commutateur 1U, doublant ainsi la densité des ports par rapport aux ports traditionnels.QSFPmodules.

Type de fibre et connecteur : DR4utilise généralement une-fibre monomode parallèle (OS2) avecConnecteurs MPO, offrant une transmission de 400 Gbit/s dans un rayon de 500 mètres. Ceci est distinct deQSFP-100G-DR-Sstyle d'approches à canal unique-, car le module DR4 fonctionne comme un ensemble completÉmetteur-récepteur 400Gsolution.

Plage de température :La plupart des modules DR4 fonctionnent de manière fiable dans une plage de 0 à 70 degrés.
 

Technologies et principes de base

Technologie de modulation PAM4

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) représente un changement fondamental dans la technologie du signal optique. Contrairement au codage NRZ traditionnel (Non-Return-to-Zero), qui utilise deux niveaux de signal pour représenter les données binaires, PAM4 utilise quatre niveaux d'amplitude distincts pour coder deux bits par symbole.
 

Comment fonctionne PAM4 :Dans un signal PAM4, chaque symbole peut représenter l'un des quatre états suivants : 00, 01, 10 ou 11. Cela double effectivement le débit de transmission des données sans augmenter le débit en bauds. Par exemple, un signal de 26,5625 Goauds utilisant PAM4 peut transmettre 53,125 Gbit/s de données, alors qu'en utilisant NRZ, il ne transmettrait que 26,5625 Gbit/s.

Avantages pour DR4 :La modulation PAM4 permet aux modules DR4 d'atteindre 100 Gbit/s par canal sans nécessiter de composants électroniques à fréquence trop élevée- ni de tolérances de dispersion extrêmement serrées.

Considérations sur les signaux :Par rapport au NRZ, les signaux PAM4 ont une marge de bruit plus faible en raison du plus petit espacement entre les niveaux d'amplitude. La correction d'erreur directe avancée (FEC), le traitement du signal numérique (DSP) et les circuits analogiques de précision fonctionnent ensemble pour maintenir des taux d'erreur binaires acceptables, même dans des conditions de rapport signal/bruit réduits.

Technologie de boîte de vitesses

La boîte de vitesses est un composant essentiel qui comble l'inadéquation de vitesse entre l'interface électrique hôte et les débits des canaux optiques. DansQSFP-DD DR4modules, la Gearbox effectue une conversion complexe du débit de données et une allocation des canaux. L'hôte fournit huit canaux électriques de 50 Gbit/s (8 × 50G PAM4) au niveau de l'interface du module. La Gearbox convertit ce signal électrique 400G à 8-canaux en quatre canaux optiques de 100 Gbit/s (4 × 100G PAM4) pour la transmission sur fibre. La fonctionnalité compatible avec les protocoles de Gearbox moderne maintient les limites des paquets, gère le contrôle des flux et aligne correctement les données sur plusieurs canaux pour éviter toute corruption des données lors de la conversion.

Optimisation des performances :La conception Gearbox intègre une mise en mémoire tampon, des circuits de croisement de domaines d'horloge et une égalisation adaptative pour minimiser la latence et la gigue. Ces fonctionnalités minimisent la surcharge que la conversion électrique-vers-optique ajoute au chemin de transmission global.

Interface MDC

L'interface MDC est un protocole standardisé compatible I2C-qui fournit des fonctionnalités de surveillance et de contrôle de base pourQSFP-DDmodules. Grâce à l'interface MDC, les opérateurs de réseau peuvent accéder à des informations en temps réel-sur la température du module, la tension d'alimentation, la puissance optique de transmission, la puissance optique de réception et le courant de polarisation laser. L'interface MDC permet à l'hôte de configurer les paramètres du module, prenant en charge divers scénarios de déploiement et stratégies d'optimisation.

Les modules QSFP-DD implémentent une carte mémoire standardisée définie par les spécifications du secteur, garantissant la cohérence de l'interface de gestion entre les fournisseurs, simplifiant la gestion du réseau et réduisant la complexité de l'intégration. Ces trois technologies de base fonctionnent de concert pour obtenir une transmission 400G fiable.QSFP-DD DR4les modules optiques doivent être conformes à la norme QSFP-DD MSA, à la norme IEEE 802.3bs et à la norme OIF CEI-56G-PAM4.

Comparaison avec FR4/LR4

LeQSFP-DD 400GLa série comprend plusieurs types d'interfaces, chacune optimisée pour différentes exigences de transmission. Les trois solutions principales sont DR4, FR4 et LR4.

Comparaison des trois interfaces 400G :

Architecture de transmission optique :

Sélection du scénario d'application :

Remarque : La norme DR4 est définie pour les applications fibre monomode-. Pour une utilisation de fibre multimode, veuillez vous référer à d'autres normes d'interface telles que400G SR8.

Concernant les types de connecteurs,DR4utilise unMPO-12connecteur parallèle (ruban de fibre à 8 cœurs), tandis queFR4etLR4utiliser le recto versoConnecteurs LC(2-cœur monomode). Des déploiements tirant partiCâbles Cisco DACdoit vérifier la compatibilité avec la plate-forme de commutation spécifique et le fournisseur de modules avant l'installation.

Avantages du DR4

Sur la couche physique,QSFP-DD DR4les modules optiques peuvent déployer 36400Gports dans 1U d'espace rack - doublent la densité de ports du QSFP traditionnel -, ce qui se traduit directement par des économies de coûts pour les centres de données avec des contraintes d'espace rack serrées. En termes d'efficacité énergétique, les modules DR4 maintiennent la consommation d'énergie inférieure à 12 W, en utilisant la technologie laser DFB ou EML pour obtenir une transmission monomode-performances élevée- ; les économies d'énergie cumulées sont significatives à grande échelle, tout en réduisant également les charges du système de refroidissement. D'un point de vue économique, DR4 utilise une fibre monomode-(OS2) pour fournir une distance de transmission fiable de 500 mètres, avec des coûts de module30 à 50 % inférieur à FR4/LR4. De plus, DR4 est entièrement conforme àQSFP-DDNormes MSA et IEEE 802.3bs, garantissant l'interopérabilité multi-fournisseurs. En même temps,QSFP-DDles ports sont rétrocompatibles avecQSFP/QSFP28modules, prenant en charge une stratégie de mise à niveau progressive du réseau qui protège efficacement les investissements existants.