مقدمة عن تطبيقات وحدات البصريات 800G OSFP و800G QSFP-DD

فوائد الانتقال إلى تقنية 800G

يُمكّن الانتقال إلى تقنية 800 جيجابت مراكز البيانات وبيئات الحوسبة عالية الأداء من تلبية الطلب المتزايد على نطاق ترددي أعلى بتكلفة أقل واستهلاك طاقة أقل لكل جيجابت. تشمل المزايا الرئيسية ما يلي:

• مضاعفة عرض النطاق الترددي للتبديل: بالمقارنة مع أنظمة 400 جيجابايت لكل منفذ، فإن الانتقال من تكوين منفذ 32×400 جيجابايت إلى تكوين منفذ 32×800 جيجابايت يضاعف كثافة عرض النطاق الترددي - من 12.8 تيسرا لكل وحدة رف (RU) إلى 25.6 تيسرا لكل وحدة RU.
• تجميع سلس لروابط 400 جيجابت: يمكن تهيئة كل نظام منافذ 800 جيجابت كـ 2×400 جيجابت. يدعم كل جهاز 800 جيجابت رابطي إيثرنت 400 جيجابت (400GE) مستقلين ماديًا دون الحاجة إلى تقسيم الكابل.
• عالي الكثافة 400 جيجابت وفائق الكثافة 100 جيجابت: نظام 32 جيجابت، ذو 1 منفذًا، ووحدة تخزين واحدة (800RU)، يستوعب 64 منفذًا بسعة 400 جيجابت أو 256 منفذًا بسعة 100 جيجابت ضمن وحدة رف واحدة. صُممت أجهزة 800 جيجابت لدعم تكوينات 2×400 جيجابت و8×100 جيجابت.
• التوافق مع المعدات الموجودة: الاتصال الذي توفره أنظمة 800G متوافق مع أجهزة 400G و100G الحالية.

وحدات وكابلات بصرية 800G متوفرة

تتوفر تشكيلة شاملة من وحدات 800G الضوئية، بما في ذلك الكابلات الضوئية النشطة (AOC)، وكابلات النحاس المتصلة مباشرةً (DAC)، والكابلات الكهربائية النشطة (AEC)، وجميعها متوفرة بصيغتي OSFP وQSFP-DD. يلخص الجدول المرفق خيارات الاتصال المدعومة لـ 800G، وسيتم طرح أنواع إضافية من الوسائط مع مرور الوقت.

يوضح الرسم البياني أدناه الاتصال بين تكوينات 800G و2×400G، بالإضافة إلى التحلل إلى روابط 8×100G:

ما هي عوامل الشكل التي يستخدمها 800G والكابلات؟

يستخدم 800G والكابلات المرتبطة به نفس عوامل الشكل المستخدمة في 400G، وهي OSFP وQSFP-DD. يدعم كلا عاملي الشكل، وتتوفر منصة 800G بنوعين: OSFP وQSFP-DD.

• OSFP: اختصار OSFP هو "ثماني صغير عامل الشكل قابل للتوصيل". يُوصف بأنه وحدة "ثمانية القنوات" لأن الواجهة الكهربائية لموصل OSFP تتكون من ثماني قنوات. عند استخدامه مع 800G، يتم تعديل كل قناة كهربائية بمعدل 100 جيجابت/ثانية، مما يوفر عرض نطاق ترددي إجمالي قدره 800 جيجابت/ثانية.
• QSFP-DD: اختصار QSFP-DD هو "قابل للتوصيل بأربعة أشكال صغيرة (QSFP) - كثافة مزدوجة (DD)". يشبه عامل شكل QSFP-DD عامل شكل QSFP، مع إضافة صف ثانٍ من نقاط التلامس الكهربائية، مما يزيد عدد القنوات الكهربائية عالية السرعة من أربع (في QSFP) إلى ثماني (في QSFP-DD). عند تطبيقه على 800G، يتم تعديل كل قناة كهربائية بمعدل 100 جيجابت/ثانية، مما ينتج عنه عرض نطاق ترددي إجمالي قدره 800 جيجابت/ثانية.

هل يمكن إدخال وحدة OSFP في منفذ QSFP-DD، أو العكس؟

لا. OSFP وQSFP-DD هما عاملان شكليان مختلفان ماديًا. بالنسبة لنظام OSFP، يجب استخدام أجهزة وكابلات OSFP؛ أما بالنسبة لنظام QSFP-DD، فتُطلب أجهزة وكابلات QSFP-DD.

هل يمكن لوحدة OSFP في أحد طرفي رابط 800G أن تتفاعل مع وحدة QSFP-DD في الطرف الآخر؟

نعم. OSFP وQSFP-DD يصفان فقط عوامل الشكل المادي للوحدات. إذا كان نوع وسائط Ethernet واحدًا، فستتمكن وحدات OSFP وQSFP-DD من التفاعل فيما بينها.

هل يمكن إدخال وحدات 400G OSFP/QSFP-DD في منافذ 800G OSFP/QSFP-DD؟

نعم. عند توصيل وحدة 400G بمحول، سيتم اكتشافها وتفعيلها، بشرط توافق عوامل الشكل المادية (أي أنه لا يمكن إدخال وحدات OSFP في منافذ QSFP-DD، والعكس صحيح).

هل يمكن إدخال وحدات بصرية 800G OSFP/QSFP-DD في منافذ 400G OSFP/QSFP-DD؟

هذا ممكن فقط في ظل ظروف معينة:

تشغيل ثنائي السرعة: يجب أن تكون وحدة 800G قادرة على العمل بنصف السرعة (مع تشغيل كل قناة كهربائية بسرعة 50G PAM-4 بدلاً من 100G PAM-4). لا تدعم وحدات 800G-2XDR4/2PLR4 التشغيل ثنائي السرعة، ولا يمكن استخدامها في منافذ 400G. مع ذلك، يمكن لوحدات 800G-2FR4/LR4 الضوئية وكابلات DAC العمل بنصف السرعة.

متطلبات الطاقة والتبريد: يجب أن يكون منفذ التبديل 400G قادرًا على دعم استهلاك الطاقة العالي لوحدة 800G. نظرًا لأن وحدات 800G تستهلك طاقة أكبر من وحدات 400G، فيجب استخدامها فقط في منصات 400G القادرة على توفير الطاقة وتبديد الحرارة بشكل كافٍ لوحدات 800G. سيؤدي هذا الشرط إلى تقييد عدد منصات 400G القادرة على قبول وحدات 800G، حتى لو كانت الوحدات نفسها تعمل بمعدل بيانات منخفض. يُرجى مراجعة أوراق بيانات الوحدات الضوئية والكابلات لمزيد من التفاصيل حول استهلاك الطاقة، بالإضافة إلى أوراق بيانات منصات التبديل 400G للحصول على معلومات النظام المحددة.

ما هي مزايا وعيوب استخدام OSFP مقابل QSFP-DD؟

QSFP-DD: يعتمد عامل شكل QSFP-DD على عامل شكل QSFP مع إضافة صف إضافي من الدبابيس الكهربائية. يضمن هذا التصميم توافقًا صارمًا مع الإصدارات السابقة لوحدات QSFP 40G و100G. لتبديد الطاقة العالية لوحدات 400G، يعتمد QSFP-DD على مشتت حراري خارجي مدمج ضمن منصة التبديل - بمعنى آخر، عند إدخال وحدة QSFP-DD في منفذ QSFP-DD، يجب أن توفر المنصة مشتتًا حراريًا يلامس وحدة QSFP-DD ويطبق ضغطًا كافيًا لضمان واجهة ذات مقاومة حرارية منخفضة.

OSFP: صُمم عامل شكل OSFP من البداية لتحقيق الأداء الأمثل في تطبيقات 400G و800G. ومن أهم مميزات OSFP دمج مشتت الحرارة داخل غلاف الوحدة. يضمن هذا التصميم أفضل اتصال حراري بين مكونات تبديد الطاقة ومشتت الحرارة، مما يوفر أداءً حراريًا فائقًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن مساحة سطح وحدة OSFP أكبر بنحو 50% من مساحة سطح وحدة QSFP-DD، مما يعزز قدرتها على تبديد الحرارة. في النظام نفسه، تعمل وحدات OSFP في درجات حرارة أقل من وحدات QSFP-DD بما يتراوح بين 5 و15 درجة مئوية. هذا يسمح بدعم عدد أكبر من الأجهزة، ويمكن أن يؤدي التشغيل في درجات حرارة منخفضة إلى تحسين الموثوقية.

ماذا تمثل اللواحق "400G-XDR4 / PLR4، 400G-FR4 / LR4، 800G-2XDR4 / 2PLR4، 400G-VSR4 / 800G-2VSR4 و 800G-2FR4 / 2LR4"؟

تشير الأحرف إلى مواصفات مسافة الإرسال، في حين تشير الأرقام إلى عدد القنوات البصرية.

400G-XDR4 و 400G-PLR4:

XDR تعني "مسافة ممتدة DR"، وPLR تعني "المدى الطويل المتوازي".

تستخدم أجهزة XDR4/PLR4 أليافًا أحادية الوضع، تغطي مسافات 2 كم و10 كم على التوالي. يشير الرقم "4" إلى وجود 4 قنوات بصرية.

تنقل كل قناة بصرية من القنوات الأربع البيانات عبر ألياف مستقلة، مما يتطلب إجمالي 4 أزواج من الألياف (4 ألياف للإرسال و4 ألياف للاستقبال).

تعمل كل قناة بسرعة 100 جيجابت في الثانية، مما ينتج عنه إجمالي نطاق ترددي يبلغ 400 جيجابايت.

تتصل واجهة 400G-XDR4/PLR4 بهذه الأزواج الأربعة من الألياف عبر موصل MPO-4.

800G-2XDR4 and 800G-2PLR4:

تشير هذه إلى واجهتي "2G-XDR400" أو "4G-PLR2" 400× كما هو موضح أعلاه.

تم تجهيز وحدات 800G-2XDR4/2PLR4 بموصلين MPO-2، مما يسمح لكل وحدة بصرية 12G بإنشاء رابطين 800G-XDR2/PLR400 مستقلين فعليًا دون أي تقسيم للكابل.

(يوضح الرسم التخطيطي المصاحب موصلات MPO-12 المزدوجة المستخدمة في وحدة OSFP-800G-XDR4.)

400G-FR4 / LR4:

يشير FR وLR إلى مسافات إرسال تبلغ 2 كم و10 كم على التوالي باستخدام الألياف أحادية الوضع، ويشير الرقم "4" إلى استخدام 4 قنوات بصرية.

يتم تجميع جميع القنوات البصرية الأربعة من وحدة 4G-FR400/LR4 على ألياف ضوئية واحدة في كل اتجاه (ألياف واحدة للإرسال وألياف واحدة للاستقبال).

تعمل كل قناة بسرعة 100 جيجابت في الثانية، مما يتيح لواجهة 400G-FR4/LR4 توفير 400 جيجابت في الثانية عبر زوج واحد من الألياف.

تستخدم هذه الوحدات موصل بصري LC مزدوج.

800G-2× FR4 / 800G-2× LR4:

يشير هذا إلى واجهتين "2G-FR400" أو "4G-LR2" كما هو موضح أعلاه.

تحتوي وحدات 800G-2FR4/2LR4 على موصلين LC مزدوجين، مما يدعم رابطين 2G-FR2/LR400 مستقلين فعليًا من كل وحدة بصرية 4G دون الحاجة إلى تقسيم الكابل.

(يوضح الرسم البياني أدناه موصلات LC المزدوجة المستخدمة في وحدة 800G-OSFP-2× FR4.)

400G-VSR4:

يشير VSR إلى مسافة إرسال تبلغ 50 مترًا عبر الألياف متعددة الأوضاع، حيث يشير الرقم "4" إلى 4 قنوات بصرية.

تنقل كل قناة من القنوات الأربع البيانات على أليافها الخاصة، مما يتطلب إجمالي 4 أزواج من الألياف.

تعمل كل قناة بسرعة 100 جيجابايت/ثانية.

هناك معياران محددان من قبل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لـ 100 جيجابت لكل طول موجي عبر الألياف متعددة الأوضاع: 400GBASE-SR4 (لـ OM4 MMF المتوازية على مسافة تزيد عن 100 متر) و400GBASE-VR4 (لـ OM4 MMF المتوازية على مسافة تزيد عن 50 مترًا).

تتوافق وحدات البصريات 400G-VSR4 بشكل كامل مع معيار 400GBASE-VR4 وهي متوافقة مع كل من وحدات 400GBASE-SR4 و400GBASE-VR4 ضمن مسافة 50 مترًا.

800G-2X VSR4:

يشير هذا إلى واجهتي "2G-VSR400" × 4، كما هو موضح أعلاه.

تم تجهيز وحدات 800G-2VSR4 بموصلين MPO-2 APC MMF، مما يتيح لكل وحدة بصرية 12G إنشاء رابطين 800G-VSR2 مستقلين فعليًا دون أي تقسيم للكابل.

تنسيق السرعة والتعديل لوحدات OSFP/QSFP-DD بسعة 800 جيجابايت مقارنةً بوحدات OSFP/QSFP-DD بسعة 400 جيجابايت

تستخدم جميع وحدات وكابلات 800G 8 قنوات كهربائية في كل اتجاه (8 قنوات إرسال و8 قنوات استقبال)، حيث تعمل كل قناة بمعدل بيانات 100G PAM-4 - وبالتالي توفير عرض نطاق ترددي إجمالي يبلغ 800 جيجابايت في الثانية لكل وحدة.

يشتمل الإخراج البصري من جميع وحدات 800G على 8 أطوال موجية بصرية، مع تعديل كل قناة عند 100G PAM-4.

في المقابل، تستخدم جميع وحدات وكابلات 400G 8 قنوات كهربائية لكل اتجاه (8 قنوات إرسال و8 قنوات استقبال)، ولكن كل قناة تعمل بمعدل 50G PAM-4، مما ينتج عنه عرض نطاق ترددي إجمالي يبلغ 400 جيجابايت/ثانية لكل وحدة.

تستخدم بعض وحدات البصريات 400G (مثل 400G-FR4 و400G-DR4) علبة تروس 8:4 لتحويل الإشارات الكهربائية 8×50G PAM-4 من شريحة التبديل إلى إشارات بصرية 4×100G PAM-4.

لا تستخدم وحدات بصرية 400G الأخرى (مثل 400G-SR8) علبة تروس وتقوم بتحويل كهربائي بصري مباشر لتحقيق واجهات بصرية 8×50G PAM-4.

ما هي مسافات النقل وأنواع الألياف والموصلات والتعديل البصري لكل نوع من وحدات 800G البصرية؟

يوضح الجدول أدناه ملخصًا للمعلمات الرئيسية لوحدات 800G البصرية.

يرجى ملاحظة أن جميع الوحدات البصرية المذكورة أعلاه تستخدم ثماني قنوات بصرية، حيث يتم تعديل كل قناة عند 100G باستخدام PAM-4.

تستخدم وحدات 800G-2XDR4/2PLR4 الضوئية ثمانية أزواج من الألياف (أربعة أزواج لكل وصلة 400G)، حيث ينقل كل ليف موجة ضوئية بسرعة 100G. موصل الألياف أحادية الوضع (SMF) MPO-12 APC المستخدم في وحدات 800G-2XDR4/PLR4 هو نفس نوع الألياف والموصل المستخدم في وحدات 400G-DR4/XDR4/PLR4 و100G-PSM4/PLRL4. يوضح الرسم البياني أدناه بنية مسار البيانات لوحدة 800G-2XDR4/PLR4.

تستخدم وحدات البصريات 800G-OSFP-2X VSR4/800G-QDD-2X VSR4 (وكذلك OSFP-400G-VSR4/QDD-400G-VSR4) موصلات ألياف متعددة الأوضاع (MMF) من نوع MPO-12 APC (اتصال مادي بزاوية 8 درجات). يتميز موصل APC MMF بطرف ألياف بزاوية يقلل من الانعكاس الخلفي. هذا الموصل غير متوافق مع موصلات MPO-12 UPC (اتصال مادي فائق) الشائعة الاستخدام في وصلات MMF البصرية 100G-SR4 و40G-SR4. يوضح الرسم البياني أدناه بنية مسار البيانات لوحدة 800G-2X VSR4.

تستخدم وحدات الألياف الضوئية 800G-2x FR4/2x LR4 زوجين من الألياف المستقلة (زوج واحد لكل وصلة 400G-FR4/LR4)، مع أربعة أطوال موجية ضوئية مختلفة مُضاعفة على كل ليف. يوضح الرسم البياني أدناه بنية مسار البيانات لوحدة 800G-2FR4/2LR4.

ما هو الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة لـ 400G OSFP و QSFP-وحدات بصرية DD؟

يتراوح استهلاك الطاقة لوحدات بصرية 800G العميلة بين 16 و18 واط لكل منفذ. يُرجى مراجعة بيانات وحدة البصريات لمعرفة قيم استهلاك الطاقة لكل وحدة.

Wماذا يعني عندما تكون القناة الكهربائية PAM-4 أو NRZ؟

NRZ هو اختصار لـ "تعديل عدم العودة إلى الصفر". يصف هذا المصطلح قناة كهربائية أو قناة بيانات تحتوي على مستويين (أو رمزين) مسموح بهما فقط من السعة - مستوى يمثل القيمة الرقمية "1" والآخر يمثل القيمة الرقمية "0". هذا هو نظام التعديل الأساسي المستخدم لنقل البيانات بسرعة تصل إلى 25 جيجابت/ثانية، وهو أبسط طريقة لنقل البيانات الرقمية. يوضح الشكل أدناه مثالاً على شكل موجة NRZ، بالإضافة إلى "مخطط بياني" لبيانات NRZ. مخطط العين هو ببساطة طريقة لعرض مخطط التعديل، حيث يتداخل كل رمز.

يُشير PAM-4 إلى تعديل سعة النبضة-4، حيث يشير الرقم "4" إلى عدد مستويات السعة (أو الرموز) المختلفة التي تحمل البيانات الرقمية. في هذه الحالة، يُمثل كل مستوى سعة (أو رمز) بتين من البيانات الرقمية، مما يُمكّن شكل موجة PAM-4 من نقل ضعف كمية البيانات مقارنةً بشكل موجة NRZ بنفس معدل الرمز (أو "البود"). يُظهر الشكل أدناه مثالاً على شكل موجة PAM-4، بالإضافة إلى رسم تخطيطي لبيانات PAM-4.

عندما يُشار إلى إشارة بـ "25Gb/s NRZ" أو "25G NRZ"، فهذا يعني أنها تنقل المعلومات باستخدام تعديل NRZ بمعدل 25 جيجابت/ثانية. وبالمثل، عندما يُشار إلى إشارة بـ "50G PAM-4" أو "100G PAM-4"، فهذا يعني أنها تنقل البيانات بمعدل 50 جيجابت/ثانية أو 100 جيجابت/ثانية على التوالي، باستخدام تعديل PAM-4.

ما هي شروط 100G؟-2 ، 100 ز-4 ، 200 ز-4 ، 400 ز-8 ، 400 ز-4 و 800 جرام-8 يعني؟

تصف هذه المصطلحات كلاً من عرض النطاق الترددي لرابط إيثرنت وعدد القنوات المستخدمة لتحقيق هذا العرض. يتكون كل منفذ في اللوحة الأمامية لمحول إيثرنت من قناة كهربائية واحدة أو أكثر، تُستخدم لإرسال واستقبال بيانات إيثرنت. بالنسبة لمنافذ SFP بسرعة 10 جيجابت أو 25 جيجابت أو 50 جيجابت، تُستخدم قناة كهربائية واحدة (في كل اتجاه) ويتم تعديلها عند 10 جيجابت أو 25 جيجابت أو 50 جيجابت على التوالي. للحصول على معدلات بيانات أعلى، يلزم وجود قنوات متعددة. على سبيل المثال، يستخدم منفذ QSFP بسرعة 100 جيجابت أربع قنوات، تعمل كل قناة بسرعة 25 جيجابت/ثانية، ولهذا السبب يُشار إليه أيضًا باسم واجهة "100G-4". يمثل الرقم قبل "G" عرض النطاق الترددي لرابط إيثرنت، بينما يشير الرقم الذي يلي الواصلة إلى عدد قنوات البيانات المطلوبة لتحقيق هذا العرض.

يلخص الجدول أدناه المصطلحات المستخدمة لوصف سرعات Ethernet الشائعة، وعدد القنوات المطلوبة لتحقيق هذا النطاق الترددي، وبعض التطبيقات لهذه الأنواع من الواجهة.

ما هي تطبيقات مسار البيانات للربط بين شبكات Ethernet التي تدعمها وحدات 800G الضوئية؟

يدعم كل وحدة بصرية وكابل ألياف ضوئية 800G أوضاع تشغيل مختلفة، كما هو مُلخص في الجدول أدناه. تُمثل تسميات الأعمدة "القناة 1"، "القناة 2"، ... "القناة 8" الواجهة الكهربائية ذات الثماني قنوات لمنفذ 800G OSFP أو QSFP-DD. تشير القيم في عمود "المسار" إلى إعدادات سرعة منفذ التبديل 800G، بينما يُمثل النص بين قوسين المعيار المُقابل.

ما هو أمر CLI لتكوين منفذ 800G لاستيعاب سرعات وواجهات منطقية مختلفة؟ (Arista Switch)

لتشغيل 8x 100G-1:

switch(config)#interface Ethernet1/1-8

switch(config-if-Et1/1-8)#speed 100g-1

ولكن عند تشغيله في وضع 8×100G، يُعامل كثماني قنوات وحدة بصرية مستقلة سعة كل منها 100G، مُغلَّفة معًا لتوفير المساحة. وبالتالي، فإن هذه القنوات الثمانية لوحدة 100G مستقلة بالفعل ولن تتداخل أو تؤثر على بعضها البعض. يوضح الرسم البياني أدناه ملاحظة التطبيق.

لتشغيل 2x 400G-4:

switch(config)#interface Ethernet1/1,1/5

switch(config-if-Et1/1,1/5)#speed 400g-4

لتشغيل 4x 200G-2:

switch(config)#interface Ethernet1/1,1/3,1/5,1/7

switch(config-if-Et1/1,1/3,1/5,1/7)#speed 200g-2

لتشغيل 2x 200G-4 (مع تشغيل منفذ 800G بنصف السرعة):

switch(config)#interface Ethernet1/1,1/5

switch(config-if-Et1/1,1/5)#speed 200g-4

في موصلات الألياف الضوئية، ماذا يعني "APC" أو PC/UPC؟ أي موصلات الألياف الضوئية تستخدم APC وأيها تستخدم UPC؟

يشير المصطلحان PC وUPC إلى موصلات ألياف "التلامس المادي" أو "التلامس الفائق". يرمز APC إلى موصلات ألياف "التلامس المادي المائل"، أي أن سطح الألياف مصقول بزاوية 8 درجات. يصف هذان المصطلحان هندسة سطح الألياف. في موصلات ألياف PC/UPC، يكون سطح الألياف "مسطحًا". أما في موصلات APC، فيكون سطح الألياف مصقولًا بزاوية لتقليل الانعكاس.

ملاحظة: تستخدم وحدات 800G الضوئية واجهات MPO، سواءً استُخدمت في تطبيقات أحادية الوضع أو متعددة الأوضاع. ولخفض تكاليف MPI، تُستخدم واجهات APC في جميع أنحاء الوحدات.