Descripción general del transceptor óptico 400G ZR, DR4, FR4, LR4, SR8 QSFP-DD

Los transceptores ópticos son dispositivos clave para realizar la interconexión de redes ópticas en el centro de datos. A medida que aumenta el número y la densidad de puertos, los centros de datos deben tener en cuenta el costo de los módulos ópticos, ya que se espera que represente casi la mitad del costo de las redes ópticas en IDC. En la actualidad, los centros de datos de nueva construcción de las principales empresas de Internet están buscando hacer una transición a 400G Ethernet. Los módulos ópticos 400G QSFP-DD son las soluciones ópticas más comunes para la conectividad de red de alta velocidad de datos 400G. En esta publicación se dará una breve introducción de la óptica 400G QSFP-DD.

¿Qué es QSFP-DD en el módulo transceptor 400G?

QSFP-DD, una abreviatura de Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) – Double Density (DD), es un factor de forma conectable en caliente de alta velocidad definido por el grupo QSFP-DD MSA como una parte clave de la industria de la comunicación óptica para lograr redes de alta densidad. Como la mejor opción para el factor de forma del transceptor óptico 400G, este conector QSFP-DD permite que los centros de datos crezcan y amplíen la capacidad de la nube de manera efectiva según sea necesario. 

QSFP-DD es compatible hacia adelante y hacia atrás con el puerto QSFP y también es compatible con el Módulos ópticos QSFP28 y AOC / DAC, etc. La interfaz eléctrica de un conector QSFP-DD consta de 8 carriles eléctricos, que funcionan con una señal NRZ de 25 Gb / s o una señal PAM50 de 4 Gb / s cada uno para un ancho de banda total de 200 Gb / so 400 Gb / s. QSFP-DD puede alcanzar hasta 14.4 TB / s de ancho de banda agregado en una sola ranura de conmutador.

¿Cuáles son los tipos comunes de transceptores 400G en el mercado?

● Transceptor 400G DR4 QSFP-DD

400GDR4 es un módulo transceptor óptico diseñado para la interconexión de centros de datos Ethernet 400G en factor de forma QSFP-DD (Quad Small Form Factor Pluggable-doble densidad). En el extremo del transmisor, este módulo DR4 convierte 8 canales de señal eléctrica de 50 Gb/s (PAM4) en 4 canales de datos de salida óptica paralelos, cada uno con capacidad de velocidad de datos de 100 Gb/s para un ancho de banda agregado de 400 Gbls. En el lado del receptor, el transceptor óptico convierte 4 carriles de datos ópticos paralelos de 100 Gbp/s cada carril para un agregado de 400 Gbp/s para admitir 8 carriles de señal de salida eléctrica PAM50 de 4 Gb/s.

Módulo transceptor óptico FiberMall 400G DR4 QSFP-DD 

El sistema 400G QSFP-DD DR4 El módulo de fibra logra la transmisión a través de SMF (fibra monomodo) con un Conector MPO-12. Normalmente, el transceptor 400G del factor de forma QSFP-DD DR4 admite una distancia de transmisión máxima de 500 metros en una longitud de onda central de 1310 nm. El producto está diseñado con funciones de diagnóstico digital de acuerdo con el 400G QSFP-DD Acuerdo de múltiples fuentes (MSA).

Introducción y aplicación de 400G QSFP-DD DR4

● Transceptor óptico 400G FR4 QSFP-DD

El módulo 400GBASE-FR4 es un transceptor conectable en caliente de 400 Gbps en un factor de forma QSFP-DD que admite 8 interfaces eléctricas de alta velocidad que se conectan al host. El 400GFR4 El transceptor incorpora 4 carriles independientes en longitudes de onda centrales CWDM4 de 1271/1291/1311/1331 nm que funcionan a 100 Gbps por carril. Se utilizan 4 EML CWDM de 100 Gbps sin enfriar en los láseres DSP Y EML como una unidad óptica con un multiplexor óptico. Está diseñado con un conector LC dúplex para que la interfaz óptica admita una transmisión de hasta 2 km para enlaces Ethernet de 400G a través de fibra monomodo (SMF). 400GFR4 El módulo transceptor de fibra QSFP DD sigue un protocolo similar de Especificación 100G Single Lambda MSA para 400GFR4 y  QSFP-DD MSA especificación.

∆ Diagrama del módulo transceptor 400G FR4 QSFP-DD con fibra dúplex 

● Módulo transceptor 400G LR4 QSFP-DD

Los módulos de fibra óptica 400GBase LR4 están diseñados con un chip de caja de cambios incorporado que multiplexa los datos de entrada eléctrica de los dos canales en una señal de salida de un solo canal y luego la modula al extremo del receptor óptico. Específicamente, la caja de cambios base DSP convierte 8 canales de señales PAM25 de 4GBaudios en 4 canales de señales de 50GBaudios (PAM4) sobre un SMF (Fibra monomodo) cable con conectores LC dúplex. Esta 400G LR4 El producto transceptor presenta FEC y monitoreo de diagnóstico digital en tiempo real completo, que admite una distancia de transmisión de hasta 10 km. It define un 400Gb/s PHY para operar en los cuatro Longitudes de onda centrales CWDM de 1271, 1291, 1311 y 1331nm. El transceptor 400G LR4 de FiberMall tiene la misma función y calidad que el transceptor Cisco 400G y el transceptor Arista 400G y tiene mejor compatibilidad.

Transceptor óptico FiberMall 400G QSFP-DD LR4

● Transceptor óptico 400G SR8 

400G SR8 es un Factor de forma pequeño cuádruple Enchufable: doble densidad Transceptor de fibra óptica compatible con la especificación IEEE 802.3bs. Este módulo ofrece 8 paralelo transmisor y el receptor carriles, donde se transfiere la señal de 400 Gigabit Ethernet. Cada uno de estos 8 canales independientes es capaz de 53.125Gbps(PAM4) dATA rate: para agregar un ancho de banda total de 400 Gb/s en 100 metros de cable de fibra multimodo OM3 con conector MTP/MPO-16. La longitud de onda central de los 8 canales independientes es de 850 nm. Similar al módulo óptico DR4, FR4, LR4 QSFP-DD 400G, 400GSR8 cumple con la especificación QSFP-DD MSA y IEEE 802.3bs protocolo. 

¿Cuál es la diferencia entre 400G QSFP-DD FR4 y 400G QSFP-DD FR8?

Fiabilidad

El 400G QSFP-DD FR4 tiene una velocidad de transmisión de 53.125 GBd y el 400G QSFP-DD FR8 tiene una velocidad de transmisión de 26.5625 GBd. A medida que aumentan los baudios, el costo de MPI y el costo de CD de PAM4 aumentan gradualmente, enfrentando el desafío de una operación confiable a largo plazo, lo que requiere un FEC más robusto y abordando problemas de interoperabilidad. Ambos módulos ópticos usan KP4 FEC, 400G QSFP-DD FR4 con >80 % de margen por canal y 400G QSFP-DD FR8 con >90 % de margen por canal, 400G QSFP-DD FR8 será más confiable en comparación con otros.

De Sabor

Tanto el 400G QSFP-DD FR4 como el 400G QSFP-DD FR8 son modulación PAM8 de 53 Gbps de 4 canales en el lado eléctrico, y la diferencia está en el lado óptico. El lado del puerto óptico FR8 utiliza modulación PAM8 de 53 Gbps de 4 canales; El lado de la interfaz óptica de FR4 utiliza cuatro canales de modulación PAM106 de 4 Gbps. Internamente, el chip Gearbox multiplexa las dos entradas de la interfaz eléctrica en una sola señal y luego las modula a la interfaz óptica. Por lo tanto, la velocidad del lado de la interfaz óptica es el doble que la del lado de la interfaz eléctrica, es decir, cuatro canales de señales PAM106 de 4 Gbps. El 50G PAM4 se actualiza a la modulación 100G PAM4 y se reduce la tolerancia a la dispersión.

Latencia DSP

El 400G QSFP-DD FR4 usa una caja de cambios de 8:4 internamente, lo que resulta en un bajo rendimiento de latencia de aproximadamente 102 ns, mientras que el 400G QSFP-DD FR8 solo tiene una latencia de aproximadamente 84 ns. Por lo tanto, 400G QSFP-DD FR8 tiene un mejor rendimiento de latencia. El 400G QSFP-DD FR8 es más adecuado para escenarios que requieren computación de alto rendimiento.

Consumo de energía

Por un lado, el 400G QSFP-DD FR8 ofrece presupuestos de enlace mejorados, pero por otro lado, el uso de más láseres hace que los módulos consuman más energía, el costo total del láser por módulo sea mayor y el paquete óptico sea más complejo, lo que da como resultado una menor salida y un mayor costo de producción. Por el contrario, el 400G QSFP-DD FR4 tiene un menor consumo de energía y capacidades de tratamiento térmico más simples.

Proyectos	FR4	FR8
Baud	53.125GBd	26.5625GBd
Latencia DSP	≈102ns mayor	≈84ns más pequeño
Costo del IPM	poor	feria
Costo del disco compacto	poor	feria
Margen KP4 FEC	reliable	muy fiable
Consumo de energía	low	high
Calidad de transmisión	feria	bueno

En resumen, el 8G QSFP-DD FR400 óptico de 8 vías ofrece un mejor rendimiento de transmisión en todos los aspectos en comparación con el 400G QSFP-DD FR4, pero es ligeramente inferior en consumo de energía y costo. El 400G QSFP-DD FR4 es adecuado para centros de datos comerciales, mientras que el 400G QSFP-DD FR8 es más adecuado para la informática de alto rendimiento.

Según la investigación de Lightcounting, una organización de investigación de mercado en la industria de la comunicación ópticaintente, en el mercado global de transceptores ópticos, FiberMall analizará y resumirá la demanda y los envíos del mercado global de transceptores ópticos en 2021.

Recientemente, el último informe de investigación de LightCounting muestra que las ventas de transceptores ópticos Ethernet alcanzarán los 4.6 millones de USD en 2021, un aumento interanual del 25 %. LightCounting espera que la CAGR (tasa de crecimiento anual compuesta) del mercado disminuya al 14 % en 2022-2027, pero incluso con esta tasa de crecimiento modesta, el segmento aún alcanzará los $10 mil millones para 2027.

¿Qué está impulsando el crecimiento?

De hecho, los proveedores de transceptores ópticos se han recuperado del impacto de la COVID-19 a principios de 2020 en solo unos meses, y la demanda de productos de 1 GbE a 400 GbE superó sus expectativas para todo el año. “A medida que sube la marea, incluso las ventas de transceptores ópticos de 1 GbE han aumentado, sin mencionar los productos de 10G y 40G”. La demanda de productos tradicionales de bajo costo comenzó a disminuir a fines de 2020, pero repuntó nuevamente en la primera mitad de 2021, lo cual fue inesperado. Lo más probable es que la nueva y posiblemente última ola de demanda de productos tradicionales de bajo costo provenga de las actualizaciones de redes empresariales y de telecomunicaciones, que se han retrasado en gran parte debido al COVID-19.

Otro factor importante que impulsa el crecimiento del mercado es la gran demanda de módulos ópticos de 200 GbE y 400 G. Google comenzó a implementar módulos ópticos de 400G hace 3 años, mientras que Amazon comenzó en 2020 y Meta (anteriormente Facebook) retrasó la implementación de 200G para 2021, lo que tuvo un gran impacto en el mercado. Además, la primera venta de módulos ópticos 2x400G a Google también contribuyó al crecimiento del mercado en 2021. Se espera que este impulso continúe en 2022, pero LightCounting predice un crecimiento más lento en 2023-2027.

LightCounting señala que su modelo de pronóstico se basa en suposiciones sobre el crecimiento del ancho de banda para conexiones ópticas Ethernet en numerosas aplicaciones. Además, LightCounting también ha modelado el consumo de módulos ópticos para cada una de las diez principales empresas de computación en la nube. Por ejemplo, LightCounting estima que Amazon casi duplicará el ancho de banda de la red de su centro de datos mediante una actualización masiva a conectividad 400G en 2020 y 2021. A largo plazo, se espera que el crecimiento del ancho de banda disminuya a un 40 % por año, o se duplique cada dos. años más o menos.

Al mismo tiempo, LightCounting también elevó sus expectativas para los productos de 800G y 1.6T. LightCounting señaló que los pronósticos conservadores son adecuados para los mercados propensos a la volatilidad, ya que ayudan a explicar las desaceleraciones inesperadas en la demanda y las recesiones económicas. Es inusual que la pandemia sea buena para la industria de módulos ópticos en su conjunto. El mercado de Ethernet logró una CAGR del 18% de 2011 a 2021, sin una gran caída. Con eso en mente, una CAGR del 14% para 2022-2027 es una suposición muy razonable.

Los envíos de módulos 400G ZR/ZR+ aumentaron en el cuarto trimestre de 2021 a medida que Cisco (Acacia) y Marvell expandieron rápidamente su capacidad de producción, según el Informe de aplicaciones de transporte del cuarto trimestre de 4 de la firma de investigación Cignal AI. Sin embargo, la demanda de los proveedores de servicios en la nube aún supera la oferta, que aumentará este año a medida que aumente la producción de proveedores como Ciena, NeoPhotonics y II-VI. Cignal AI espera que los envíos de módulos 2021G ZR/ZR+ crezcan un 400 % en 200 a medida que los operadores de la nube como Microsoft, Amazon y Google, así como los operadores de redes tradicionales como AT&T, Windstream y COLT, implementen implementaciones a gran escala .

Scott Wikinson, analista jefe de óptica de Cignal AI, dijo: “Los proveedores de servicios en la nube y los operadores de telecomunicaciones están realizando cambios fundamentales en sus arquitecturas de red debido a la disponibilidad comercial de módulos coherentes conectables de 400G. envíos de la 400G ZR El módulo está creciendo rápidamente y, hasta ahora, más de la mitad de los envíos provinieron del cuarto trimestre”.

Otros aspectos destacados del informe de aplicaciones de transporte del cuarto trimestre de 4:

• A medida que los módulos coherentes enchufables remodelan el panorama de los proveedores, la cantidad de puertos coherentes adquiridos directamente por los operadores está creciendo rápidamente.
• Los envíos de módulos ZR 60G enchufables Gen400C todavía tienen limitaciones de suministro, con solo dos proveedores que satisfacen casi toda la demanda hasta la fecha.
• Ciena sigue siendo el mayor proveedor de puertos coherentes Gen90P 800G de última generación, aunque los envíos de productos Infinera e ICE6 están creciendo rápidamente.
• Los ingresos de los módulos compactos en América del Norte crecieron un 25 % en 2021 y Ciena es el líder del mercado en esta categoría.
• Solo HW logró un crecimiento de las ventas de Packet-OTN en 2021. La inversión continua de Nokia en su cartera de productos OTN lo ha convertido en el proveedor líder de OTN en Europa y EE. UU., donde la empresa está mejor posicionada para ganar el negocio de HW.

Según el último Informe de componentes ópticos de Cignal AI, los gastos de capital de los proveedores de servicios en la nube para centros de datos de hiperescala impulsan el crecimiento de los ingresos de los componentes ópticos de comunicación de datos en un 27 % y el crecimiento alcanzó los $4.7 millones en 2021, lo que superó el crecimiento de los ingresos de los componentes de telecomunicaciones, consumo y óptica industrial. aplicaciones

Los envíos de módulos a este ritmo se duplicaron a niveles récord en 2021 a medida que los grandes proveedores de la nube y la demanda de algunos clientes empresariales pasaron de 100 G a 400 GbE. “La transición a 400 GbE está en marcha, y la tecnología conectable coherente de 400 Gbps está revolucionando el diseño de las redes ópticas que conectan los centros de datos”, dijo Scott Wilkinson, analista principal de óptica de Cignal AI. “La velocidad de 400 Gbps impulsará el gasto y el crecimiento del ancho de banda dentro y fuera del centro de datos en 2022”.

Escenarios de aplicación del transceptor óptico 400G

Con la creciente madurez de los estándares de la industria y los requisitos de la red, los módulos ópticos 400G han liderado el desarrollo de la industria de la comunicación óptica, especialmente en los siguientes tres escenarios de aplicación que ganan cada vez más atención: centros de datos, redes de área metropolitana y alta distancia. redes de transmisión de capacidad.

Datacenter

Solución de módulo óptico de red para centros de datos de 400 GB (antecedentes: rápido crecimiento del tráfico este-oeste)

Para 2021, alrededor del 70 por ciento del tráfico este-oeste del centro de datos permanecerá dentro del centro de datos, y se espera que las tasas de crecimiento sean significativamente más altas que el tráfico norte-sur y el tráfico entre centros de datos, lo que aumentará en gran medida la demanda de módulos ópticos de alta velocidad.

Los clientes de OTT de América del Norte planean comenzar a implementar soluciones de 400G en 2020. A partir de la primera mitad de 2019, los clientes de OTT chinos también iniciaron la primera prueba de 400G en China con múltiples proveedores de módulos ópticos de 400G.

Red portadora metropolitana

Solución de módulo óptico 400G para MAN (Antecedentes: Nuevos servicios impulsan el crecimiento del tráfico en la era 5G)

Con el rápido desarrollo de 5G, los nuevos servicios, que incluyen video de ultra alta definición, Internet de las cosas, VR/AR e Internet de los vehículos, han presentado nuevos requisitos para las redes portadoras: ancho de banda ultraalto, conexiones masivas, ultra bajo. latencia y alta confiabilidad.

Los puertos 100GE existentes en las redes metropolitanas no pueden soportar las capas de núcleo y agregación que requieren banda ultraancha, y ha surgido la demanda de soluciones de interconexión óptica 400GE.

Tome la red portadora 5G como ejemplo. De acuerdo con la evaluación del ancho de banda del Consorcio de Redes Móviles de Próxima Generación (NGMN), el ancho de banda de la capa de acceso crecerá a 50GE y el ancho de banda de la capa central crecerá a 200GE/400GE durante la comercialización a gran escala de redes metropolitanas 5G.

Redes de Transmisión de Alta Capacidad de Larga Distancia

Soluciones de módulos ópticos de 400G para redes DWDM (Antecedentes: el crecimiento del tráfico aumenta la presión del ancho de banda para la transmisión a larga distancia)

El crecimiento del tráfico de red conduce a un mayor ancho de banda del puerto en la red de transmisión. Para la transmisión de larga distancia y gran ancho de banda, la tecnología de transmisión coherente basada en el multiplexor por división de longitud de onda (WDM) proporciona la mejor solución.

A medida que maduran las soluciones coherentes de 400G, la demanda de puertos coherentes de 400G crecerá rápidamente más allá de 2020.

Dos impulsores están impulsando el crecimiento de los puertos coherentes de 400G: el crecimiento del ancho de banda de la red y un aumento en la cantidad de puertos 400GE de clientes.

Según el informe de previsión de LightCounting, los puertos coherentes de 400G se utilizarán en un número cada vez mayor de redes y experimentarán el crecimiento más rápido durante los próximos cinco años.

El módulo óptico 400G QSFP-DD DR4 utiliza un conector MPO-12 estándar para transmitir hasta 500 m a través de fibra monomodo. También se puede conectar a módulos ópticos 100G DR. Adopta un tipo de transmisor EML de 1310nm y un modo de modulación de amplitud de pulso PAM4.

Ventajas del transceptor óptico de fotónica de silicio 400G QSFP-DD DR4

Hay dos tipos de módulos ópticos QSFP-DD DR400 de 4G: los módulos ópticos separados por chip eléctrico-óptico tradicionales y los módulos ópticos de fotónica de silicio con chip eléctrico-óptico integrado que han surgido en los últimos años.

El módulo óptico de fotónica de silicio 400G DR4 generalmente adopta un chip DSP de 7 nm y el consumo de energía es inferior a 10 W, lo que cumple con los requisitos de aplicación ecológica del centro de datos. En comparación con los módulos ópticos tradicionales con una solución EML de 4G de 100 canales, los módulos ópticos de fotónica de silicio DR400 de 4G solo necesitan fuentes de luz simples o dobles, lo que puede reducir efectivamente la cantidad de láseres.

Mientras tanto, el módulo óptico de fotónica de silicio 400G QSFP-DD DR4 adopta el proceso de empaquetado COB, lo que permite el acoplamiento pasivo entre la fibra óptica y el chip óptico de silicio, y el diseño optimizado elimina los componentes de control de temperatura TEC, lo que facilita la producción en masa y es más obvio. ventajas de costo

Los datos relevantes muestran que el módulo óptico de fotónica de silicio 400G QSFP-DD DR4 puede ahorrar entre un 10 % y un 30 % del costo en comparación con el transceptor óptico tradicional. LightCounting, un instituto de investigación muy conocido en el mercado de la comunicación óptica, dijo que se espera que el mercado de módulos ópticos de alta velocidad de comunicación digital alcance los $ 6.5 mil millones en 2024, y los módulos ópticos de fotónica de silicio se comercializarán a gran escala, y su cuota de mercado ocupará el 60%.

Para dispositivos ópticos de alta velocidad, un chip óptico de fotónica de silicio es la mejor manera de realizar la integración de chip único de chips fotónicos y electrónicos, que pueden realizar el intercambio de datos de gran capacidad bajo la premisa de controlar efectivamente el costo y el consumo de energía.

Con la madurez gradual de la tecnología de chip óptico de silicio, la cuota de mercado del módulo óptico de silicio 400G DR4 seguirá aumentando y mostrando características insustituibles.

Otros aspectos destacados del Informe de Componentes Ópticos 4T21:

• En 2021, los envíos del módulo de comunicación de datos QSFP-DD fueron de 8 millones, la mayoría de los cuales estaban en formato DR4;
• En 2021, se enviaron más de 60,000 400 módulos coherentes conectables de XNUMX Gbps, la mayoría de los cuales fueron QSFP-DD ZR;
• En 2021, los envíos de módulos CFP200 coherentes de 2 Gbps aumentaron un 17 % a poco más de 200,000 XNUMX unidades, ya que el OEM chino FiberMall aumentó la capacidad a esta velocidad para aplicaciones metropolitanas y de larga distancia más lejanas.

Como se sabía anteriormente, Cisco finalmente adquirió Acacia a un precio de 4.5 millones. 

La tasa de crecimiento de los módulos ópticos ordinarios se está desacelerando, pero los módulos ópticos coherentes se duplicaron. Lo que Acacia hace mejor es exactamente la parte coherente.

Los datos de Dell'Oro muestran que 400G ZR alcanzará las 250,000 2026 unidades en 800, mientras que 400G ZR se producirá más rápido que XNUMXG ZR al principio, lo que impulsará el rápido desarrollo de las tasas.

El módulo coherente gradualmente miniaturizado puede cumplir con los requisitos concisos y abiertos de DCI. Ya sea ZR o ZR+, ya sea 400G o 800G, las oportunidades para el mercado DCI superan los desafíos.

Conclusión

Transceptores 400G en Quad Small Form-factor Pluggable–Double Density (QSFP-DD) basado en la técnica de modulación PAM4 se ha vuelto popular para la interconexión de redes ópticas de 400G en el centro de datos. 400G ZR, DR4, FR4, LR4 y SR8 QSFP-DD óptico ejemplifica la tecnología PAM4 en la aplicación Ethernet 400G. FiberMall es un proveedor integrado de comunicación óptica profesional que actualmente ofrece productos que incluyen transceptores de fibra óptica, cables DAC y AOC, cables de fibra óptica, divisores WDM y PLC y otras series de redes. Los transceptores ópticos 400G DR4/FR4/LR4/SR8/ZR están disponibles en FiberMall y siempre puede contactarnos o visitar nuestro sitio web.