Siベースのオプトエレクトロニクス技術に基づく800G OSFP/QSFP-DD技術の進化

抽象

ハイパースケール データセンターの帯域幅需要の増大により、800G OSFP/QSFP-DD の開発が推進されています。次世代のプラガブル モジュールは、より高いボー レート、標準化されたプロトコル、高度な統合を活用して、小型フォーム ファクタで 800G 伝送を実現します。 800GbE サポート、複数のクライアント レート、相互運用モード、低消費電力などの主要な機能により、商用化が加速されます。成熟したシリコンフォトニクス技術と三次元パッケージング技術により、800G OSFP/QSFP-DD は 2024 年に大規模導入が達成されると予想されています。

概要

データセンターのトラフィックの継続的な増加により、より大容量でより効率的な光インターコネクト技術の開発が推進されています。 400G ボーレート信号を備えた 60G OSFP/QSFP-DD は過去数年間に導入に成功してきましたが、現在は次世代 800G OSFP/QSFP-DD に焦点が移っています。

ハイパースケール データセンターは 800G OSFP/QSFP-DD への移行を主導すると予想されており、次世代のスイッチおよびルーター プラットフォームには 800G ポートが必要です。 400G 時代と同様に、標準化団体は複数のベンダー間の相互運用性と規模の経済を確保するためにパラメータの調和を推進しています。これには、ボーレートを 120 倍の約 150G ボーに増やし、チャネル間隔を XNUMXGHz に増やすことが含まれます。

シリコン フォトニクス、800 次元集積、混合信号エレクトロニクスなどの高度なテクノロジーにより、XNUMXG 動作に必要なボー レートと変調方式をより高くすることができます。シリコンベースの検証に基づく構築 400G OSFP/QSFP-DD およびパフォーマンス最適化モジュール、これらのテクノロジーは、QSFP-DD や OSFP などのスモール フォーム ファクターでの 800G プラガブル光モジュールの開発に適用できるようになりました。

主な機能: 800GbE サポート、複数の低レート クライアント、相互運用モード、高伝送電力製品、および低消費電力により、さまざまなネットワークでのアプリケーションが可能になります。テクノロジーと標準化の融合により、800G OSFP/QSFP-DD は 2024 年頃に大規模な導入が実現すると予想されています。

800G 光規格の調和

OIF、Open ROADM、IEEE などの業界団体は、複数のベンダー間の相互運用性を確保するために 800G 標準の調和を推進しています。これには、800G 光パラメータ、クライアント側プロトコル、モジュール管理インターフェイスの標準化が含まれます。

光伝送に関して、OIF は 800ZR を定義しています。これは、約 800 G ボーレート信号と 80QAM 変調を備えたクラス 3 光を使用して 120 km の増幅リンク伝送を実現する、相互運用可能な 16G コヒーレント DWDM ソリューションです。 Open ROADM は、動作ボー レート 130+ G ボーで、光信号対雑音比を改善するための確率的コンスタレーション シェーピング (PCS) の相互運用可能な実装を含む、拡張パフォーマンス モードも指定します。

図 1. 約 2+G ボーのクラス 60 から約 3+G ボーのクラス 120 へのボーレートとチャネル間隔の XNUMX 倍 (出典: Cisco)

クライアント側では、IEEE 802.3ck が 800γ インターフェイス上での 100GbE 動作の物理層仕様を定義します。 OIF および Open ROADM は、400G 光リンク上での低速クライアント (100GbE や 800GbE など) の多重化もサポートします。さらに、OIF の共通管理インターフェイス仕様 (CMIS) の実装契約により、マルチベンダーのプラガブル モジュール間の相互運用可能な管理が保証されます。 800G 標準は、光、クライアント、および管理パラメータを調和させることにより、400G と同様の規模の経済を生み出し、同時に複数のベンダー間の相互運用性を確保します。

800G OSFP/QSFP-DD向けの先進テクノロジー

コンパクトで効率的な 800G OSFP/QSFP-DD を開発するには、シリコン フォトニクス、XNUMX 次元集積、混合信号エレクトロニクスなどの先進技術を活用することが重要です。

シリコン フォトニクス テクノロジーは、シリコン基板に統合できる、変調器、マルチプレクサ、光検出器などの高帯域幅密度の波長分割多重コンポーネントを提供します。このテクノロジーにより、費用対効果が高く、スケーラブルな方法で 100G を超えるボーレートの拡張が可能になります。

三次元集積またはシリコン化技術 (フリップチップボンディング、チップスタッキング、高密度基板パッケージングなど) により、フォトニクスと CMOS エレクトロニクスの緊密な統合が可能になります。この統合により、800G レートでの信号の完全性と電力効率が向上します。

チャネルあたり 112G の DAC および ADC の性能強化や新しい DSP などの次世代ミックスシグナル エレクトロニクスにより、800G 光伝送に必要な高速信号と複雑な変調方式が可能になります。

これらのテクノロジーは、シリコンベースの 400G OSFP/QSFP-DD や Acacia の CIM コヒーレント モジュールなどのパフォーマンスが最適化されたモジュールで検証されており、大規模な 800G OSFP/QSFP-DD 開発のサポートが期待できます。

図 2. 左から右へ: クラス 3 MSA プラガブル モジュールとクラス 2 のパフォーマンスが最適化された CIM 3 モジュール用の 8D シリコン化テクノロジー。高度に統合された同時パッケージ化は、クラス 3 800G MSA プラグ可能モジュールにとって重要です。 (出典: シスコ)

800G OSFP/QSFP-DD アプリケーションの主な機能

大規模アプリケーションを成功させるには、 800G OSFP/QSFP-DD ネットワーク アプリケーションと業界の開発要件を満たすために、いくつかの主要な機能をサポートする必要があります。主な特徴は、800GbE クライアント トラフィックをサポートすることです。 800 年には 2024G スイッチおよびルーター ポートが登場すると予想されており、これらのプラットフォームを相互接続するには、プラグ可能モジュールにネイティブ 800GbE 機能が必要です。 400GbE や 100GbE などの低レートのクライアントが依然としてネットワーク内に広く存在する移行期間中は、それらの多重化サポートも重要です。

相互運用可能なモードも、もう 800 つの重要な実現要因です。400ZR は、コヒーレント DWDM リンクのベースライン モードを提供します。ただし、Open ROADM の PCS モードは、より高いパフォーマンスを提供し、XNUMXG に匹敵するカバレッジを実現します。この柔軟性は、さまざまなネットワーク トポロジとアプリケーションのニーズに適しています。高送信電力製品は、既存の ROADM インフラストラクチャを利用する従来のブラウンフィールド ネットワークに不可欠です。内蔵アンプは、これらのリンクに必要な高い Tx 電力を提供します。

最後に、低消費電力も依然として優先事項です。電力効率により、800G スイッチおよびルータ ラインカードのポート密度を最大化できるだけでなく、既存の 400G ポートとの下位互換性も実現できます。 800G OSFP/QSFP-DD の最適化された設計では、シリコン フォトニクスの統合と CMOS プロセス ノードのスケーリングにおける最新の進歩を活用して、消費電力を削減します。

図 3. 800G MSA プラグ可能モジュールに必要な主な機能の図 (出典: Cisco)

まとめ

業界のトレンドは、800G OSFP/QSFP-DD がデータセンター相互接続の進化の次のステップであることを示しています。技術開発と標準化の統合により、800G OSFP/QSFP-DD は 2024 年頃に大規模ネットワーク導入が実現すると予想されます。その登場は、次世代スイッチおよびルータ プラットフォームの 800G ポートと同期して、直接容量を提供します。データセンターオペレーター向けのアップグレード。 800G OSFP/QSFP-DD は、400G 光モジュール アプリケーションから得られた重要な経験とテクノロジーを活用し、次世代の光インターコネクトに必要な機能とパフォーマンスを提供します。