400G ZR, DR4, FR4, LR4, SR8 QSFP-DD 광 트랜시버 개요

광 트랜시버는 데이터 센터에서 광 네트워크 상호 연결을 실현하는 핵심 장치입니다. 포트의 수와 밀도가 증가함에 따라 IDC에서 광 네트워크 비용의 거의 절반을 차지할 것으로 예상되기 때문에 데이터 센터는 광 모듈 비용을 고려해야 합니다. 현재 주요 인터넷 기업의 데이터센터 신축 400G로의 전환을 모색 중 Ethernet. 400G QSFP-DD 광 모듈은 400G 고속 네트워크 연결을 위한 가장 일반적인 광 솔루션입니다. 이 게시물에서는 400G QSFP-DD 광학 장치에 대한 간략한 소개를 제공합니다.

400G 트랜시버 모듈의 QSFP-DD는 무엇입니까?

QSFP-DD, 약어 QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable) – DD(Double Density)는 QSFP-DD MSA 그룹에서 고밀도 네트워킹을 달성하기 위한 광통신 산업의 핵심 부분으로 정의한 고속 핫 플러그 ​​가능 폼 팩터입니다. 400G 광 트랜시버 폼 팩터에 대한 최상의 옵션인 이 QSFP-DD 커넥터를 사용하면 데이터 센터가 필요에 따라 클라우드 용량을 효과적으로 확장하고 확장할 수 있습니다. 

QSFP-DD는 QSFP 포트와 순방향 및 역방향 호환이 가능하며 기존 제품과도 호환됩니다. QSFP28 광 모듈 및 AOC/DAC 등 QSFP-DD 커넥터의 전기 인터페이스는 8Gb/s 또는 25Gb/s의 총 대역폭에 대해 각각 50Gb/s NRZ 신호 또는 4Gb/s PAM200 신호에서 실행되는 400개의 전기 레인으로 구성됩니다. QSFP-DD는 단일 스위치 슬롯에서 최대 14.4Tb/s의 집계 대역폭을 달성할 수 있습니다.

시장에서 일반적인 400G 트랜시버 유형은 무엇입니까?

● 400G DR4 QSFP-DD 트랜시버

400G DR4 QSFP-DD(Quad Small Form Factor Pluggable-double density) 폼 팩터의 400G 이더넷 데이터 센터 상호 연결을 위해 설계된 광 트랜시버 모듈입니다. 송신기 측에서 이 DR4 모듈은 8Gb/s(PAM50) 전기 신호의 4개 채널을 4개의 병렬 광 출력 데이터 채널로 변환합니다. 수신기 측에서 광 트랜시버는 100Gb/s PAM400 전기 출력 신호의 4레인을 지원하기 위해 100Gbp/s의 집계에 대해 각 레인 400Gbp/s의 병렬 광 데이터 8레인을 변환합니다.

FiberMall 400G DR4 QSFP-DD 광 트랜시버 모듈 

이 어플리케이션에는 XNUMXµm 및 XNUMXµm 파장에서 최대 XNUMXW의 평균 출력을 제공하는 400G QSFP-DD DR4 광섬유 모듈은 SMF(단일 모드 광섬유)와 MPO-12 커넥터. 일반적으로 QSFP-DD DR400 폼 팩터의 4G 트랜시버는 500nm 중심 파장에서 1310미터의 최대 전송 거리를 지원합니다. 제품은 디지털 진단 기능으로 설계되었습니다. 400G QSFP-DD 다중 소스 계약(MSA).

400G QSFP-DD DR4 소개 및 적용

● 400G FR4 QSFP-DD 광 트랜시버

400GBASE-FR4 모듈은 호스트에 연결하는 400개의 고속 전기 인터페이스를 지원하는 QSFP-DD 폼 팩터의 8Gbps 핫 플러그 ​​가능 트랜시버입니다. 그만큼 400G FR4 트랜시버는 레인당 4Gbps로 실행되는 4/1271/1291/1311nm의 CWDM1331 중심 파장에 100개의 독립 레인을 통합합니다. 4개의 비냉각식 100Gbps CWDM EML은 DSP 및 EML 레이저에서 광학 멀티플렉서가 있는 광학 드라이브로 사용됩니다. 그것은 디자인되었습니다 이중 LC 커넥터 단일 모드 광섬유(SMF)를 통해 2G 이더넷 링크에 대해 최대 400km 전송을 지원하는 광학 인터페이스용입니다. 400G FR4 QSFP DD 광섬유 트랜시버 모듈은 유사한 프로토콜을 따릅니다. 100G 단일 Lambda MSA 사양 400G FR4 and QSFP-DD MSA 명세서.

Δ 이중 광섬유를 갖춘 400G FR4 QSFP-DD 트랜시버 모듈의 다이어그램 

● 400G LR4 QSFP-DD 트랜시버 모듈

400GBase LR4 광섬유 모듈은 내장 기어박스 칩으로 설계되어 두 채널의 전기 입력 데이터를 단일 채널 출력 신호로 다중화한 다음 이를 광 수신기 측으로 변조합니다. 특히 DSP 기반 기어박스는 8GBaud PAM25 신호의 4개 채널을 4GBaud(PAM50) 신호의 4개 채널로 변환합니다. SMF (싱글모드 광섬유) 케이블 이중 LC 커넥터 포함. 이것 400G LR4 트랜시버 제품은 최대 10km의 전송 거리를 지원하는 FEC 및 전체 실시간 디지털 진단 모니터링 기능을 갖추고 있습니다. It는 다음을 정의합니다. 400개에서 작동하기 위한 XNUMXGb/s PHY 1271, 1291, 1311 및 1331nm의 CWDM 중심 파장. FiberMall의 400G LR4 트랜시버는 Cisco 400G 트랜시버 및 Arista 400G 트랜시버와 동일한 기능 및 품질을 가지며 더 나은 호환성을 제공합니다.

FiberMall 400G QSFP-DD LR4 광 트랜시버

● 400G SR8 광 트랜시버 

400G SR8은 XNUMX중 소형 폼 팩터 플러그 가능 - 이중 밀도 IEEE 802.3bs 사양을 준수하는 광섬유 트랜시버. 이 모듈은 다음을 제공합니다. 8 병렬 송신기와 수신기 차선, 여기서 400기가비트 이더넷 신호가 전달됩니다. 이 8개의 독립적인 채널 각각은 53.125Gbps가 가능합니다.(팸4) data r먹고 MTP/MPO-400 커넥터가 있는 100미터 OM3 다중 모드 광섬유 케이블에서 16Gb/s의 총 대역폭을 집계합니다. 8개의 독립적인 채널의 중심 파장은 850nm입니다. DR4, FR4, LR4 QSFP-DD 400G 광 모듈과 유사, 400G SR8 QSFP-DD MSA 사양을 준수하며 IEEE 802.3bs 실험 계획안. 

400G QSFP-DD FR4와 400G QSFP-DD FR8의 차이점은 무엇입니까?

신뢰성

400G QSFP-DD FR4의 전송 속도는 53.125GBd이고 400G QSFP-DD FR8의 전송 속도는 26.5625GBd입니다. 전송 속도가 증가함에 따라 PAM4의 MPI 비용과 CD 비용이 점차 증가하여 장기적으로 안정적인 작동 문제에 직면하게 되므로 보다 강력한 FEC가 필요하고 상호 운용성 문제를 해결해야 합니다. 두 광학 모듈 모두 KP4 FEC, 채널당 마진이 400% 이상인 4G QSFP-DD FR80 및 채널당 마진이 >400%인 8G QSFP-DD FR90을 사용합니다. 400G QSFP-DD FR8은 다른 모듈에 비해 더 안정적입니다.

조정

400G QSFP-DD FR4 및 400G QSFP-DD FR8은 모두 전기적 측면에서 8채널 53Gbps PAM4 변조이며 차이점은 광학적 측면에 있습니다. FR8 광 포트 측은 8채널 53Gbps PAM4 변조를 사용합니다. FR4의 광 인터페이스 측은 106Gbps PAM4 변조 채널 106개를 사용합니다. 내부적으로 Gearbox 칩은 두 개의 전기 인터페이스 입력을 하나의 신호로 다중화한 다음 광 인터페이스로 변조합니다. 따라서 광 인터페이스 측의 속도는 전기 인터페이스 측의 두 배, 즉 4Gbps PAM50 신호의 4개 채널입니다. 100G PAM4는 XNUMXG PAMXNUMX 변조로 업그레이드되고 분산 허용 오차가 감소합니다.

DSP 대기 시간

400G QSFP-DD FR4는 내부적으로 8:4 기어박스를 사용하므로 대기 시간 성능이 약 102ns로 좋지 않은 반면 400G QSFP-DD FR8은 대기 시간이 약 84ns에 불과합니다. 따라서 400G QSFP-DD FR8은 대기 시간 성능이 더 좋습니다. 400G QSFP-DD FR8은 고성능 컴퓨팅이 필요한 시나리오에 더 적합합니다.

전력 소비

한편, 400G QSFP-DD FR8은 향상된 링크 예산을 제공합니다. 그러나 다른 한편, 더 많은 레이저를 사용하면 모듈이 더 많은 전력을 소모하고 모듈당 총 레이저 비용이 더 높아지고 광학 패키지가 더 복잡해져 출력이 낮아지고 생산 비용이 높아집니다. 반면, 400G QSFP-DD FR4는 전력 소모가 낮고 열처리 기능이 더 간단합니다.

프로젝트	FR4	FR8
보오드	53.125GBd	26.5625GBd
DSP 대기 시간	≈102ns 이상	≈84ns 더 작음
MPI 비용	가난한	공정한
CD 비용	가난한	공정한
KP4 FEC 마진	신뢰할 수있는	매우 신뢰할 수있는
전력 소비	낮은	높은
전송 성능	공정한	좋은

요약하자면, 8방향 광 400G QSFP-DD FR8은 400G QSFP-DD FR4에 비해 모든 측면에서 더 나은 전송 성능을 제공하지만 전력 소비와 비용 면에서 약간 뒤떨어집니다. 400G QSFP-DD FR4는 상업용 데이터 센터에 적합한 반면, 400G QSFP-DD FR8은 고성능 컴퓨팅에 더 적합합니다.

광통신 산업의 시장 조사 기관인 Lightcounting의 조사에 따르면try, 글로벌 광 트랜시버 시장에서 FiberMall은 2021년 글로벌 광 트랜시버 시장 수요 및 출하량을 분석하고 요약합니다.

최근 LightCounting의 최신 연구 보고서에 따르면 이더넷 광 트랜시버의 매출은 4.6년에 전년 대비 2021% 증가한 25억 달러에 달할 것이라고 합니다. LightCounting은 시장의 CAGR(연간 복합 성장률)이 14-2022년에 2027%로 둔화될 것으로 예상하지만 이러한 완만한 성장률에도 불구하고 이 부문은 10년까지 여전히 2027억 달러에 도달할 것입니다.

성장을 주도하는 것은 무엇입니까?

실제로 광 트랜시버 공급업체는 19GbE에서 2020GbE 제품에 대한 수요가 연간 기대치를 초과하면서 단 몇 개월 만에 1년 초 COVID-400의 영향에서 회복했습니다. “물가가 올라감에 따라 1G, 10G 제품은 말할 것도 없고 40GbE 광트랜시버 매출도 오르고 있다.” 기존 저금리 상품에 대한 수요는 2020년 말부터 감소하기 시작했다가 2021년 상반기에 다시 회복돼 예상치 못한 일이었다. 기존의 저가 제품에 대한 새로운 수요의 마지막 물결은 COVID-19로 인해 크게 지연된 기업 및 통신 네트워크 업그레이드에서 비롯될 가능성이 높습니다.

시장 성장을 이끄는 또 다른 중요한 요소는 200GbE 및 400G 광 모듈에 대한 수요가 매우 높다는 것입니다. 구글은 400년 전 3G 광모듈 배치를 시작했고, 아마존은 2020년, 메타(구 페이스북)는 200G 광모듈 배치를 2021년으로 연기해 시장에 큰 영향을 미쳤다. 또한 Google에 대한 2x400G 광학 모듈의 첫 판매도 2021년 시장 성장에 기여했습니다. 이러한 모멘텀은 2022년까지 계속될 것으로 예상되지만 LightCounting은 2023-2027년에 더 느린 성장을 예측합니다.

LightCounting은 예측 모델이 수많은 애플리케이션에서 이더넷 광 연결에 대한 대역폭 증가에 대한 가정을 기반으로 한다고 말합니다. 게다가 LightCounting은 상위 400개 클라우드 컴퓨팅 회사 각각의 광 모듈 소비량도 모델링했습니다. 예를 들어 LightCounting은 Amazon이 2020년과 2021년에 40G 연결로의 대규모 업그레이드를 통해 데이터 센터 네트워크의 대역폭을 거의 두 배로 늘릴 것으로 추정합니다. 장기적으로 대역폭 증가는 연간 XNUMX% 또는 XNUMX배마다 XNUMX배로 감소할 것으로 예상됩니다. 몇 년 정도.

동시에 LightCounting은 800G 및 1.6T 제품에 대한 기대도 높였다. LightCounting은 보수적인 예측이 수요와 경기 침체의 예상치 못한 둔화를 설명하는 데 도움이 되기 때문에 변동성이 있는 시장에 적합하다고 지적했습니다. 팬데믹이 광모듈 산업 전체에 좋은 것은 이례적이다. 이더넷 시장은 18년부터 2011년까지 큰 하락 없이 2021%의 CAGR을 달성했습니다. 이를 염두에 두고 14-2022년 CAGR 2027%는 매우 합리적인 가정입니다.

리서치 회사인 Cignal AI의 400년 2021분기 Transport Application Report에 따르면 Cisco(Acacia)와 Marvell이 생산 능력을 빠르게 확장하면서 4G ZR/ZR+ 모듈의 출하량이 2021년 400분기에 급증했습니다. 그러나 클라우드 서비스 제공업체의 수요는 여전히 공급을 초과하고 있으며 Ciena, NeoPhotonics 및 II-VI와 같은 공급업체의 생산량이 증가함에 따라 올해 증가할 것입니다. 시그날 AI는 마이크로소프트, 아마존, 구글과 같은 클라우드 사업자와 AT&T, 윈드스트림, COLT와 같은 기존 네트워크 사업자가 대규모 배포를 시작함에 따라 200년에 2022G ZR/ZR+ 모듈 출하량이 XNUMX% 증가할 것으로 예상합니다. .

Cignal AI의 수석 광학 분석가인 Scott Wikinson은 다음과 같이 말했습니다. 배송 400G ZR 모듈은 빠르게 성장하고 있으며 지금까지 출하량의 절반 이상이 XNUMX분기에 나왔습니다."

4년 2021분기 운송 애플리케이션 보고서의 추가 하이라이트:

• 플러그형 코히어런트 모듈이 공급업체 환경을 재편함에 따라 운영자가 직접 조달하는 코히어런트 포트의 수가 빠르게 증가하고 있습니다.
• Gen60C 플러그형 400G ZR 모듈의 선적은 여전히 ​​공급 제약이 있으며 현재까지 거의 모든 수요를 충족하는 공급업체는 단 두 곳뿐입니다.
• Ciena는 Infinera 및 ICE90 제품의 출하량이 빠르게 증가하고 있지만 최첨단 Gen800P 6G 코히어런트 포트의 최대 공급업체로 남아 있습니다.
• 북미 지역의 소형 모듈식 수익은 25년에 2021% 성장했으며 Ciena는 이 카테고리의 시장 리더입니다.
• HW만이 2021년에 Packet-OTN 매출 성장을 달성했습니다. Nokia는 OTN 제품 포트폴리오에 대한 지속적인 투자로 HW 사업을 수주할 수 있는 최적의 위치에 있는 유럽과 미국에서 선도적인 OTN 공급업체가 되었습니다.

Cignal AI의 최신 광학 구성 요소 보고서에 따르면 하이퍼스케일 데이터 센터에 대한 클라우드 서비스 제공자의 자본 지출은 데이터콤 광학 구성 요소 수익 성장을 27% 주도하고 4.7년 성장은 2021억 달러에 도달하여 통신, 소비 및 산업용 광학에 대한 구성 요소 수익 성장을 앞질렀습니다. 응용 프로그램.

대규모 클라우드 제공업체와 일부 기업 고객의 수요가 2021G에서 100GbE로 전환됨에 따라 이 비율의 모듈 출하량은 400년 기록적인 수준으로 두 배 증가했습니다. Cignal AI의 수석 광학 분석가인 Scott Wilkinson은 "400GbE로의 전환이 순조롭게 진행 중이며 플러그형 코히어런트 400Gbps 기술은 데이터 센터를 연결하는 광 네트워크 설계에 혁명을 일으키고 있습니다. "400Gbps의 속도는 2022년 데이터 센터 안팎에서 지출과 대역폭 증가를 주도할 것입니다."

400G 광 트랜시버 애플리케이션 시나리오

산업 표준 및 네트워크 요구 사항의 성숙도가 높아짐에 따라 400G 광 모듈은 광통신 산업의 발전을 주도했으며, 특히 다음 세 가지 애플리케이션 시나리오에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다: 데이터 센터, 대도시 지역 네트워크 및 장거리 고속 용량 전송 네트워크.

데이터 센터

400GB 데이터 센터용 네트워크 광 모듈 솔루션 (배경: 동서 트래픽 급증)

2021년까지 데이터 센터 동서 트래픽의 약 70%가 데이터 센터 내에서 유지될 것이며 데이터 센터 간 트래픽 및 남북 트래픽보다 성장률이 훨씬 높아 고속 광 모듈에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 예상됩니다.

북미 OTT 고객은 400년에 2020G 솔루션 배포를 시작할 계획입니다. 2019년 상반기부터 중국 OTT 고객도 여러 400G 광 모듈 공급업체를 포함하여 중국에서 첫 번째 400G 테스트를 시작했습니다.

메트로폴리탄 베어러 네트워크

MAN을 위한 400G 광 모듈 솔루션 (배경: 5G 시대에 새로운 서비스가 트래픽 성장을 주도)

5G의 급속한 발전과 함께 초고화질 비디오, 사물 인터넷, VR/AR, 차량 인터넷을 포함한 새로운 서비스는 베어러 네트워크에 대한 새로운 요구 사항을 제시했습니다. 대기 시간 및 높은 안정성.

메트로 네트워크의 기존 100GE 포트는 초광대역이 필요한 통합 및 코어 레이어를 지원할 수 없으며 400GE 광 상호 연결 솔루션에 대한 수요가 발생했습니다.

5G 베어러 네트워크를 예로 들어 보겠습니다. NGMN(Next Generation Mobile Network) 컨소시엄의 대역폭 평가에 따르면, 메트로 네트워크의 대규모 50G 상용화 과정에서 액세스 계층 대역폭은 200GE로, 코어 계층 대역폭은 400GE/5GE로 증가할 것입니다.

장거리 고용량 전송 네트워크

DWDM 네트워크용 400G 광 모듈 솔루션 (배경: 트래픽 증가로 장거리 전송에 대한 대역폭 압력 증가)

네트워크 트래픽 증가는 전송 네트워크의 포트 대역폭 증가로 이어집니다. 장거리 및 고대역폭 전송을 위해 WDM(Wavelength Division Multiplexer) 기반 코히어런트 전송 기술은 최상의 솔루션을 제공합니다.

400G 코히어런트 솔루션이 성숙해짐에 따라 400G 코히어런트 포트에 대한 수요는 2020년 이후 급속도로 증가할 것입니다.

네트워크 대역폭의 증가와 클라이언트 400GE 포트 수의 증가라는 두 가지 동인이 400G 코히어런트 포트의 성장을 주도하고 있습니다.

LightCounting의 예측 보고서에 따르면 400G 코히어런트 포트는 점점 더 많은 네트워크에서 사용될 것이며 향후 XNUMX년 동안 가장 빠른 성장을 보일 것입니다.

400G QSFP-DD DR4 광 모듈은 표준 MPO-12 커넥터를 사용하여 단일 모드 광섬유를 통해 최대 500m를 전송합니다. 100G DR 광 모듈에도 연결할 수 있습니다. 1310nm EML 송신기 유형과 PAM4 펄스 진폭 변조 모드를 채택합니다.

400G QSFP-DD DR4 실리콘 포토닉스 광 트랜시버의 장점

400G QSFP-DD DR4 광 모듈에는 전통적인 전기-광 칩 분리 광 모듈과 최근 몇 년 동안 등장한 전기-광 칩 통합 실리콘 포토닉스 광 모듈의 두 가지 유형이 있습니다.

400G DR4 실리콘 포토닉스 광 모듈은 일반적으로 7nm DSP 칩을 채택하고 전력 소비는 10W 미만으로 데이터 센터의 친환경 애플리케이션 요구 사항을 충족합니다. 4채널 100G EML 솔루션을 사용하는 기존 광 모듈과 비교하여 400G DR4 실리콘 포토닉스 광 모듈은 단일 또는 이중 광원만 필요하므로 레이저 수를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

한편, 400G QSFP-DD DR4 실리콘 포토닉스 광 모듈은 COB 패키징 공정을 채택하여 광섬유와 실리콘 광 칩 사이의 수동 결합을 허용하고 최적화된 설계로 TEC 온도 제어 구성 요소를 제거하여 대량 생산을 보다 쉽게 ​​달성할 수 있도록 합니다. 비용 이점.

관련 데이터에 따르면 400G QSFP-DD DR4 실리콘 포토닉스 광 모듈은 기존 광 트랜시버에 비해 비용을 10%~30% 절약할 수 있습니다. 광통신 시장의 저명한 연구기관인 라이트카운팅(LightCounting)은 디지털 통신용 고속 광모듈 시장이 6.5년 2024억 달러에 달할 것으로 예상되며, 실리콘 포토닉스 광모듈이 대규모로 상용화될 것이며, 시장 점유율은 60%를 차지할 것입니다.

고속 광학 장치의 경우 실리콘 포토닉스 광학 칩은 비용과 전력 소비를 효과적으로 제어한다는 전제하에 초대형 데이터 교환을 실현할 수 있는 포토닉 및 전자 칩의 단일 칩 통합을 실현하는 가장 좋은 방법입니다.

실리콘 광 칩 기술의 점진적인 성숙에 따라 400G DR4 실리콘 광 모듈의 시장 점유율은 계속해서 증가하고 대체할 수 없는 특성을 보여줄 것입니다.

4Q21 광학 부품 보고서의 기타 주요 사항:

• 2021년 QSFP-DD 데이터 통신 모듈의 출하량은 8만 개였으며 대부분은 DR4 형식이었습니다.
• 2021년에는 60,000개 이상의 400Gbps 플러그형 코히어런트 모듈이 출하되었으며 그 중 대부분은 QSFP-DD ZR;
• 2021년에는 200Gbps 코히어런트 CFP2 모듈의 출하량이 17% 증가한 200,000개 이상을 기록했습니다.

이미 알려진 바와 같이 Cisco는 마침내 Acacia를 4.5억에 인수했습니다. 

일반 광 모듈의 성장 속도는 둔화되고 있지만 코히어런트 광 모듈은 두 배입니다. 아카시아가 가장 잘하는 것은 바로 일관된 부분입니다.

Dell'Oro의 데이터에 따르면 400G ZR은 250,000년에 2026개에 도달할 것이며 800G ZR은 초기에 400G ZR보다 빠르게 생산되어 속도의 급속한 발전을 주도할 것입니다.

점차적으로 소형화된 코히런트 모듈은 DCI의 간결하고 개방된 요구 사항을 충족할 수 있습니다. ZR이든 ZR+이든 400G이든 800G이든 DCI 시장의 기회는 도전 과제보다 큽니다.

결론

400G 트랜시버 PAM4 변조 기술에 기반한 QSFP-DD(Quad Small Form-factor Pluggable-Double Density)는 데이터 센터의 400G 광 네트워크 상호 연결에 널리 보급되었습니다. 400G ZR, DR4, FR4, LR4 및 SR8 QSFP-DD 광학은 4G 이더넷 애플리케이션의 PAM400 기술을 예시합니다. FiberMall은 현재 광섬유 트랜시버, DAC 및 AOC 케이블, 광섬유 케이블, WDM 및 PLC 스플리터 및 기타 네트워킹 시리즈를 포함한 제품을 제공하는 전문 광통신 통합 공급업체입니다. 400G DR4/FR4/LR4/SR8/ZR 광 트랜시버는 FiberMall에서 사용할 수 있으며 언제든지 저희에게 연락하거나 저희 웹사이트를 방문하실 수 있습니다.