O guia definitivo para transceptores e cabos 400G QSFP-DD

Em um mundo onde dados rápidos são o nome do jogo, os transceptores e cabos 400G QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) estão entre as principais tecnologias de rede. Esses transceptores foram criados para atender às necessidades de aplicações que exigem muitos dados. Como tal, permitem transferências de dados mais rápidas, o que os torna indispensáveis ​​nos data centers modernos e nas redes de alto desempenho. Este manual pretende fornecer uma descrição completa da tecnologia 400G QSFP-DD, concentrando-se em sua estrutura, prós, contras e opções de cabos disponíveis. Ao ler este artigo até agora, os leitores deverão ter adquirido conhecimento suficiente sobre essas medidas sofisticadas que lhes permitiriam melhorar a eficiência e a produtividade de suas redes, além de saber quais componentes são mais adequados para cada contexto de aplicação.

O que é um conector 400G QSFP-DD?

Compreendendo os fundamentos do 400G QSFP-DD

Os conectores 400G QSFP-DD representam um passo crucial na história da tecnologia de transceptores, que possibilitam uma taxa de dados mais alta e ao mesmo tempo são compatíveis com interfaces anteriores. Comparado ao seu precursor, o transceptor QSFP28, este conector possui duas vezes mais densidade, permitindo assim 8 canais de conexão, cada um com capacidade de transmitir no máximo 50 Gbps. Ao fazer isso, isso permite que os transceptores 400G QSFP-DD alcancem larguras de banda totais equivalentes a 400 Gigabits por segundo. Esse design também vem com melhores recursos de gerenciamento térmico que podem ser muito úteis em aplicações de data center de alto desempenho. As pessoas que desejam maximizar sua infraestrutura de rede e garantir que tudo funcione bem em diferentes dispositivos e aplicações devem conhecer esses conectores.

Como funciona um conector 400G QSFP-DD?

O conector QSFP-DD 400G utiliza diversas vias para transmissão de dados por meio de paralelismo. PAM-4 (Modulação de Amplitude de Pulso com quatro níveis), entre outras técnicas avançadas de modulação, é usado para atingir 50 Gbps em cada uma das oito pistas encontradas em um transceptor QSFP-DD. A informação é distribuída por esses canais durante a transmissão para que os dados possam ser enviados e recebidos simultaneamente. A transferência de dados em paralelo melhora a velocidade e reduz o atraso ou a latência. Além disso, esta interconexão possui interfaces elétricas aprimoradas e um módulo óptico integrado que permite links ópticos de alta velocidade e garante um bom desempenho térmico. Com este projeto, podem ser aplicados sistemas de resfriamento ativos ou passivos, ambos necessários para manter temperaturas operacionais adequadas nos data centers.

Principais recursos dos conectores 400G QSFP-DD

1. Alta capacidade de largura de banda: os conectores 400G QSFP-DD podem suportar 400 gigabits por segundo. Eles utilizam oito vias diferentes, cada uma transportando 50 Gbps, aumentando assim a eficiência da transferência de dados de acordo com os requisitos atuais da rede.
2. Transmissão Paralela de Dados: A transmissão paralela de dados é possível usando técnicas avançadas de modulação como PAM-4, que podem aumentar significativamente o rendimento e diminuir a latência durante a transferência de informações.
3. Gerenciamento térmico aprimorado: Esses tipos de conectores possuem designs mais complexos para gerenciamento de calor, entre eles estão disponíveis opções de resfriamento ativo ou passivo; isso garante desempenho superior em condições de data center de alta densidade, onde a confiabilidade é mais importante.
4. Compatibilidade e flexibilidade: O conector QSFP-DD é compatível com versões anteriores, como QSFP+, permitindo versatilidade em diferentes infraestruturas de rede e, ao mesmo tempo, facilitando a integração.
5. Interfaces elétricas robustas: Torna-se possível conectar componentes ópticos perfeitamente em velocidades muito altas com aplicações exigentes que são mantidas no caminho certo por meio de interfaces elétricas robustas.

Como escolher o transceptor 400G QSFP-DD certo?

Fatores a serem considerados: taxa de dados e distância

Ao escolher o módulo transceptor 400G QSFP-DD adequado, é essencial considerar os requisitos de taxa de dados e distância aplicáveis ​​a esse caso de uso específico.

1. Requisitos para taxa de dados: A principal preocupação é garantir que o dispositivo suporte a velocidade de rede desejada. Esses módulos são projetados para fornecer no máximo 400 Gbps. No entanto, a largura de banda pode variar de acordo com diferentes aplicações; portanto, é necessário entender o que é necessário porque isso também afeta o desempenho. Por exemplo, sistemas para negociação de alta frequência ou processamento de dados em larga escala podem precisar de 400 gigabits por segundo, enquanto outros funcionarão bem com velocidades mais baixas.
2. Requisitos de distância: Também é essencial saber a que distância os dispositivos podem estar uns dos outros ao usar esses transceptores. Deve-se observar os intervalos operacionais efetivos oferecidos por vários tipos de fibra óptica suportados por módulos 400G QSFP-DD. A fibra multimodo pode cobrir até cem metros, enquanto as fibras monomodo estendem esse intervalo ainda mais, às vezes atingindo dez quilômetros ou mais de distância. Portanto, deve-se selecionar um módulo cuja cobertura corresponda à separação de seus nós para evitar muita perda de sinal, levando à integridade de dados ruim.

Ao considerar essas considerações, os planejadores de rede podem escolher módulos com base nas capacidades de sua infraestrutura, garantindo a melhor utilização e escalabilidade possíveis em nossas soluções de rede.

Comparando 400G QSFP-DD DR4, LR4 e SR8

Os vários tipos de transceptores 400G QSFP-DD são baseados em seu design e aplicação, sendo DR4, LR4 e SR8 alguns deles.

1. 400G QSFP-DD DR4: Este tipo foi projetado para aplicações de curto alcance que usam fibra multimodo (MMF) para atingir uma taxa de dados de 400 Gbps em distâncias de até 500 metros. Com quatro canais – cada um fornecendo uma taxa de dados de 100 Gbps – esta opção é ideal para interconexões de data centers de alta densidade, principalmente quando usada com soluções 400G QSFP-DD AOC.
2. 400G QSFP-DD LR4: O transceptor LR4 de longo alcance destina-se a distâncias mais longas. Ele pode transmitir dados por até 10 quilômetros usando fibra monomodo (SMF). Funciona bem onde são necessários elevados rendimentos em distâncias extensas, como ligações entre edifícios ou DCIs regionais. O LR4 transmite dados em quatro canais de 100 Gbps cada.
3. 400G QSFP-DD SR8: Este transceptor suporta aplicações de alta largura de banda em distâncias curtas com a ajuda de fibra multimodo. Atinge 400 Gbps em oito canais, aumentando assim a capacidade para caminhos de dados ópticos paralelos. O SR8 é útil em data centers com fibras densamente conectadas e consome menos energia.

A decisão entre transceptores DR4, LR4 ou SR8 dependerá principalmente dos requisitos de distância, necessidades de largura de banda e infraestrutura de fibra disponível, entre outros fatores, que permitem aos engenheiros de rede otimizar as estratégias de conectividade conforme necessário.

Compatibilidade com módulos QSFP e OSFP existentes

Em relação ao formato e à interface elétrica, os módulos 400G QSFP-DD são geralmente compatíveis com outros módulos QSFP e OSFP. Simplificando, o módulo QSFP-DD é compatível com interfaces QSFP 40G/100G por design, para que possa ser usado sem problemas em redes existentes sem atualizações de hardware. Esse recurso permite que as operadoras de rede maximizem os investimentos em infraestrutura enquanto avançam para aplicações com maior largura de banda.

Também é essencial abordar a compatibilidade com módulos OSFP. O padrão OSFP foi criado para 400G e tinha especificações elétricas semelhantes às do QSFP-DD, garantindo a interoperabilidade entre esses dois formatos onde eles podem coexistir dentro de um ambiente. No entanto, a integração física irá variar dependendo dos designs dos conectores, mas deve-se tomar cuidado, pois a conexão direta de um QSFP-DD a uma porta OSFP não é suportada.

Ambos os tipos de transceptores possuem suporte de compatibilidade retroativa com versões anteriores, permitindo que as empresas expandam a capacidade de sua rede sem fazer revisões completas, visto que seguem padrões de conexão especificados. Essa capacidade de trabalhar em conjunto é necessária para um fluxo suave de informações durante as atualizações e, ao mesmo tempo, otimizar o desempenho nas redes.

Quais são as aplicações do 400G QSFP-DD em data centers?

Papel em data centers de alta densidade

O uso de módulos 400G QSFP-DD é essencial em data centers de alta densidade atendidos pela crescente demanda por largura de banda e pelo aumento da complexidade da rede. Esses módulos permitem uma transmissão de dados mais rápida, reduzindo significativamente a latência e melhorando a eficiência geral da rede. Sendo de tamanho pequeno, eles são projetados com mais portas que podem ser usadas por unidade de rack, permitindo assim que qualquer fornecedor faça bom uso de seu espaço e, ao mesmo tempo, fornecendo a capacidade de expansão necessária para acomodar o crescimento futuro da organização.

Além disso, esses módulos QSFP-DD 400G suportam diversas aplicações, como computação em nuvem, análise de big data e implantações de inteligência artificial, onde grandes quantidades de informações precisam ser movidas rapidamente. Com este tipo de tecnologia implementada nesses centros, as cargas de tráfego podem ser geridas de forma eficaz, ao mesmo tempo que consomem energia de forma otimizada, tornando-se assim parte integrante dos ambientes contemporâneos de computação de alto desempenho. Além disso, a sua compatibilidade com as infra-estruturas existentes permite caminhos de actualização económicos, para que as empresas não tenham de investir pesadamente em novo hardware quando se trata de melhorar as capacidades dos seus centros de dados.

Benefícios da redução de custos operacionais

A adoção de módulos 400G QSFP-DD em data centers traz muitos benefícios. Esses módulos podem reduzir significativamente os custos operacionais. Isso porque minimizam o consumo de energia por bit transmitido, essencial no gerenciamento das contas de energia quando se trata de operações em grande escala. As empresas podem obter economias consideráveis ​​ao longo do tempo se usarem a tecnologia 400G OSFP e, ao mesmo tempo, minimizarem o uso de energia sem comprometer o desempenho.

Além disso, o QSFP-DD aumenta a densidade das portas, permitindo a consolidação de equipamentos de rede nos data centers, reduzindo assim os requisitos de espaço físico. Além disso, menos dispositivos significam menos calor e menores custos de refrigeração.

Além disso, esta tecnologia possui recursos de escalabilidade onde as organizações podem implementar atualizações incrementais em vez de substituições em grande escala, economizando em despesas de capital e tornando a evolução da infraestrutura de rede mais gerenciável para elas. Em outras palavras, tal ambiente acelera o tráfego e ao mesmo tempo simplifica as atividades, permitindo assim a melhoria da eficiência e modelos de sustentabilidade financeira em estruturas de operação baseadas na utilização do módulo 400G QSFP-DD em diferentes pontos de uma Rede de Data Center (DCN).

Perguntas frequentes sobre transceptores 400G QSFP-DD

Qual é a diferença entre LR4, FR4 e DR4?

As principais diferenças entre os transceptores LR4, FR4 e DR4 são suas taxas de dados, alcance e aplicações.

1. Long Range 4 (LR4): São projetados para comunicação de longa distância. Eles podem transmitir em fibra monomodo por até 10 km em um comprimento de onda de 1310 nm. Eles têm velocidade de 100 Gbps, o que os torna adequados para uso em redes metropolitanas e outras aplicações que necessitam de maior cobertura, como aquelas que utilizam portas QSFP-DD.
2. Fiber Reach 4 (FR4): O FR4 também funciona a uma velocidade de 100 Gbps, mas é otimizado para distâncias mais curtas, geralmente em torno de 2 km. Este tipo usa multiplexação de comprimento de onda e é usado principalmente na interconexão data centers porque equilibra a eficiência de custos e acessibilidade.
3. Curto Alcance 4 (DR4): Por outro lado, o DR4 é feito especificamente para conexões de curto alcance que podem ir até cerca de 500m efetivamente. Ele opera em um comprimento de onda ideal de 850nm, sendo ideal para ambientes de alta densidade como centros de dados. Eles têm custos mais baixos por link, o que se adapta a altas velocidades em áreas confinadas.

Concluindo, todos os três tipos podem suportar taxas de dados pelo menos iguais ou superiores a cem bilhões de bits por segundo. Ao mesmo tempo, as suas diferenças residem em termos de até que ponto funcionam melhor e onde devem ser aplicados por diferentes organizações, dependendo das necessidades específicas da rede.

Os módulos 400G QSFP-DD podem ser usados ​​com portas 100G QSFP?

Módulos 400G QSFP-DD não podem ser usados ​​em portas 100G QSFP porque eles têm designs e interfaces diferentes. Embora ambos sejam projetados para transmissão de dados em alta velocidade, os requisitos elétricos e ópticos dos módulos 400G destinam-se a suportar larguras de banda mais altas, o que só pode ser alcançado utilizando taxas de dados de até 400 Gbps. Por outro lado, a taxa de transferência máxima que uma porta QSFP de 100G pode suportar é limitada a 100 Gbps.

No entanto, existem alguns transceptores reversíveis, como o módulo 100G QSFP28, que funciona em um ambiente 100G ou com uma versão reduzida de si mesmo em uma infraestrutura compatível com 400G. Embora a conexão direta desses dois tipos possa não funcionar, as organizações podem implantar transceptores de cem gigabits em um contexto de rede mais abrangente de quatrocentos gigabits para garantir que as portas sejam usadas de maneira ideal e melhorar a flexibilidade de atualização futura.

Quais são as principais especificações dos transceptores ópticos 400G?

Para atender à crescente necessidade de conectividade de alta largura de banda, são produzidos transceptores ópticos 400G. Estas são algumas de suas características mais importantes:

1. Taxa de dados: Nomeados, esses transceptores ópticos de 400G podem fornecer velocidades de até 400 Gbps que permitem a transmissão rápida de dados, o que é perfeito para grandes data centers e redes empresariais.
2. Fator de forma: QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) e OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable) são fatores de forma comuns usados ​​neste produto porque oferecem flexibilidade na aplicação e fácil integração em infraestruturas existentes.
3. Distância e Alcance: A distância entre dois pontos pode variar muito, por isso é bom saber que tais módulos transceptores possuem diferentes tipos – curto alcance (SR) para conexão intra-data center ou longo alcance (LR, ER), que permite transmitir ao longo de vários quilômetros.
4. Comprimentos de onda: Geralmente, a fibra multimodo precisa de cerca de 850 nm. Em contraste, as fibras monomodo requerem operação com comprimento de onda de 1310 nm ou 1550 nm. A otimização deve ser baseada no tipo de mídia usada durante a instalação, mas as pessoas geralmente seguem esta regra.
5. Padrões de interface: A conformidade com o padrão IEEE 802.3bs garante que o dispositivo de qualquer fabricante funcionará sem problemas com o sistema de outro fornecedor.

Em geral, essas especificações nos mostram que podemos alcançar uma taxa de dados de alta velocidade e, ao mesmo tempo, ser compatíveis com futuras soluções conectáveis ​​de dupla densidade, entre outros avanços, como aqueles relacionados à tecnologia de rede.

Quais são os diferentes tipos de conjuntos de cabos 400G QSFP-DD?

Compreendendo o cabo óptico ativo (AOC) e o cabo de conexão direta (DAC)

Cabos ópticos ativos (AOCs) e cabos de conexão direta (DACs) são dois dos tipos mais populares de conjuntos de cabos em aplicações 400G QSFP-DD e cada um possui recursos que atendem a diferentes necessidades de rede.

• Cabo Óptico Ativo (AOC): Os AOCs usam fibras ópticas integradas com componentes eletrônicos ativos para estender a distância de transmissão de dados – normalmente até 100 metros para fibra multimodo. Seu design leve e flexibilidade os tornam perfeitos em ambientes de alta densidade, como data centers. Além disso, os AOCs não são facilmente afetados por interferências eletromagnéticas, garantindo assim estabilidade no desempenho.
• Cabo de conexão direta (DAC): Ao contrário dos AOCs, os DACs são cabos de cobre terminados com conectores em ambas as extremidades, destinados a conexões de curta distância, normalmente dentro de 7 metros. Eles fornecem uma opção de baixo custo para transferência rápida de dados em velocidades mais altas onde a distância é limitada. Os DACs podem ser facilmente instalados e possuem alta confiabilidade; portanto, eles são frequentemente usados ​​entre servidores e switches ou entre switches dentro de racks.

A utilização de AOC ou DAC depende de vários fatores, como a distância necessária, limitação de peso, considerações de custo e condições ambientais do local de implantação.

Fibra Monomodo (SMF) vs Fibra Multimodo (MMF)

A fibra monomodo (SMF) e a fibra multimodo (MMF) têm níveis de desempenho diferentes porque são feitas para aplicações diferentes.

• Fibra de modo único (SMF): SMF tem um pequeno diâmetro de núcleo de cerca de 8-10 µm, permitindo que apenas um modo de luz se propague. Isso possibilita que os SMFs cubram distâncias maiores, que podem exceder 10 quilômetros, e ao mesmo tempo tenham larguras de banda maiores. Essas características tornam a fibra monomodo ideal para sistemas de telecomunicações de longa distância e redes de dados de alta capacidade, uma vez que possuem baixa atenuação e boa resistência contra a degradação do sinal.
• Fibra Multimodo (MMF): Em contraste, as fibras multimodo têm diâmetros de núcleo maiores, variando de 50 µm a 62.5 µm, o que permite múltiplos modos de propagação de luz dentro delas. Por isso fica mais fácil a transmissão de dados em curtas distâncias onde o OM3 suporta até 300 metros, e o OM4 vai até 400 metros, comum em data centers e redes locais (LANs). No entanto, os MMF são mais baratos quando utilizados para aplicações de curto alcance, mas sofrem de uma maior dispersão modal que pode afectar a integridade dos dados em ligações mais longas.

Em última análise, deve-se escolher SMF ou MMF dependendo das necessidades específicas da sua rede, tais como requisitos de distância, procura de largura de banda e tipo de aplicação envolvida, garantindo assim a máxima eficiência e rentabilidade.

Cabos breakout e seus usos em redes

Os cabos breakout são uma parte importante das redes modernas. Eles possibilitam conectar ambientes de alta densidade com dispositivos individuais. Esses cabos são comumente usados ​​em telecomunicações e data centers. Os cabos breakout consistem em um cabo multifibra que se ramifica em várias conexões menores, o que significa que muitos dispositivos podem ser conectados ao mesmo tempo. Esse tipo de cabeamento torna os layouts de rede mais eficientes, reduz o espaço físico necessário para conexões e simplifica o gerenciamento do cabeamento.

Um dos principais benefícios dos cabos breakout é que eles economizam espaço e aumentam as opções de conectividade. Por exemplo, apenas um 12 fibras cabo de fuga pode conectar até doze dispositivos diferentes. Isso reduz a desordem nos racks de servidores e também melhora o fluxo de ar entre eles. Além disso, esses tipos de cabos funcionam com conectores LC, SC ou MPO, portanto, há flexibilidade quando se trata de qual tipo de conector funcionará melhor para determinadas configurações de rede que precisam ser feitas. Em áreas onde é necessária muita largura de banda, como data centers, os cabos breakout ajudam a gerenciar essa demanda sem sacrificar a integridade do sinal, e é por isso que arquitetos e engenheiros de rede que desejam otimizar seu desempenho e escalabilidade devem usá-los o tempo todo.

Fontes de Referência

Televisão à cabo

Centro de dados

Fibra ótica

Perguntas Frequentes (FAQs)

P: O que é um transceptor 400G QSFP-DD?

R: Para suportar redes 400 Gigabit Ethernet (400G Ethernet), um transceptor 400G QSFP-DD é um módulo transceptor conectável e de alta velocidade. Ele está em conformidade com o QSFP-DD MSA (Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density Multi-Source Agreement) e é ideal para aplicações de comunicação de dados que precisam de alta densidade e largura de banda.

P: Quais são os diferentes tipos de transceptores 400G QSFP-DD disponíveis?

R: Alguns dos tipos mais comuns de transceptores 400G QSFP-DD incluem QSFP-DD SR8, QSFP-DD LR4 e QSFP-DD FR4. Cada tipo atende a diferentes aplicações em redes de comunicação óptica, pois foram projetados para requisitos de distância específicos.

P: Qual é o alcance do transceptor QSFP-DD LR4?

R: O alcance máximo suportado pelo transceptor QSFP-DD LR4 é de 10 km em fibra monomodo. Ele usa multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) para permitir a transmissão de sinais ópticos de longa distância.

P: Como o QSFP-DD SR8 difere do QSFP-DD FR4?

R: Para aplicações de curto alcance dentro de 100 m em fibra multimodo usando sinalização PAM4, você pode aproveitar o fato de que o primeiro foi projetado considerando este ambiente, enquanto quatro comprimentos de onda na grade CWDM são usados ​​pelo último para suportar distâncias intermediárias. até 2 km em fibra monomodo.

P: Qual é a finalidade do formato QSFP-DD?

R: Para acomodar taxas de dados mais altas e mais portas por placa de linha do que era possível apenas com designs anteriores, como aqueles encontrados em um backplane de switch ou placa-mãe de servidor, o design existente, conhecido simplesmente como “QSFP28”, foi aprimorado por meio de uma expansão chamada “QSFFP-DD.” Isso permite que transceptores 400G QSFP-DD sejam usados ​​em data centers e redes de computação de alto desempenho onde há uma necessidade crescente de largura de banda.

P: O que o Grupo MSA faz com os transceptores 400G QSFP-DD?

R: O Grupo MSA, ou Multi-Source Agreement Group, é responsável por definir as regras e padrões do formato QSFP-DD. Isto garante que os transceptores e sistemas de diferentes empresas possam trabalhar juntos sem problemas, o que é muito importante para a crescente comunidade FS.

P: Posso usar uma aplicação Ethernet 400G com um transceptor QSFP-DD?

R: Sim, aplicações Ethernet 400G são suportadas por transceptores QSFP-DD. Eles oferecem soluções escaláveis ​​de alta largura de banda para redes de comunicação de dados atuais, onde os dados podem ser enviados a velocidades de até 400 gigabits por segundo.

P: O que distingue os cabos de cobre passivos dos cabos ópticos ativos para 400G QSFP-DD?

R: Os cabos de cobre passivos não precisam de energia para enviar sinais em distâncias curtas, enquanto os cabos ópticos ativos (AOCs) usam tecnologia de fibra óptica para alcançar maiores distâncias de transmissão com menores perdas, às custas do consumo de energia elétrica necessária para converter sinais elétricos em sinais leves. e vice-versa em AOCs 400G QSFP-DD.

P: Quais conectores são usados ​​junto com transceptores 400G QSFP-DD?

R: Os conectores MPO-12 são comumente usados ​​com transceptores 400G QSFP-DD para aplicações de fibra multimodo, enquanto os conectores LC são empregados em aplicações de fibra monomodo para permitir a conexão entre cabos de fibra óptica e os módulos transceptores.

P: Como o gerenciamento de cabos melhora devido ao formato QSFP-DD?

R: A maior densidade de portas permite mais conexões no mesmo espaço físico, reduzindo a fiação desnecessária e tornando mais fácil e rápido o gerenciamento de cabos em data centers e ambientes de rede.