Desbloqueando o poder das redes ópticas de 400G: um mergulho profundo na tecnologia de ponta

Há uma necessidade crescente de conectividade de rede mais rápida no setor de telecomunicações com avanços rápidos lá. A implantação de redes ópticas 400G é um grande passo nessas direções. A evolução dessa tecnologia de ponta veio da aplicação de transmissão óptica coerente, que expande massivamente as capacidades de transferência de dados além de qualquer alcance conhecido anteriormente. Este artigo despoja essas redes de alguns equívocos, fornecendo uma visão geral técnica mais básica da tecnologia 400G, seu papel na infraestrutura de comunicação atual e o que ela pressagia para o futuro da tecnologia de comunicação de dados. Os leitores compreenderão como essas redes são projetadas, quais são os problemas comuns de sua implementação e como elas mudarão o mundo.

Quais vantagens as redes ópticas 400G oferecem?

Aumentando a capacidade da rede

À medida que o número de dispositivos no mundo continua a aumentar, a demanda por largura de banda também aumenta. É por isso que mais provedores de serviços estão adotando Redes Ópticas 400G: a implementação aumenta significativamente a capacidade da rede usando métodos sofisticados de modulação e aumentando as transmissões de taxa de transmissão. Essa nova tecnologia contribui para uma melhor aplicação da infraestrutura de fibra existente, o que se traduz em maior saída de dados sem a necessidade de mais cabos físicos. A tecnologia 400G pode ser implantada usando multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), que permite que vários canais sejam transmitidos por um único par de fibras, aumentando muito o volume de dados transmitidos de uma só vez. Dessa forma, os provedores de serviços conseguem satisfazer clientes com maiores requisitos de largura de banda para streaming de vídeo, serviços em nuvem e outros aplicativos dependentes de largura de banda.

Potencializando a eficiência da rede

Outro grande benefício das Redes 400G O é como elas são projetadas – minimizando os requisitos de energia e latência, o que aumenta a eficiência da rede. Além disso, construída usando componentes avançados e empregando técnicas de resfriamento aprimoradas, a tecnologia 400G minimiza o consumo de energia em implantações ópticas 400G, ajudando a reduzir os custos operacionais e o impacto ecológico. Além disso, essas redes utilizam equipamentos de rede de pequeno porte e técnicas avançadas de processamento de sinal, que aumentam o espaço e reduzem o atraso de propagação, permitindo uma velocidade de troca de dados mais rápida em meio a todas as mudanças. Isso daria ao provedor de serviços mais flexibilidade, dando a ele a capacidade de lidar com grandes quantidades de tráfego de dados sem comprometer a qualidade, permitindo uma transição suave para as novas tecnologias emergentes e integração de serviços.

Isso pode ajudar com conectividade aprimorada e melhores taxas de dados

As redes ópticas 400G utilizam conectividade e taxas de dados aprimoradas por meio de técnicas avançadas de modulação e expansão da capacidade do canal. Esquemas avançados de modulação como 16-QAM ou 64-QAM são usados ​​nessas redes para aprimorar a transmissão de bits por símbolo. À medida que a tecnologia se desenvolveu, a conectividade de rede também se desenvolveu, permitindo links de maior capacidade e movimentação consistente de dados, mesmo em grandes distâncias. Além disso, com protocolos de link adaptativos em vigor, as redes 400G são capazes de fazer ajustes no espectro disponível e aproveitar ao máximo as estruturas existentes e acelerar a transmissão de dados pela rede.

Como funciona o módulo óptico QSFP-DD 400G?

Uma introdução ao transceptor óptico 

Um transceptor óptico é um componente importante em redes 400G, pois converte sinais elétricos em sinais ópticos e vice-versa. Esses transceptores compreendem uma unidade emissora de sinal de luz, uma unidade receptora de sinal óptico e componentes eletrônicos para gerenciamento de dados. Por exemplo, o caso dos módulos QDD (Quad Double Density) é que eles são capazes de lidar com altas taxas de dados e, devido ao seu design, são otimizados para escalabilidade e desempenho em um datacenter. Para empacotar tecnologias que incluem materiais avançados e múltiplas faixas para transmitir dados em paralelo, o transceptor QDD com este pacote atinge uma taxa de transferência de dados muito alta, e a transmissão ocorre em uma rede eficaz e estável.

Características do QSFP-DD 400G

O formato QSFP-DD 400G tem muitas características que auxiliam em seu propósito e operação em redes rápidas. Primeiro, ele é compatível com 8x faixas de interfaces elétricas em fator de forma de densidade dupla, o que também aumenta a contagem de portas nos módulos 400G, mais ainda nos data centers. Segundo, não há necessidade de atualizar a infraestrutura existente, pois o módulo se encaixaria em redes prontamente usadas e permitiria a integração de transceptores ópticos 400G com facilidade, o que é uma vantagem. Ele também tem uma alta capacidade de quatrocentos Gbps, o que deve ser suficiente para lidar com alto volume de dados sem impedimentos. Também estão em vigor melhores sistemas de resfriamento e energia que estão associados às condições normais que devem auxiliar no desempenho e na confiabilidade com relação aos aspectos térmicos, especialmente com relação aos módulos 400G. Além disso, o método de correção de erros usado no módulo QSFP-DD é capaz de passar apenas alguns erros para as camadas superiores do aplicativo, o que significa que os erros durante a comunicação são quase insignificantes, tornando-o robusto e confiável.

Casos de uso hoje em data centers

O módulo óptico QSFP-DD 400G é uma parte igualmente importante dos data centers de hoje porque suporta o volume de transferência de dados, o que é essencial para armazenamento de dados em nuvem, inteligência artificial e aplicativos de computação de alto desempenho. Com ele, os data centers agora podem acomodar gerenciamento de dados de até 400 Gbps. Esse gerenciamento permite operações eficientes de data center com rendimento de dados muito alto e baixa latência, que são a espinha dorsal de qualquer operação eficaz de data center. Mais ainda, o fato de que o módulo QSFP-DD pode ser integrado à estrutura existente permite que as implantações sejam atualizadas sem interrupção adicional, bem como protege o sistema do futuro em termos de requisitos de dados, tornando-o um elemento-chave no avanço do design e conceito de data center atual.

Quais são os desafios das redes ópticas de 400G?

Gerenciamento de largura de banda

Como parte dos requisitos em constante expansão, a coerência de algumas das limitações do sistema com os requisitos de rede de montagem continua sendo o único desafio. É seguro dizer que com os aplicativos dos usuários se tornando mais complicados por natureza e sofisticados em estrutura, chega-se a um ponto em que conectar uma única unidade de tecnologia 400G começa a causar estragos no data center para não ficar em desordem, os recursos precisam ser utilizados apropriadamente, o que por sua vez sinaliza a necessidade de ser altamente inteligente. Essas estratégias inteligentes incluem alocação dinâmica, priorização de tráfego de certos usuários (pesos pesados/backbones) e balanceamento de carga inteligente em vários recursos. Além disso, os planos de expansão de infraestrutura visando suportar o crescimento futuro em excesso do tráfego já alto devem ser transformados em realidade em redes de fibra em constante expansão sem comprometer a qualidade dos serviços existentes. Levar em consideração esses problemas permite que as redes de data center forneçam os fluxos de dados estáveis ​​de alta velocidade necessários, adequados para os aplicativos mais robustos.

Lidando com os requisitos de infraestrutura de rede

Não há como negar o impacto das redes ópticas de 400G e, para aproveitar sua utilidade, é importante implementar estruturas de rede que sejam robustas e escaláveis ​​para atender às suas necessidades agora e no futuro. Há necessidade de investir em novas tecnologias, como fibras ópticas sofisticadas e switches de capacidade aprimorada. Além disso, a infraestrutura deve ser construída com o objetivo de assimilação em um ecossistema onde atualizações e adições não vêm com grandes mudanças. A automação e a implantação de SDN facilitam a rede e o gerenciamento eficientes, enquanto procedimentos de teste abrangentes e sistemas de monitoramento de desempenho garantem integridade e qualidade. Com essas áreas de foco, o objetivo de habilitar aplicativos modernos que são cada vez mais intensivos em dados é possível.

Lidando com problemas de comprimento de onda óptico

Para usar a tecnologia 400G em uma rede óptica, as limitações ópticas precisam ser contornadas, o que deve ser possível por meio da aplicação eficiente da tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), que permite o transporte de vários fluxos de dados por meio de uma única fibra. Algumas técnicas, como transmissão óptica coerente e formatos de modulação de nova geração, podem melhorar a eficiência espectral, fazendo melhor uso dos comprimentos de onda disponíveis. Além disso, esses transceptores ajustáveis ​​podem fornecer adaptabilidade para a rede, permitindo que os parâmetros definidos lidem com diferentes níveis de largura de banda que podem ser necessários. Além disso, métodos avançados de processamento óptico de sinais podem reduzir consideravelmente a interferência e a deterioração do sinal. No geral, essas técnicas abordam os problemas apresentados pela restrição de comprimentos de onda e melhoram o desempenho das redes ópticas que estão atualmente em uso e que provavelmente virão em um futuro previsto.

Por que a Ethernet 400G está criando um novo padrão em redes de alta velocidade? 

Atributos importantes da criptografia DNS Ethernet de 400 Gigabits 

A demanda por streaming de vídeo de alta definição, computação em nuvem e até mesmo uso regular da internet está aumentando a cada dia. Nesse sentido, 400 Gigabit Ethernet (400GbE) oferece um impulso muito necessário em termos de velocidade e eficiência de rede, pois está bem acima dos padrões anteriores de Ethernet. Um dos componentes mais importantes do sistema de rede 400GbE é a técnica de modulação avançada que garante que os sinais sejam mantidos adequadamente, mesmo durante transmissões de longa distância. Além disso, 400GbE usa menos energia, o que o torna ideal para centros de nuvem e outros aplicativos que exigem servidores densos sem superaquecimento. Ele também fornece melhor escalabilidade à medida que a rede se expande e, adicionalmente, permite que as pessoas adicionem à sua infraestrutura existente mais recursos. Todos esses atributos juntos são a razão pela qual apartamentos em sistemas 400GbE são essenciais para garantir que redes de alto nível sejam eficientes, atuais e relevantes em desenvolvimentos futuros.

Efeito sobre os operadores de rede

A implementação de 400GbE influencia muito as operadoras de rede porque permite que elas lidem com o aumento do tráfego de dados de forma mais eficaz e confiável do que nunca. Os recursos aumentados permitem o manuseio de dados volumétricos muito grandes, o que é necessário para aplicativos e serviços modernos. Essa tecnologia ajuda as operadoras a melhorar sua infraestrutura, diminuir a latência e aprimorar o desempenho da rede nos cenários de capacidade de 400G. Além disso, a crescente capacidade do 400GbE também facilita a implantação de novas redes, reduzindo a duração e o custo de grandes implantações de substituição. Em geral, o 400GbE permite que as operadoras de rede forneçam serviços da mais alta qualidade de forma otimizada, concorram em realidades de mercado em mudança e se sustentem no mundo orientado a dados com portas de 400G.

Qual o papel da tecnologia de transceptores em relação aos módulos 400G?

Compreendendo os módulos transceptores ópticos 400G

O Módulo Óptico é um dos muitos módulos disponíveis que permitem soluções 400G, pois são responsáveis ​​por transformar sinais de dados elétricos em sinais de luz que podem ser transportados por cabo de fibra óptica. Isso é importante para obter transferência de dados eficiente em uma distância maior em velocidades mais altas. Todos os módulos são necessários para atender aos complexos requisitos de desempenho das redes 400GigE. Seu design usa tecnologias de alta densidade e PAM4 (Pulse Amplitude Modulation). Esses aparelhos estão convergindo para maior compactação e versatilidade com capacidade e desempenho semelhantes aos da televisão; inúmeros conectores estrangeiros e outros tipos estão se desenvolvendo, incluindo aplicativos que só agora estão tomando forma. Entre eles estão QSFP-DD e OSFP que estão liderando o grupo neste domínio, mas em diferentes aspectos, como solicitação de energia, dispersão de calor e acomodação de porta. Os módulos ópticos acomodam as soluções 400G e permitem a transferência de grandes quantidades de dados em longas distâncias sem perda significativa da intensidade do sinal, permitindo a utilização de redes em operações comerciais que são intensivas em dados por natureza.

O papel do fator de forma no trabalho das redes 400G não deve passar despercebido. 

Quando se trata de integração de transceptor 400G, muitas pessoas apontam que o fator de forma influencia fundamentalmente o desempenho e a eficiência de toda a rede. Diferentes fatores de forma, como o QSFP-DD e o OSFP, são desenvolvidos para atender a necessidades específicas, como energia, calor e densidade de porta. O fator de forma, portanto, determina o número de portas que podem ser implantadas por unidade de espaço de rack, daí a escalabilidade e flexibilidade da rede. Além disso, as características estruturais de cada tipo de fator de forma do transceptor determinam os níveis de calor e consumo de energia, que são necessários para manter os níveis de desempenho em layouts compactos de data center. A seleção do fator de forma deve ser feita com cuidado para dar suporte às metas de negócios e ao crescimento futuro de uma empresa, pois a integração 400G será difícil se tais condições não forem respeitadas.

Integração na atual rede de transporte óptico

Adicionar transceptores 400G às redes de transporte óptico mais antigas deve ser feito cuidadosamente com relação à compatibilidade, interoperabilidade e topologia de rede. Esses transceptores fornecem uma opção de atualização gradual para o brown-field existente relacionado aos aplicativos 400G DWDM e, como tal, visam fazer a rede ativa funcionar melhor. No entanto, o fator importante aqui é o investimento no equipamento da camada física e a estrutura de todos os softwares e todos os módulos de gerenciamento do sistema para lidar com fluxos maiores. Além disso, formatos apropriados de correção de erros de encaminhamento e modulação são importantes para manter o desempenho do sinal em longas distâncias. Ao analisar essas questões, seria mais fácil para a empresa migrar para uma tecnologia 400G melhor sem interferir na arquitetura de suas redes e cortar sua vida útil.

Fontes de Referência

Comunicação por fibra óptica

Tecnologia

Data

Perguntas Frequentes (FAQs)

P: O que é o transceptor óptico 400G QSFP-DD e como ele funciona?

R: O Transceptor Óptico QSFP-DD 400G é um módulo óptico que transfere dados a velocidades muito altas de 400 Gigabits por segundo. Ele emprega a mais recente tecnologia óptica para enviar dados por redes de fibra óptica, geralmente usando muitos fios ópticos ou comprimentos de onda. Devido às novas inovações no QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density), há recursos de resfriamento e densidade aumentados que são mais avançados do que versões mais antigas de transceptores, especialmente para módulos 400G.

P: Quais são as principais vantagens das redes ópticas 400G?

R: A lista de vantagens das redes ópticas 400G começa com o vasto aumento na largura de banda de capacidade, redução na energia consumida, aumento de latência e oportunidades aprimoradas para mais demanda de dados que uma rede pode fornecer. Essas redes também suportarão redes 5G, IA e computação em nuvem no futuro. Além disso, o 400G oferece a vantagem de utilizar mais dados por meio dos cabos de fibra existentes, portanto, há menos necessidade de instalação cara de mais fibras.

P: Como a tecnologia 400G está abordando os problemas atuais nas redes?

R: A tecnologia 400G elimina uma série de problemas de rede em virtude de maiores velocidades de transmissão de dados e capacidade de dados. Um deles é o congestionamento em redes intra-data-center e metropolitanas. Além disso, ela suporta o alto crescimento da suficiência de aplicações de largura de banda dentro do uso de fibra existente. O 400G também ajuda a melhorar a integração de SDN e NFV, o que torna o gerenciamento de rede muito mais conveniente e flexível. 

P: Quais são as diferentes categorias de módulos disponíveis para 400G QSFP-DD?

R: Aplicações de curto alcance exigem módulos QSFP-DD de 400G, como o 400G DR4, o FR4 para alcances maiores e o LR4 para conexões longas. Outras variantes incluem 400G SR8 para fibra multimodo e 400G ZR para aplicações DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) de longa distância. Diferentes tipos são projetados especificamente para atender aos requisitos de distância padrão de diferentes tipos de arquiteturas, o que torna a implantação de 400G eficaz e mais flexível, especialmente para soluções DWDM de 400G.

P: Como você diria que o 400G QSFP-DD difere do seu equivalente 400G OSFP? 

R: O 400G QSFP-DD faz parte da faixa de compatibilidade retroativa devido ao seu design OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable). Da mesma forma, ambos são projetados para 400G devido à presença de transceptores ópticos 400G que requerem apenas o suporte de um único comprimento de onda óptico para suas operações. A principal diferença entre os dois é que, enquanto o OSFP oferece melhor gerenciamento térmico para cobrir futuras aplicações de alta velocidade, o fator de forma QSFP-DD, por outro lado, é mais fácil de expandir a cobertura de infraestrutura, pois é compatível com outras formas existentes de fatores. Embora ambos tenham semelhanças, a seleção de um depende das especificações da rede e da escalabilidade necessária do futuro. 

P: Quais são as principais barreiras para a implantação de redes ópticas de 400G? 

R: O 400G enfrentaria vários problemas ao ser implantado; alguns incluem a acessibilidade de atualização de sistemas desatualizados, compatibilidade técnica dentro de certos sistemas, perda térmica por consumo excessivo de energia e ter um sinal de qualidade mais robusto em velocidades mais altas. Além disso, focar no escopo do gerenciamento de arquitetura e observação no 400G também amplia a discussão, pois há uma necessidade constante de certas ferramentas de validação para fins de medição.

P: Como uma tecnologia de fotônica de silício permite a implantação de transceptores ópticos de 400G?

R: A tecnologia fotônica de silício é importante no desenvolvimento de transceptores ópticos de 400G, pois permite combinar óptica e eletrônica em um único circuito integrado. Essa decisão leva a transceptores compactos que são mais eficientes e menos caros. A fotônica de silício absorvente também permite suportar maior densidade de largura de banda e melhores relações sinal-ruído, que são vitais para atingir uma taxa de transferência de 400 Gigabits/segundos e mais com gerânios de fatores de forma pequenos como QSFP-DDs, mais ainda com o uso de comprimentos de onda de 400G.

P: O que podemos esperar da tecnologia 400G e além?

R: Há possibilidades de ampla adoção da tecnologia 400G em breve devido aos avanços da tecnologia T1, embora as modulações e melhorias na taxa de transferência de sinal devam ir até 800G, até mesmo 1.6T. Sinais de modulação como espectro espalhado de sequência direta e processamento de sinal digital também podem ser empregados. Trabalho também é feito para melhorar a eficiência energética e, finalmente, permitir maior taxa de transferência. O desenvolvimento futuro da comunicação óptica de 400 Gigabit/s provavelmente impactará as demandas futuras do sistema.