Introdução à aplicação para módulos ópticos 800G OSFP e 800G QSFP-DD

Benefícios da migração para a tecnologia 800G

A migração para a tecnologia 800G permite que data centers e ambientes de computação de alto desempenho atendam à crescente demanda por maior largura de banda a um custo menor e com menor consumo de energia por gigabit. As principais vantagens incluem:

• Largura de banda de comutação dobrada: em comparação com sistemas de 400 G por porta, a transição de uma configuração de porta 32×400 G para uma configuração de porta 32×800 G dobra a densidade de largura de banda — de 12.8 T por unidade de rack (RU) para 25.6 T por RU.
• Agregação Contínua de Links 400G: Cada sistema de portas 800G pode ser configurado como 2×400G. Cada dispositivo 800G suporta dois links Ethernet 400G (400GE) fisicamente independentes sem a necessidade de divisão de cabos.
• Alta Densidade 400G e Ultra-Alta Densidade 100G: Um sistema 32G de 1RU e 800 portas pode acomodar 64 portas 400GE ou 256 portas 100GE em uma única unidade de rack. Os dispositivos 800G são projetados para suportar configurações de 2×400GE e 8×100GE.
• Interoperabilidade com equipamentos existentes: a conectividade fornecida pelos sistemas 800G é compatível com os atuais dispositivos 400G e 100G.

Módulos e cabos ópticos 800G disponíveis

Uma seleção abrangente de módulos ópticos 800G está disponível, incluindo cabos ópticos ativos (AOC), cabos de cobre de conexão direta (DAC) e cabos elétricos ativos (AEC), todos disponíveis nos formatos OSFP e QSFP-DD. A tabela a seguir resume as opções de conectividade 800G suportadas, e tipos de mídia adicionais serão introduzidos ao longo do tempo.

O diagrama abaixo ilustra a conectividade entre as configurações 800G e 2×400G, bem como a decomposição em links 8×100G:

Quais formatos o 800G e os cabos usam?

O 800G e seus cabos associados utilizam os mesmos formatos do 400G, ou seja, OSFP e QSFP-DD. Ambos os formatos são suportados, e a plataforma 800G está disponível em duas variantes: OSFP e QSFP-DD.

• OSFP: OSFP significa “Octal Small Form-factor Pluggable” (conectável de fator de forma pequeno octal). É descrito como um módulo de “oito canais” porque a interface elétrica do conector OSFP é composta por oito canais elétricos. Quando usado para 800G, cada canal elétrico é modulado a 100 Gb/s, proporcionando uma largura de banda total de 800 Gb/s.
• QSFP-DD: QSFP-DD significa "Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) – Double Density (DD)". O formato do QSFP-DD é semelhante ao do QSFP, com a adição de uma segunda fileira de contatos elétricos que aumenta o número de canais elétricos de alta velocidade de quatro (no QSFP) para oito (no QSFP-DD). Quando aplicado a 800G, cada canal elétrico é modulado a 100 Gb/s, o que resulta em uma largura de banda total de 800 Gb/s.

Um módulo OSFP pode ser inserido em uma porta QSFP-DD ou vice-versa?

Não. OSFP e QSFP-DD são dois formatos fisicamente distintos. Para um sistema OSFP, dispositivos e cabos OSFP devem ser usados; para um sistema QSFP-DD, dispositivos e cabos QSFP-DD são necessários.

Um módulo OSFP em uma extremidade de um link 800G pode interoperar com um módulo QSFP-DD na outra extremidade?

Sim. OSFP e QSFP-DD descrevem apenas os formatos físicos dos módulos. Se o tipo de mídia Ethernet for o mesmo, os módulos OSFP e QSFP-DD poderão interoperar.

Módulos OSFP/QSFP-DD 400G podem ser inseridos em portas OSFP/QSFP-DD 800G?

Sim. Quando conectado a um switch, o módulo 400G será detectado e habilitado, desde que os formatos físicos sejam compatíveis (ou seja, módulos OSFP não podem ser inseridos em portas QSFP-DD e vice-versa).

Módulos ópticos 800G OSFP/QSFP-DD podem ser inseridos em portas 400G OSFP/QSFP-DD?

Isto só é possível sob certas condições:

Operação de Velocidade Dupla: O módulo 800G deve ser capaz de operar à metade da velocidade (com cada canal elétrico funcionando a 50G PAM-4 em vez de 100G PAM-4). Os módulos 800G-2XDR4/2PLR4 não suportam operação de velocidade dupla e não podem ser usados ​​em portas 400G. No entanto, os módulos ópticos 800G-2FR4/LR4 e os cabos DAC podem operar à metade da velocidade.

Requisitos de Energia e Refrigeração: A porta do switch 400G deve ser capaz de suportar o maior consumo de energia do módulo 800G. Como os módulos 800G consomem mais energia do que os módulos 400G, eles devem ser usados ​​apenas em plataformas 400G que possam fornecer energia e dissipar calor adequadamente para os módulos 800G. Este requisito restringirá o número de plataformas 400G capazes de aceitar módulos 800G, mesmo que os próprios módulos estejam operando a uma taxa de dados reduzida. Consulte as folhas de dados dos módulos ópticos e cabos para obter detalhes sobre o consumo de energia, bem como as folhas de dados das plataformas de switch 400G para obter informações específicas do sistema.

Quais são as vantagens e desvantagens de usar OSFP versus QSFP-DD?

QSFP-DD: O formato QSFP-DD é baseado no formato QSFP, com a adição de uma fileira extra de pinos elétricos. Este design garante compatibilidade retroativa estrita com módulos QSFP de 40G e 100G. Para dissipar a maior potência dos módulos de 400G, o QSFP-DD depende de um dissipador de calor externo integrado à plataforma do switch. Em outras palavras, quando um módulo QSFP-DD é inserido em uma porta QSFP-DD, a plataforma deve fornecer um dissipador de calor que entre em contato com o módulo QSFP-DD e aplique pressão suficiente para garantir uma interface de baixa resistência térmica.

OSFP: O formato OSFP foi projetado desde o início para atingir o desempenho ideal em aplicações de 400G e 800G. Um diferencial fundamental do OSFP é que seu dissipador de calor é integrado ao próprio gabinete do módulo. Esse design garante o melhor contato térmico entre os componentes de dissipação de energia e o dissipador de calor, proporcionando, assim, desempenho térmico superior. Além disso, a área de superfície de um módulo OSFP é aproximadamente 50% maior do que a de um módulo QSFP-DD, o que aumenta a capacidade do módulo de dissipar calor. No mesmo sistema, os módulos OSFP operam em temperaturas de 5°C a 15°C mais baixas do que os módulos QSFP-DD. Isso permite o suporte de uma maior densidade de dispositivos, e operar em temperaturas mais baixas pode levar a uma maior confiabilidade.

O que os sufixos “400G-XDR4 / PLR4, 400G-FR4 / LR4, 800G-2XDR4 / 2PLR4, 400G-VSR4 / 800G-2VSR4 e 800G-2FR4 / 2LR4” representam?

As letras indicam as especificações de distância de transmissão, enquanto os números indicam o número de canais ópticos.

400G-XDR4 e 400G-PLR4:

XDR significa “Extended Distance DR” e PLR ​​significa “Parallel Long Reach”.

Os dispositivos XDR4/PLR4 utilizam fibra monomodo, cobrindo distâncias de 2 km e 10 km, respectivamente. O "4" indica que existem 4 canais ópticos.

Cada um dos 4 canais ópticos transmite em uma fibra independente, exigindo um total de 4 pares de fibras (4 fibras para transmissão e 4 fibras para recepção).

Cada canal opera a 100 Gb/s, resultando em uma largura de banda total de 400 G.

A interface 400G-XDR4/PLR4 se conecta a esses 4 pares de fibras por meio de um conector MPO-12.

800G-2XDR4 and 800G-2PLR4:

Elas se referem às interfaces 2× “400G-XDR4” ou 2× “400G-PLR4”, conforme descrito acima.

Os módulos 800G-2XDR4/2PLR4 são equipados com 2 conectores MPO-12, permitindo que cada módulo óptico 800G estabeleça 2 links 400G-XDR4/PLR4 fisicamente independentes sem qualquer divisão de cabo.

(O diagrama anexo mostra os conectores MPO-12 duplos usados ​​em um módulo OSFP-800G-XDR4.)

400G-FR4 / LR4:

FR e LR indicam distâncias de transmissão de 2 km e 10 km, respectivamente, usando fibra monomodo, e o “4” significa o uso de 4 canais ópticos.

Todos os 4 canais ópticos de um módulo 400G-FR4/LR4 são multiplexados em uma única fibra em cada direção (uma fibra para transmissão e uma fibra para recepção).

Cada canal opera a 100 Gb/s, permitindo que a interface 400G-FR4/LR4 forneça 400G em um único par de fibras.

Esses módulos usam um conector óptico LC duplex.

800G-2× FR4 / 800G-2× LR4:

Isso denota interfaces 2× “400G-FR4” ou 2× “400G-LR4”, conforme explicado acima.

Os módulos 800G-2FR4/2LR4 têm 2 conectores LC duplex, suportando 2 links 400G-FR4/LR4 fisicamente independentes de cada módulo óptico 800G sem a necessidade de divisão de cabos.

(O diagrama abaixo ilustra os conectores LC duplex duplos usados ​​em um módulo 800G-OSFP-2× FR4.)

400G-VSR4:

VSR designa uma distância de transmissão de 50 metros sobre fibra multimodo, com o “4” indicando 4 canais ópticos.

Cada um dos 4 canais transmite em sua própria fibra, exigindo um total de 4 pares de fibras.

Cada canal opera a 100 Gb/s.

Existem dois padrões definidos pelo IEEE para 100G por comprimento de onda em fibra multimodo: 400GBASE-SR4 (para OM4 MMF paralelo em 100 m) e 400GBASE-VR4 (para OM4 MMF paralelo em 50 m).

Os módulos ópticos 400G-VSR4 estão em total conformidade com o padrão 400GBASE-VR4 e são interoperáveis ​​com os módulos 400GBASE-SR4 e 400GBASE-VR4 em uma distância de 50 m.

800G-2X VSR4:

Isso se refere a 2 interfaces “400G-VSR4”, conforme descrito acima.

Os módulos 800G-2VSR4 são equipados com 2 conectores MPO-12 APC MMF, permitindo que cada módulo óptico 800G estabeleça 2 links 400G-VSR4 fisicamente independentes sem qualquer divisão de cabo.

Formato de velocidade e modulação para módulos OSFP/QSFP-DD de 800G em comparação com módulos OSFP/QSFP-DD de 400G

Todos os módulos e cabos 800G empregam 8 canais elétricos em cada direção (8 canais de transmissão e 8 canais de recepção), com cada canal operando a uma taxa de dados de 100G PAM-4, fornecendo assim uma largura de banda total de 800 Gb/s por módulo.

A saída óptica de todos os módulos 800G compreende 8 comprimentos de onda ópticos, com cada canal modulado em 100G PAM-4.

Em contraste, todos os módulos e cabos 400G usam 8 canais elétricos por direção (8 canais de transmissão e 8 canais de recepção), mas cada canal opera a uma taxa de 50G PAM-4, resultando em uma largura de banda total de 400 Gb/s por módulo.

Alguns módulos ópticos 400G (como 400G-FR4 e 400G-DR4) empregam uma caixa de engrenagens 8:4 para converter os sinais elétricos 8×50G PAM-4 do chipset do switch em sinais ópticos 4×100G PAM-4.

Outros módulos ópticos 400G (como o 400G-SR8) não usam uma caixa de engrenagens e realizam uma conversão elétrica para óptica direta para obter interfaces ópticas PAM-8 50×4G.

Quais são as distâncias de transmissão, tipos de fibra, conectores e modulação óptica para cada tipo de módulo óptico 800G?

A tabela abaixo resume os principais parâmetros dos módulos ópticos 800G.

Observe que todos os módulos ópticos acima usam oito canais ópticos, com cada canal modulado em 100G usando PAM-4.

Os módulos ópticos 800G-2XDR4/2PLR4 utilizam um total de oito pares de fibras (quatro pares por enlace de 400G), com cada fibra transmitindo uma onda óptica de 100G. O conector de fibra monomodo (SMF) MPO-12 APC usado nos módulos 800G-2XDR4/PLR4 é o mesmo tipo de fibra e conector usados ​​nos módulos 400G-DR4/XDR4/PLR4 e 100G-PSM4/PLRL4. O diagrama abaixo mostra a arquitetura do caminho de dados do módulo 800G-2XDR4/PLR4.

Os módulos ópticos 800G-OSFP-2X VSR4/800G-QDD-2X VSR4 (assim como OSFP-400G-VSR4/QDD-400G-VSR4) utilizam conectores de fibra multimodo (MMF) MPO-12 APC (contato físico em ângulo de 8 graus). O conector APC MMF possui uma extremidade de fibra angular que ajuda a reduzir a reflexão traseira. Isso não é compatível com os conectores MPO-12 UPC (contato ultrafísico), mais comumente usados ​​em links ópticos 100G-SR4 e 40G-SR4 MMF. O diagrama abaixo mostra a arquitetura do caminho de dados do módulo 800G-2X VSR4.

Os módulos ópticos 800G-2x FR4/2x LR4 utilizam dois pares de fibras independentes (um par de fibras por link 400G-FR4/LR4), com quatro comprimentos de onda ópticos diferentes multiplexados em cada fibra. O diagrama abaixo mostra a arquitetura do caminho de dados do módulo 800G-2FR4/2LR4.

Qual é o consumo máximo de energia de 400G OSFP e QSFP-Módulos ópticos DD?

A faixa de consumo de energia dos módulos ópticos cliente 800G varia entre 16 W e 18 W por porta. Consulte as folhas de dados dos módulos ópticos para obter os valores de consumo de energia de cada módulo.

WO que significa quando um canal elétrico é PAM-4 ou NRZ?

NRZ significa modulação "sem retorno a zero". Ela descreve um canal elétrico ou de dados que possui apenas dois níveis de amplitude (ou símbolos) permitidos — um nível representando o "1" digital e o outro representando o "0" digital. Este é o esquema de modulação principal usado para transmitir dados a até 25 Gb/s e é o método mais simples para transmissão de dados digitais. A figura abaixo mostra um exemplo de uma forma de onda NRZ, juntamente com um "diagrama de olho" para dados NRZ. O diagrama de olho é simplesmente uma maneira de visualizar o esquema de modulação, onde cada símbolo se sobrepõe.

PAM-4 significa modulação de amplitude de pulso-4, onde o "4" se refere ao número de diferentes níveis de amplitude (ou símbolos) que transportam dados digitais. Nesse caso, cada nível de amplitude (ou símbolo) representa dois bits de dados digitais, o que permite que a forma de onda PAM-4 transmita o dobro da quantidade de dados em comparação com uma forma de onda NRZ na mesma taxa de símbolos (ou "baud"). A figura abaixo mostra um exemplo de uma forma de onda PAM-4, juntamente com um diagrama de olho para dados PAM-4.

Quando um sinal é denominado "25Gb/s NRZ" ou "25G NRZ", significa que ele transmite informações usando modulação NRZ a uma taxa de 25 Gbit/s. Da mesma forma, quando um sinal é denominado "50G PAM-4" ou "100G PAM-4", indica que ele transmite dados a taxas de 50 Gbit/s ou 100 Gbit/s, respectivamente, usando modulação PAM-4.

O que significam os termos 100G-2, 100G-4, 200G-4, 400G-8, 400G-4 e 800G-8 significa?

Esses termos descrevem tanto a largura de banda de um link Ethernet quanto o número de canais usados ​​para atingir essa largura de banda. Cada porta do painel frontal em um switch Ethernet compreende um ou mais canais elétricos, que são usados ​​para transmitir e receber dados Ethernet. Para portas 10G SFP, 25G SFP ou 50G SFP, um único canal elétrico é usado (em cada direção) e modulado em 10G, 25G ou 50G, respectivamente. Para taxas de dados mais altas, vários canais são necessários. Por exemplo, uma porta 100G QSFP usa quatro canais, com cada canal operando a 25 Gb/s, razão pela qual também é chamada de interface "100G-4". O número antes do "G" representa a largura de banda do link Ethernet, enquanto o número após o hífen indica o número de canais de dados necessários para atingir essa largura de banda.

A tabela abaixo resume os termos usados ​​para descrever velocidades Ethernet comuns, o número de canais necessários para atingir essa largura de banda e algumas aplicações para esses tipos de interface.

Quais aplicações de caminho de dados de interconexão Ethernet são suportadas pelos módulos ópticos 800G?

Cada módulo óptico 800G e cabo de fibra óptica suporta diversos modos de operação, conforme resumido na tabela abaixo. Os rótulos das colunas "Canal 1", "Canal 2", ... "Canal 8" representam a interface elétrica de oito canais de uma porta OSFP ou QSFP-DD 800G. Os valores na coluna "Lane" indicam a configuração de velocidade da porta do switch 800G, enquanto o texto entre parênteses representa o padrão correspondente.

Qual é o comando CLI para configurar uma porta 800G para acomodar diferentes velocidades e interfaces lógicas? (Switch Arista)

Para operação 8x 100G-1:

switch(config)#interface Ethernet1/1-8

switch(config-if-Et1/1-8)#speed 100g-1

“Mas quando opera no modo 8×100G, é tratado como oito canais de módulo óptico de 100G independentes, que são encapsulados juntos apenas para economizar espaço. Consequentemente, esses oito canais de módulo de 100G são de fato independentes e não interferem nem afetam uns aos outros.” O diagrama abaixo apresenta a nota de aplicação.

Para operação 2x 400G-4:

switch(config)#interface Ethernet1/1,1/5

switch(config-if-Et1/1,1/5)#speed 400g-4

Para operação 4x 200G-2:

switch(config)#interface Ethernet1/1,1/3,1/5,1/7

switch(config-if-Et1/1,1/3,1/5,1/7)#speed 200g-2

Para operação 2x 200G-4 (com a porta 800G funcionando na metade da velocidade):

switch(config)#interface Ethernet1/1,1/5

switch(config-if-Et1/1,1/5)#speed 200g-4

Em conectores de fibra óptica, o que significa "APC" ou PC/UPC? Quais conectores de fibra usam APC e quais usam UPC?

PC e UPC referem-se a conectores de fibra de "contato físico" ou "contato ultrafísico". APC significa conectores de fibra de "contato físico angular"; neste contexto, significa que a extremidade da fibra é polida em um ângulo de 8 graus. Esses termos descrevem a geometria da extremidade da fibra. Nos conectores de fibra PC/UPC, a extremidade da fibra é "plana". Nos conectores APC, a extremidade da fibra é polida em um ângulo para reduzir a reflexão traseira.

Observação: Os módulos ópticos 800G utilizam interfaces MPO, independentemente de serem aplicados em aplicações monomodo ou multimodo. Para reduzir os custos de MPI, interfaces APC são utilizadas em todos os casos.