Введение в применение оптических модулей 800G OSFP и 800G QSFP-DD

Преимущества перехода на технологию 800G

Переход на технологию 800G позволяет центрам обработки данных и высокопроизводительным вычислительным средам удовлетворять постоянно растущий спрос на более высокую пропускную способность при меньших затратах и ​​сниженном энергопотреблении на гигабит. Основные преимущества включают:

• Удвоенная пропускная способность коммутации: по сравнению с системами 400G на порт, переход от конфигурации 32×400G портов к конфигурации 32×800G портов удваивает плотность полосы пропускания — с 12.8 T на единицу стойки (RU) до 25.6 T на единицу стойки.
• Бесшовное агрегирование каналов 400G: каждая система портов 800G может быть сконфигурирована как 2×400G. Каждое устройство 800G поддерживает два физически независимых канала 400G Ethernet (400GE) без необходимости разделения кабеля.
• Высокая плотность 400G и сверхвысокая плотность 100G: 32-портовая система 1RU 800G может вместить 64 порта 400GE или 256 портов 100GE в одном стоечном блоке. Устройства 800G разработаны для поддержки конфигураций 2×400GE и 8×100GE.
• Совместимость с существующим оборудованием: возможности подключения, предоставляемые системами 800G, совместимы с текущими устройствами 400G и 100G.

Доступные оптические модули и кабели 800G

Доступен полный выбор оптических модулей 800G, включая активные оптические кабели (AOC), медные кабели прямого подключения (DAC) и активные электрические кабели (AEC), все они представлены в форм-факторах OSFP и QSFP-DD. В прилагаемой таблице обобщены поддерживаемые варианты подключения 800G, а со временем будут введены дополнительные типы носителей.

На схеме ниже показано соединение между конфигурациями 800G и 2×400G, а также разбиение на 8 каналов по 100G:

Какие форм-факторы используют 800G и кабели?

800G и связанные с ним кабели используют те же форм-факторы, что и 400G, а именно OSFP и QSFP-DD. Поддерживаются оба форм-фактора, а платформа 800G доступна в двух вариантах: OSFP и QSFP-DD.

• OSFP: OSFP означает «Octal Small Form-factor Pluggable». Он описывается как «восьмиканальный» модуль, поскольку электрический интерфейс разъема OSFP состоит из восьми электрических каналов. При использовании для 800G каждый электрический канал модулируется со скоростью 100 Гбит/с, обеспечивая общую пропускную способность 800 Гбит/с.
• QSFP-DD: QSFP-DD означает «Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) – Double Density (DD)». Форм-фактор QSFP-DD аналогичен форм-фактору QSFP, с добавлением второго ряда электрических контактов, который увеличивает количество высокоскоростных электрических каналов с четырех (в QSFP) до восьми (в QSFP-DD). При применении к 800G каждый электрический канал модулируется со скоростью 100 Гбит/с, что обеспечивает общую пропускную способность 800 Гбит/с.

Можно ли вставить модуль OSFP в порт QSFP-DD или наоборот?

Нет. OSFP и QSFP-DD — это два физически различных форм-фактора. Для системы OSFP необходимо использовать устройства и кабели OSFP; для системы QSFP-DD требуются устройства и кабели QSFP-DD.

Может ли модуль OSFP на одном конце канала 800G взаимодействовать с модулем QSFP-DD на другом конце?

Да. OSFP и QSFP-DD просто описывают физические форм-факторы модулей. Если тип среды Ethernet одинаков, модули OSFP и QSFP-DD смогут взаимодействовать.

Можно ли вставить модули 400G OSFP/QSFP-DD в порты 800G OSFP/QSFP-DD?

Да. При подключении к коммутатору модуль 400G будет обнаружен и включен при условии совместимости физических форм-факторов (т. е. модули OSFP не могут быть вставлены в порты QSFP-DD и наоборот).

Можно ли вставить оптические модули 800G OSFP/QSFP-DD в порты 400G OSFP/QSFP-DD?

Это возможно только при определенных условиях:

Двухскоростная работа: модуль 800G должен быть способен работать на половинной скорости (каждый электрический канал должен работать на 50G PAM-4 вместо 100G PAM-4). Модули 800G-2XDR4/2PLR4 не поддерживают двухскоростную работу и не могут использоваться в портах 400G. Однако оптические модули 800G-2FR4/LR4 и кабели DAC могут работать на половинной скорости.

Требования к питанию и охлаждению: порт коммутатора 400G должен поддерживать более высокое энергопотребление модуля 800G. Поскольку модули 800G потребляют больше энергии, чем модули 400G, их следует использовать только в платформах 400G, которые могут адекватно обеспечивать питание и рассеивать тепло для модулей 800G. Это требование ограничит количество платформ 400G, способных принимать модули 800G, даже если сами модули работают с пониженной скоростью передачи данных. Подробную информацию о потреблении энергии см. в технических описаниях оптических модулей и кабелей, а также в технических описаниях платформ коммутаторов 400G для получения конкретной информации о системе.

Каковы преимущества и недостатки использования OSFP по сравнению с QSFP-DD?

QSFP-DD: Форм-фактор QSFP-DD основан на форм-факторе QSFP с добавлением дополнительного ряда электрических контактов. Такая конструкция обеспечивает строгую обратную совместимость с модулями QSFP 40G и 100G. Для рассеивания более высокой мощности модулей 400G QSFP-DD использует внешний радиатор, интегрированный как часть платформы коммутатора — другими словами, когда модуль QSFP-DD вставляется в порт QSFP-DD, платформа должна предоставлять радиатор, который контактирует с модулем QSFP-DD и прикладывает достаточное давление для обеспечения интерфейса с низким тепловым сопротивлением.

OSFP: Форм-фактор OSFP был разработан с нуля для достижения оптимальной производительности в приложениях 400G и 800G. Ключевым отличием OSFP является то, что его радиатор встроен в корпус модуля. Такая конструкция обеспечивает наилучший тепловой контакт между компонентами рассеивания мощности и радиатором, тем самым обеспечивая превосходную теплоотдачу. Кроме того, площадь поверхности модуля OSFP примерно на 50% больше, чем у модуля QSFP-DD, что повышает способность модуля рассеивать тепло. В той же системе модули OSFP работают при температурах на 5–15 °C ниже, чем модули QSFP-DD. Это позволяет поддерживать более высокую плотность устройств, а работа при более низких температурах может привести к повышению надежности.

Что означают суффиксы «400G-XDR4 / PLR4, 400G-FR4 / LR4, 800G-2XDR4 / 2PLR4, 400G-VSR4 / 800G-2VSR4 и 800G-2FR4 / 2LR4»?

Буквы обозначают дальность передачи данных, а цифры — количество оптических каналов.

400G-XDR4 и 400G-PLR4:

XDR означает «Extended Distance DR», а PLR означает «Parallel Long Reach».

Устройства XDR4/PLR4 используют одномодовое волокно, покрывающее расстояния 2 км и 10 км соответственно. «4» указывает на наличие 4 оптических каналов.

Каждый из 4 оптических каналов передает данные по независимому волокну, требуя в общей сложности 4 пары волокон (4 волокна для передачи и 4 волокна для приема).

Каждый канал работает на скорости 100 Гбит/с, обеспечивая общую пропускную способность 400 Гбит/с.

Интерфейс 400G-XDR4/PLR4 подключается к этим 4 парам волокон через разъем MPO-12.

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

Они относятся к интерфейсам 2× «400G-XDR4» или 2× «400G-PLR4», как описано выше.

Модули 800G-2XDR4/2PLR4 оснащены 2 разъемами MPO-12, что позволяет каждому оптическому модулю 800G устанавливать 2 физически независимых соединения 400G-XDR4/PLR4 без разделения кабеля.

(На прилагаемой схеме показаны двойные разъемы MPO-12, используемые в модуле OSFP-800G-XDR4.)

400G-FR4 / LR4:

FR и LR обозначают дальность передачи 2 км и 10 км соответственно с использованием одномодового волокна, а «4» означает использование 4 оптических каналов.

Все 4 оптических канала модуля 400G-FR4/LR4 мультиплексируются в одно волокно в каждом направлении (одно волокно для передачи и одно волокно для приема).

Каждый канал работает на скорости 100 Гбит/с, что позволяет интерфейсу 400G-FR4/LR4 обеспечивать скорость 400G по одной оптоволоконной паре.

В этих модулях используется дуплексный оптический разъем LC.

800G-2×FR4 / 800G-2×LR4:

Это обозначает 2 интерфейса «400G-FR4» или 2 интерфейса «400G-LR4», как описано выше.

Модули 800G-2FR4/2LR4 имеют 2 дуплексных разъема LC, поддерживающих 2 физически независимых канала 400G-FR4/LR4 от каждого оптического модуля 800G без необходимости разделения кабеля.

(На схеме ниже показаны двойные дуплексные разъемы LC, используемые в модуле 800G-OSFP-2× FR4.)

400G-VSR4:

VSR обозначает расстояние передачи данных 50 метров по многомодовому оптоволокну, где «4» указывает на 4 оптических канала.

Каждый из 4 каналов передает данные по своему волокну, что требует в общей сложности 4 пары волокон.

Каждый канал работает на скорости 100 Гбит/с.

Существуют два определенных IEEE стандарта для 100 Гбит/с на длину волны по многомодовому волокну: 400GBASE-SR4 (для параллельного многомодового волокна OM4 на расстоянии более 100 м) и 400GBASE-VR4 (для параллельного многомодового волокна OM4 на расстоянии более 50 м).

Оптические модули 400G-VSR4 полностью соответствуют стандарту 400GBASE-VR4 и совместимы с модулями 400GBASE-SR4 и 400GBASE-VR4 на расстоянии до 50 м.

800G-2X VSR4:

Это относится к 2 интерфейсам «400G-VSR4», как описано выше.

Модули 800G-2VSR4 оснащены двумя разъемами MMF MPO-2 APC, что позволяет каждому оптическому модулю 12G устанавливать два физически независимых канала 800G-VSR2 без разделения кабеля.

Скорость и формат модуляции для модулей 800G OSFP/QSFP-DD по сравнению с модулями 400G OSFP/QSFP-DD

Все модули и кабели 800G используют 8 электрических каналов в каждом направлении (8 каналов передачи и 8 каналов приема), причем каждый канал работает со скоростью передачи данных 100G PAM-4, обеспечивая таким образом общую пропускную способность 800 Гбит/с на модуль.

Оптический выход всех модулей 800G состоит из 8 оптических длин волн, при этом каждый канал модулируется с частотой 100G PAM-4.

Напротив, все модули и кабели 400G используют 8 электрических каналов на направление (8 каналов передачи и 8 каналов приема), но каждый канал работает со скоростью 50G PAM-4, что обеспечивает общую пропускную способность 400 Гбит/с на модуль.

Некоторые оптические модули 400G (например, 400G-FR4 и 400G-DR4) используют редуктор 8:4 для преобразования электрических сигналов 8×50G PAM-4 от чипсета коммутатора в оптические сигналы 4×100G PAM-4.

Другие оптические модули 400G (например, 400G-SR8) не используют редуктор и выполняют прямое электрическое преобразование в оптическое для получения оптических интерфейсов 8×50G PAM-4.

Каковы дальность передачи, типы волокон, разъемы и оптическая модуляция для каждого типа оптического модуля 800G?

В таблице ниже приведены основные параметры оптических модулей 800G.

Обратите внимание, что все вышеперечисленные оптические модули используют восемь оптических каналов, каждый из которых модулируется на скорости 100G с использованием PAM-4.

Оптические модули 800G-2XDR4/2PLR4 используют в общей сложности восемь пар волокон (четыре пары на соединение 400G), каждое волокно передает оптическую волну 100G. Одномодовый волоконный (SMF) разъем MPO-12 APC, используемый в модулях 800G-2XDR4/PLR4, представляет собой тот же тип волокна и разъема, что и в модулях 400G-DR4/XDR4/PLR4 и 100G-PSM4/PLRL4. На схеме ниже показана архитектура пути данных модуля 800G-2XDR4/PLR4.

Оптические модули 800G-OSFP-2X VSR4/800G-QDD-2X VSR4 (а также OSFP-400G-VSR4/QDD-400G-VSR4) используют многомодовые волоконно-оптические (MMF) разъемы MPO-12 APC (8-градусный угловой физический контакт). Разъем APC MMF имеет угловой торец волокна, что помогает уменьшить обратное отражение. Это несовместимо с разъемами MPO-12 UPC (ультрафизический контакт), которые чаще используются в оптических каналах 100G-SR4 и 40G-SR4 MMF. На схеме ниже показана архитектура пути данных модуля 800G-2X VSR4.

Оптические модули 800G-2x FR4/2x LR4 используют две пары независимых волокон (одна пара волокон на соединение 400G-FR4/LR4) с четырьмя различными оптическими длинами волн, мультиплексированными на каждое волокно. На схеме ниже показана архитектура пути данных модуля 800G-2FR4/2LR4.

Какова максимальная потребляемая мощность 400G OSFP и QSFP?–Оптические модули DD?

Диапазон потребляемой мощности для клиентских оптических модулей 800G составляет от 16 Вт до 18 Вт на порт. Пожалуйста, обратитесь к техническим характеристикам оптических модулей для значений потребляемой мощности каждого модуля.

Wчто это значит, когда электрический канал - это PAM–4 или NRZ?

NRZ означает модуляцию «без возврата к нулю». Она описывает электрический или канал данных, который имеет только два разрешенных уровня амплитуды (или символа) — один уровень, представляющий цифровую «1», а другой — цифровой «0». Это основная схема модуляции, используемая для передачи данных со скоростью до 25 Гбит/с, и это самый простой метод передачи цифровых данных. На рисунке ниже показан пример формы волны NRZ, а также «глазковая диаграмма» для данных NRZ. Глазковая диаграмма — это просто способ просмотра схемы модуляции, где каждый символ перекрывается.

PAM-4 означает импульсную амплитудную модуляцию-4, где «4» относится к числу различных уровней амплитуды (или символов), которые несут цифровые данные. В этом случае каждый уровень амплитуды (или символ) представляет два бита цифровых данных, что позволяет волне PAM-4 передавать вдвое больше данных по сравнению с волной NRZ на той же скорости передачи символов (или «бод»). На рисунке ниже показан пример волны PAM-4, а также глазковая диаграмма для данных PAM-4.

Когда сигнал называется «25Gb/s NRZ» или «25G NRZ», это означает, что сигнал передает информацию с использованием модуляции NRZ со скоростью 25 Гбит/с. Аналогично, когда сигнал называется «50G PAM-4» или «100G PAM-4», это означает, что сигнал передает данные со скоростью 50 Гбит/с или 100 Гбит/с соответственно, используя модуляцию PAM-4.

Что означают термины 100G–2, 100G–4, 200G–4, 400G–8, 400G–4 и 800G–8 значит?

Эти термины описывают как пропускную способность канала Ethernet, так и количество каналов, используемых для достижения этой пропускной способности. Каждый порт передней панели коммутатора Ethernet включает один или несколько электрических каналов, которые используются для передачи и приема данных Ethernet. Для портов 10G SFP, 25G SFP или 50G SFP используется один электрический канал (в каждом направлении) и модулируется на скорости 10G, 25G или 50G соответственно. Для более высоких скоростей передачи данных требуется несколько каналов. Например, порт 100G QSFP использует четыре канала, каждый из которых работает на скорости 25 Гбит/с, поэтому его также называют интерфейсом «100G-4». Число перед «G» представляет пропускную способность канала Ethernet, а число после дефиса указывает количество каналов данных, необходимых для достижения этой пропускной способности.

В таблице ниже обобщены термины, используемые для описания распространенных скоростей Ethernet, количество каналов, необходимое для достижения этой пропускной способности, и некоторые приложения для этих типов интерфейсов.

Какие приложения Ethernet-соединения для передачи данных поддерживаются оптическими модулями 800G?

Каждый оптический модуль и волоконно-оптический кабель 800G может поддерживать несколько различных режимов работы, как показано в таблице ниже. Названия столбцов «Канал 1», «Канал 2», … «Канал 8» представляют восьмиканальный электрический интерфейс порта 800G OSFP или QSFP-DD. Значения в столбце «Линия» указывают конфигурацию скорости порта коммутатора 800G, а текст в скобках представляет соответствующий стандарт.

Какая команда CLI используется для настройки порта 800G для поддержки различных скоростей и логических интерфейсов? (Коммутатор Arista)

Для работы 8x 100G-1:

коммутатор(config)#интерфейс Ethernet1/1-8

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

«Но когда он работает в режиме 8×100G, он рассматривается как восемь независимых каналов оптических модулей 100G, которые инкапсулированы вместе только для экономии места. Следовательно, эти восемь каналов модулей 100G действительно независимы и не будут мешать друг другу или влиять друг на друга». На схеме ниже представлена ​​заметка по применению.

Для работы 2x 400G-4:

коммутатор(config)#интерфейс Ethernet1/1,1/5

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

Для работы 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

Для работы 2x 200G-4 (при этом порт 800G работает на половинной скорости):

коммутатор(config)#интерфейс Ethernet1/1,1/5

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

Что означает «APC» или PC/UPC в оптоволоконных разъемах? Какие оптоволоконные разъемы используют APC, а какие — UPC?

PC и UPC обозначают волоконно-оптические разъемы с «физическим контактом» или «ультрафизическим контактом». APC означает волоконно-оптические разъемы с «угловым физическим контактом»; в данном контексте это означает, что торец волокна отполирован под углом 8 градусов. Эти термины описывают геометрию торца волокна. В волоконно-оптических разъемах PC/UPC торец волокна «плоский». В разъемах APC торец волокна отполирован под углом для уменьшения обратного отражения.

Примечание: Оптические модули 800G используют интерфейсы MPO независимо от того, применяются ли они в одномодовых или многомодовых приложениях. Для снижения затрат на MPI повсеместно используются интерфейсы APC.