Комплексное сравнение модулей 400G QSFP112 SR4, OSFP SR4, QSFP-DD SR4 и QSFP-DD SR8

Введение

Быстрый рост вычислительных кластеров ИИ и гипермасштабных центров обработки данных привел к экспоненциальному росту требований к пропускной способности сети. Как критическое оборудование для внутренних соединений ЦОД, выбор оптических модулей 400G напрямую влияет на производительность сети, стоимость и масштабируемость. В сценариях многомодовой связи на короткие расстояния четыре основных модуля — QSFP112 SR4, OSFP SR4, QSFP-DD SR4 и QSFP-DD SR8 — создали конкурентную среду с явными преимуществами, вытекающими из их форматов упаковки и технологических путей. В этой статье представлен углубленный анализ их характеристик упаковки, технических спецификаций, различий в производительности и сценариев применения для поддержки оптимизированного принятия решений.

Упаковка и совместимость

Тип модуля	Формат упаковки	Совместимость	Физические характеристики
КСФП112 СР4	QSFP112	Разработан для 112G SerDes, поддерживает скорости 400G/200G/100G	Компактный, подходит для сетевых карт нового поколения
ОСФП SR4	OSFP	Несовместимость с устаревшими интерфейсами	Больший размер со встроенным радиатором
QSFP-DD SR4	QSFP-DD	Совместимо с QSFP+/QSFP28	Высокоплотная конструкция (36 портов/1U)
QSFP-DD SR8	QSFP-DD	Совместимо с QSFP+/QSFP28	Те же размеры, что и у SR4, с удвоенными каналами

Ключевые выводы:

• QSFP112 SR4: разработан для экосистемы 112G SerDes, совместим с сетевыми картами NVIDIA CX7/ConnectX-8 и поддерживает гибкое разделение скорости (например, 400G → 2×200G или 4×100G).
• OSFP SR4: имеет сложную конструкцию охлаждения (встроенный радиатор), в основном используется на стороне коммутатора, но не совместим с серией QSFP.
• Серия QSFP-DD: Эти модули используют формат двойной плотности (8 электрических каналов) с обратной совместимостью, что делает их основным выбором в центрах обработки данных. Хотя SR4 и SR8 имеют идентичные физические размеры, их конфигурации каналов значительно различаются.

Технические характеристики и варианты исполнения

Параметр	КСФП112 СР4	ОСФП SR4	QSFP-DD SR4	QSFP-DD SR8
Модуляция	4×100G PAM4	4×100G PAM4	4×100G PAM4	8×50G PAM4
Тип волокна/расстояние	ОМ4: 100м	ОМ4: 50м	ОМ4: 100м	ОМ4: 100м
Тип соединителя	БТР МПО-12	МПО-12	БТР МПО-12	МПО-16/МПО-24
Количество волокон	8 (4 Тх + 4 Рх)	8 (4 Тх + 4 Рх)	8 (4 Тх + 4 Рх)	16 (8 Тх + 8 Рх)
потребляемая мощность
Задержка	84нс (ниже без DSP)	90–100нс	85ns	102нс (с коробкой передач)
Цена	Умеренная	Высокий	Низкий	Самый низкий (на канал)

Ключевые выводы:

Ресурсы каналов и оптоволокна:

• SR8 использует 8-канальную модуляцию 50G PAM4, требующую 16-жильных волокон (разъем MPO-16). Подходит для межкоммутаторных соединений, но увеличивает сложность кабельной разводки.
• Серия SR4 использует 4-канальную модуляцию 100G PAM4, требующую только 8-жильных волокон (разъем MPO-12), что делает ее более подходящей для соединений сервер-коммутатор и совместимой с существующими кабельными системами OM3/OM4.

Задержка и зависимость от DSP:

• Задержка SR4, как правило, ниже, чем у SR8 (например, QSFP-DD SR4 при 85 нс против SR8 при 102 нс), поскольку SR8 использует микросхемы Gearbox для мультиплексирования сигналов.
• QSFP112 SR4 может дополнительно сократить задержку до менее 60 нс с помощью архитектуры LPO (линейного привода), идеально подходящей для сценариев обучения высокопроизводительных вычислений и искусственного интеллекта.

Эффективность затрат:

• Стоимость одного канала модулей QSFP-DD SR8 примерно на 54% ниже, чем у SR4 (за счет меньшего количества лазеров), что обеспечивает значительные экономические преимущества при межкоммутаторных соединениях.

Сценарии применения и рекомендации

КСФП112 СР4

Основные приложения: оптимизировано для сетевых карт SerDes 112G, таких как NVIDIA CX7 и ConnectX-8, с поддержкой разделения скорости 1:2 (400G → 2×200G) или 1:4 (400G → 4×100G).

Пример использования: связь кластера графических процессоров в архитектурах «листья-позвоночные», где коммутаторы OSFP 800G подключены к нескольким сетевым картам QSFP112 SR4 через оптоволоконные кабели MPO-12, что обеспечивает связь с высокой пропускной способностью и малой задержкой.

ОСФП SR4

Основные области применения: разработан для соединений на короткие расстояния внутри стоек (50 м OM4) и используется в нисходящих каналах коммутатора 800G к устройствам 400G через волокна MPO.

Ограничения: ограниченная совместимость (только порты OSFP) и небольшая дальность передачи требуют плотных волоконно-оптических ресурсов.

QSFP-DD SR4

Основные области применения: создание сетей RoCE без потерь, идеально подходящих для коммутаторов Leaf, подключаемых к серверам с графическими процессорами (например, комбинации NVIDIA Spectrum-4 и CX7), поддерживающих расстояние до 100 м с существующими кабельными системами.

Преимущества: Высокая совместимость, низкое энергопотребление (<8 Вт) и превосходное соотношение цены и качества.

QSFP-DD SR8

Основные приложения: оптимизированы для межкоммутаторных соединений, поддерживают 56G/112G SerDes с полной пропускной способностью, неблокируемыми соединениями.

Пример использования: снижение общих затрат на 19.38% в кластере из 256 узлов за счет меньшего количества модулей и упрощенного управления оптоволокном.

Дерево решений по выбору

• Требования к скорости и плотности портов:

Высокая плотность: выберите QSFP-DD SR4/SR8 для конфигураций коммутатора с 36 портами/1U.

Будущее расширение: выберите QSFP112 SR4, совместимый с экосистемой 112G SerDes и готовый к модернизации до 800G.

• Чувствительность к задержке:

Обучение HPC/AI: выберите QSFP-DD SR4 или QSFP112 SR4 для архитектуры с малой задержкой.

Центры обработки данных общего назначения: SR8 обеспечивает более высокую экономическую эффективность и более высокую устойчивость к задержкам.

• Ограничения ресурсов волокна:

Ограниченная доступность оптоволокна: выберите SR4 (8-жильный против 8-жильн. SR16), что сокращает количество разъемов MPO.

Новые сборки: развертывание SR8 для упрощения управления оптоволокном и снижения долгосрочных затрат на обслуживание.

Заключение и тенденции

• Технологическая эволюция:

QSFP112 SR4 возглавляет экосистему 112G SerDes, подходящую для устройств следующего поколения, таких как процессоры обработки данных NVIDIA BlueField-3.

OSFP SR4 служит переходным продуктом в экосистеме 800G, но сталкивается с проблемами совместимости.

• Эффективность затрат:

QSFP-DD SR8 доминирует в коммутационных соединениях благодаря низкой стоимости на канал, в то время как модули SR4 остаются стандартом для серверных подключений.

• Энергоэффективность:

Достижения в области кремниевой фотоники и архитектуры LPO еще больше снижают энергопотребление SR4 (например, <8 Вт для кремниевых фотонных модулей DR4 FiberMall), способствуя оптимизации энергопотребления центров обработки данных.

Будущие перспективы

По мере развития одноволновой технологии 100G PAM4 ожидается, что SR4 заменит SR8 в одномодовых полях (например, DR4/FR4). Однако оба будут сосуществовать в многомодовых сценариях на короткие расстояния, дополняя друг друга в долгосрочной перспективе.