Modiwl Optegol 400G: Nodweddion a Buddion Allweddol

 

Y Realiti PAM4

 

Dyma rywbeth a gymerodd dipyn o amser i mi fewnoli: nid dim ond "NRZ gwell" yw PAM4. Mae'n her uniondeb signal hollol wahanol.

Rhoddodd NRZ ddwy lefel osgled i ni. Uchel neu isel. Un neu sero. Yn lân, yn syml, ac fe weithiodd yn hyfryd i fyny trwy 25G y lôn. Ond pan geisiodd y diwydiant wthio NRZ i 50G, rhoddodd y ffiseg y gorau i gydweithredu. Cwympodd y diagramau llygaid. Ni allai cydraddoli barhau. Daeth costau gweithgynhyrchu ar gyfer cydrannau a allai gynnal cywirdeb signal ar y cyflymderau hynny yn afresymol ar gyfer defnyddio cyfaint.

Datrysodd PAM4 y broblem cyflymder trwy amgodio dau did y symbol ar draws pedair lefel osgled. Yr un gyfradd baud, dwywaith y data. Cain, a dweud y gwir. Ac eithrio nawr mae'n rhaid i'ch derbynnydd wahaniaethu rhwng pedair lefel foltedd yn lle dwy, ac mae'r bwlch rhwng y lefelau hynny tua thraean o'r hyn ydoedd gyda NRZ. Mae'r mathemateg yn gweithio allan i tua 10dB signal gwaeth-i-gymhareb sŵn. Nid gwall talgrynnu yw hynny-dyna'r gwahaniaeth rhwng dolen sy'n gweithio ac un nad yw'n gweithio.

Dyna pam mae pob llong transceiver 400G gyda chywiro gwall ymlaen wedi'u pobi i mewn. Ddim yn ddewisol. Ddim yn "argymhellir ar gyfer rhannau hirach." Gorfodol. Mae'r Reed-Solomon RS(544,514) FEC-yr hyn y mae'r safonau'n ei alw'n KP4-yn ychwanegu symbolau cydraddoldeb sy'n gadael i'r derbynnydd gywiro gwallau heb eu haildrosglwyddo. Hebddo, ni fyddai modd defnyddio dolenni PAM4.

 

Gwleidyddiaeth Ffactor Ffurf

 

Rwyf wedi eistedd trwy fwy o ddadleuon QSFP-DD yn erbyn OSFP nag yr wyf yn gofalu ei gofio.

Mae'r gwersyll QSFP{0}}DD yn dadlau cydnawsedd yn ôl. Ac maen nhw'n iawn-gallwch slotio modiwl QSFP28 i mewn i gawell QSFP-DD ac mae'n gweithio. Nid yw eich buddsoddiad opteg 100G presennol yn sownd. Mae'r ffactor ffurf yn mesur 18.35mm wrth 89.4mm, yn ddigon cryno i ffitio 36 porthladd ar banel blaen 1U. Mae hynny'n 14.4 terabits fesul uned rac os ydych chi'n llenwi pob slot. I weithredwyr sy'n gwneud gwaith uwchraddio cynyddrannol, mae hyn yn bwysig.

Cownter partisans OSFP gydag uchdwr thermol. Mae'r ffactor ffurf mwy-22.58mm wrth 107.8mm-yn darparu mwy o arwynebedd arwyneb ar gyfer afradu gwres ac yn caniatáu dyluniadau heatsink integredig na all QSFP{7}}DD eu cyfateb. Mae amlenni pŵer yn ymestyn i 15-20W yn erbyn nenfwd 12-15W QSFP-DD. Pan fyddwch chi'n rhedeg opteg cydlynol neu'n cynllunio ar gyfer 800G, mae'r ymyl thermol hwnnw'n dod yn berthnasol.

Aeth NVIDIA i OSFP ar gyfer Quantum-2 InfiniBand. Mae Arista yn cynnig y ddau. Cisco a Juniper heb lawer o fraster QSFP-DD ar gyfer newid menter. Nid yw'r farchnad wedi dewis enillydd, ac ar hyn o bryd mae'n debyg na fydd. Bydd y ddau ffactor ffurf yn cydfodoli, gan wasanaethu gwahanol segmentau gyda blaenoriaethau gwahanol.

Beth mewn gwirionedd sy'n pennu eich dewis? Fel arfer y platfform switsh rydych chi eisoes wedi ymrwymo iddo.

 

 

Beth mae DR4 a FR4 yn ei olygu mewn gwirionedd

 

Mae'r gyfundrefn enwau yn dilyn patrwm, ond mae gan y patrwm hwnnw eithriadau sy'n baglu pobl yn gyson.

DR4yn sefyll am gyrhaeddiad 500-medr dros ffibr modd sengl. Pedair lôn optegol gyfochrog, pob un yn rhedeg 100G PAM4 ar donfedd 1310nm. MPO-12 cysylltydd. Harddwch DR4 yw'r gallu i dorri allan - gall un modiwl rannu'n bedwar cyswllt 100G-DR annibynnol gan ddefnyddio cebl gwyntyll. Yn ddefnyddiol wrth gysylltu switshis asgwrn cefn 400G i borthladdoedd dail 100G nad ydych chi'n barod i'w huwchraddio.

FR4yn ymestyn cyrhaeddiad i 2 cilomedr trwy donfedd-amlblecsu pedwar signal 100G i un pâr ffibr. bylchau CWDM4 yn 1271, 1291, 1311, a 1331nm. Cysylltydd LC deublyg yn lle MPO. Ceblau taclusach, cyrhaeddiad hirach, cost uwch.

SR8yn ymdrin â senarios ffibr amlfodd-wyth lôn 50G cyfochrog dros OM4, uchafswm o 100-metr. MPO-16 cysylltydd. Yn bennaf berthnasol ar gyfer cysylltiadau ToR-i-weinydd byr lle mae seilwaith amlfodd eisoes yn bodoli.

Mae'r bylchau pris yn sylweddol. Gallai modiwl DR4 redeg cyfaint o $400-500. Mae FR4 yn gwthio tuag at $500-600. LR4 ar gyfer cyrhaeddiad 10km? Dwbl hynny neu fwy. Mae pennu LR4 ar gyfer lleoliad lle mae eich rhediad hiraf yn 300 metr yn llosgi arian am ddim budd gweithredol.

 

Treth y DSP

 

Mae pob modiwl optegol 400G yn cynnwys prosesydd signal digidol. Pob un. Mae'r DSP yn ymdrin â-cyfraddoli ymlaen porthiant, cydraddoli adborth penderfyniadau, adfer cloc a data, ac amgodio/datgodio FEC. Mewn modiwlau cydlynol, ychwanegu iawndal gwasgariad cromatig a rheoli gwasgariad modd polareiddio.

Mae'r DSP hefyd yn llosgi pŵer. Llawer ohono.

Mewn trosglwyddyddion 400G nodweddiadol, mae'r DSP yn defnyddio mwy na hanner cyfanswm tynnu pŵer y modiwl. Gallai modiwl 10W weld 5-6W yn mynd yn syth i brosesu signal. Mae Marvell, Broadcom, a'r cyn Inphi (sydd bellach yn rhan o Marvell) wedi bod yn rasio i leihau nodau proses-7nm i 5nm trawsnewidiadau wedi sicrhau arbedion pŵer tua 20%. Ond does dim byd o gwbl am y realiti sylfaenol bod PAM4 angen gorbenion cyfrifiannol sylweddol i weithredu.

Mae rhai yn y diwydiant yn gwthio opteg llinol y gellir ei blygio-symud y DSP i'r switsh ASIC ei hun ac yn rhedeg opteg pŵer symlach, is-. Mae'r ddadl yn gwneud synnwyr damcaniaethol. Mae'r gwrthddadl yn ymwneud â rhyngweithrededd modiwlau a hunllef ymarferol opteg gymhwysol ar draws gwahanol lwyfannau switsh heb ryngwyneb DSP safonol. Bydd y ddadl hon yn parhau am flynyddoedd.

 

 

Mae Ffotoneg Silicon yn Newid yr Economeg

 

Mae Intel a Cisco yn betio'n gynnar ar ffotoneg silicon, ac mae'r bet hwnnw'n talu ar ei ganfed.

Mae opteg arwahanol draddodiadol yn gofyn am gydosod â llaw: sglodion laser o un fab, modulatyddion o un arall, ffotosynwyryddion o draean, i gyd wedi'u cysylltu â'i gilydd mewn dawns fanwl gywir nad yw'n graddio'n gain. Mae ffotoneg silicon yn integreiddio'r rhan fwyaf o'r injan optegol i un marw silicon gan ddefnyddio prosesau saernïo CMOS safonol.

Mae'r modiwlau ffotoneg silicon 400G-DR4 sy'n cael eu cludo heddiw gan werthwyr lluosog yn cynnig economeg gymhellol ar gyfer gosodiadau hyperscale. Mae defnydd pŵer yn gostwng-mae rhai modiwlau DR4 ffotoneg silicon yn taro is-8W gyda 7nm DSPs. Graddfeydd gweithgynhyrchu yn fwy rhagweladwy. Mae gwelliannau cynnyrch yn trosi'n uniongyrchol i ostyngiadau mewn costau.

Y dal? Mae silicon yn gwneud laser ofnadwy. Nid yw ffiseg bandgap anuniongyrchol wedi'i ddiddymu. Felly mae hyd yn oed modiwlau "ffotoneg silicon" fel arfer yn defnyddio sglodyn ennill InP neu GaAs allanol, hybrid-wedi'i integreiddio i'r llwyfan silicon. Mae'n beirianneg glyfar, ond mae'r derminoleg ychydig yn gorwerthu'r hyn sy'n digwydd mewn gwirionedd.

Defnyddiodd Alibaba ffotoneg silicon 400G DR4 gan ddechrau yn 2020. Mae Intel yn hawlio cyfran o'r farchnad o 60% mewn trosglwyddyddion ffotonig silicon ar gyfer datacom. Mae'r llinellau tuedd yn ffafrio'r dechnoleg hon yn parhau i ennill cyfran.

 

Dwysedd Thermol Yw Problem Pawb Nawr

 

Mae switsh 400G â phoblogaeth lawn yn cynhyrchu gwres na fyddai wedi bod yn annychmygol ddegawd yn ôl.

Rhedeg y rhifau: 32 porthladd o fodiwlau 400G-DR4 ar 10-12W yr un. Dyna 320-384W o drosglwyddyddion yn unig, cyn cyfrif am y switsh ASIC, cof, cefnogwyr, a throsi pŵer uwchben. Mae'r dwysedd thermol mewn rhesi canolfannau data wedi dyblu'n fras mewn pum mlynedd. Nid yw peirianwyr cyfleusterau yn hapus â hyn.

Mae ffactor ffurf mwy OSFP yn helpu-mwy o arwynebedd arwyneb, sianeli llif aer gwell, dyluniadau heatsink integredig. QSFP{2}}Mae modiwlau DD yn dibynnu mwy ar bensaernïaeth thermol offer gwesteiwr. Nid yw'r naill ddull na'r llall yn anghywir, ond dylai'r ystyriaethau thermol lywio'ch penderfyniad ffactor ffurf yn llwyr os ydych yn adeiladu ar gyfer llwythi gwaith lled band uchel parhaus.

Mae oeri aer yn agosáu at derfynau ymarferol ar y dwyseddau hyn. Oeri hylif -platiau oer ar switsh ASICs, trochi o bosibl ar gyfer raciau cyfan-wedi symud o egsotig i fod yn ddrud yn unig. Mae'r arbenigedd seilwaith a chynnal a chadw sydd ei angen yn dal i fod ar ei hôl hi o gymharu â chromliniau mabwysiadu.

 

Hyblygrwydd Breakout

 

Un gallu sy'n haeddu mwy o sylw: gall modiwlau 400G weithredu mewn ffurfweddiadau torri allan, gan gyflwyno fel sawl rhyngwyneb cyfradd is.

Gall 400G-DR4 dorri allan i bedwar dolen 100G{-DR. Mae MPO-12 i 4xLC deublyg breakout harneisio cefnogwyr un porthladd DR4 allan i bedwar pâr SMF annibynnol. Mae penseiri rhwydwaith wrth eu bodd â'r hyblygrwydd hwn ar gyfer amgylcheddau cyflymder cymysg ac uwchraddio graddol.

Mae'r goblygiadau ceblau strwythuredig yn real, serch hynny. Os na fyddwch yn cynllunio ar gyfer senarios torri allan o'r diwrnod cyntaf, byddwch yn rhedeg ceblau clwt ad-hoc o fewn chwe mis i'w defnyddio. Mae angen i ddyluniad eich planhigyn ffibr ddarparu ar gyfer yr achosion defnydd hyn yn rhagweithiol.

 

Mae Hylendid Connector yn Bwysig Mwy Na'r Eich Meddwl

 

Rhai pethau a ddysgwyd trwy brofiad poenus:

Mae cysylltwyr MPO ar fodiwlau DR4 a SR8 yn defnyddio sglein APC (cyswllt corfforol onglog). Mae cysylltwyr LC ar FR4 a LR4 fel arfer yn UPC (cyswllt corfforol ultra). Bydd cymysgu cysylltwyr APC ac UPC-sy'n hynod o hawdd i'w wneud yn ddamweiniol-yn golygu bod 20dB+ o golledion dychwelyd a gwallau ysbeidiol sy'n gyrru timau datrys problemau yn wallgof. Mae'r cod lliw yn bodoli am reswm: gwyrdd ar gyfer APC, glas ar gyfer UPC.

Mae cydnawsedd modiwl EEPROM yn anniben nag y mae gwerthwyr yn ei gydnabod. Gall trosglwyddyddion trydydd parti "cydweddus" sy'n gweithio'n berffaith mewn un model switsh daflu gwallau mewn switsh arall gyda'r un cadarnwedd ASIC ond gwahanol. Cynnwys amser cymhwyso yn eich proses gaffael.

Mae tymheredd yn bwysicach nag y mae taflenni manyleb yn ei awgrymu. Mae'r modiwlau hyn fel arfer yn cael eu graddio ar gyfer tymereddau cas hyd at 70 gradd , ond mae perfformiad yn diraddio cyn i chi gyrraedd y nenfwd hwnnw. Mae eu cadw'n oer yn arwain at ymddygiad mwy cyson.

 

Lle mae 800G yn Ffitio

Bydd 800G ac yn y pen draw 1.6T yn dominyddu mewn amgylcheddau AI / ML gyda gwahanol ofynion a gwahanol sgyrsiau cyllideb. Ni fydd angen i'r rhan fwyaf o rwydweithiau fynd ar ôl y gromlin honno ar unwaith.

 

Y Llinell Isaf

 

Mae modiwlau optegol 400G wedi trosglwyddo o ymyl gwaedu i seilwaith prif ffrwd. Nid yw'r penderfyniadau technoleg-QSFP-DD yn erbyn OSFP, paralel yn erbyn WDM, ffotoneg silicon yn erbyn arwahanol-yn cario'r un risg bellach ag a wnaethant dair neu bedair blynedd yn ôl.

Cydweddwch y ffactor ffurf â'ch strategaeth platfform newid. Dewiswch y math o drosglwyddydd yn seiliedig ar ofynion cyrhaeddiad gwirioneddol, nid paranoia achos gwaethaf. Peidiwch â gor-spec. Adeiladwch mewn ymyl thermol. Cynlluniwch eich planhigyn ffibr ar gyfer senarios torri allan. A chadwch eich cysylltwyr MPO yn lân.

Bydd yr ychydig flynyddoedd nesaf yn dod â gwelliannau cynyddrannol-DSPs pŵer is, cynnyrch ffotoneg silicon gwell, efallai rhywfaint o symudiad ar bensaernïaeth llinol y gellir ei blygio. Ond mae'r platfform technoleg sylfaenol wedi sefydlogi. 400Crëwch seilwaith nawr yw G. Y math y gallwch chi gynllunio o gwmpas gyda hyder rhesymol.

Ar ôl blynyddoedd o anhrefn 100G ac ansicrwydd 400G, mae'r rhagweladwyedd hwnnw'n cyfrif am rywbeth.