Izpratne par 400 g optisko moduli

 

Kāpēc 400 G notika, kad tas notika?

 

Ir zināma joslas platuma pieauguma neizbēgamība, ko ir sagaidījuši nozares veterāni. Lēciens no 10G uz 40G tajā laikā šķita nozīmīgs. Tad ieradās 100 G, un pēkšņi visi runāja par mugurkaula{5}}lapu arhitektūru un austrumu-rietumu satiksmes modeļiem. Bet 400G? Šī pāreja ir bijusi atšķirīga.

NRZ modulācijas shēma, kas mums labi kalpoja no 1G līdz 25G, vienkārši nevarēja ekonomiski mērogot virs 100G. Fizika kļuva dārga. Signāla integritāte kļuva par murgu. Protams, jūs varētu tehniski uzlabot NRZ,-bet izmaksu līknēm nebija jēgas apjoma izvietošanai. Tāpēc nozare pievērsās PAM4.

Tas, ko dara PAM4,{1}}un tas ir jāsaprot, ja specifikācijas infrastruktūra-ir divi biti vienam simbolam, nevis vienam. Četri amplitūdas līmeņi divu vietā. Divreiz lielāka datu caurlaidspēja, divkāršojot datu pārraides ātrumu. Kompromiss? Jūsu signāla-un-trokšņu attiecība ir aptuveni 10 dB, salīdzinot ar NRZ. Tas nav triviāli. Šī iemesla dēļ katrs 400G modulis tiek piegādāts ar iepriekšēju kļūdu labošanu, un DSP (digitālā signāla procesors) ir kļuvis par tik kritisku komponentu šajos raiduztvērējos.

 

 

Formu faktoru kari

 

Jau gadiem ilgi esmu skatījies QSFP{0}}DD pret OSFP debates izstādēs un iepirkumu sanāksmēs. Abām pusēm ir pamatoti argumenti. Neviens no tiem nav galīgi uzvarējis.

QSFP-DD iznāca no QSFP-DD MSA alianses, izmantojot atpakaļejošu saderību kā savu slepkavas funkciju. Vai jums ir daudz QSFP28 moduļu, kurus neesat gatavs nomainīt? Tie tiks ievietoti QSFP-DD būrī. Izmēri-18,35 mm platums, 89,4 mm garums — formas faktors ir pazīstams. 1U priekšējā panelī var ievietot 36 portus. Tas ir 14,4 Tbps kopējā caurlaidspēja, ja aizpildāt katru slotu. Operatoriem, kas veic pakāpenisku jaunināšanu, tas ir ļoti svarīgi.

OSFP izvēlējās citu pieeju. Octal Small Form{1}}faktora Pluggable grupa teica: aizmirstiet atpakaļsaderību, optimizēsim siltuma pārvaldību un mērogojamību nākotnē. OSFP moduļiem, kuru platums ir 22,58 mm un garums ir 107,8 mm, ir lielāks virsmas laukums siltuma izkliedēšanai. Tie atbalsta jaudu līdz 15-20 vatiem, salīdzinot ar QSFP-DD 12–15 W griestiem. Ja izmantojat saskaņotu optiku vai plānojat 800 G, šī telpa kļūst aktuāla.

NVIDIA savā Quantum-2 InfiniBand platformā pilnībā-pieļāva OSFP. Tas nav nekas. Taču uzņēmumu slēdži no Cisco un Arista joprojām pārsvarā piegādā QSFP-DD portus.

 

Ko burti patiesībā nozīmē

 

Ja kādreiz esat skatījies uz specifikāciju lapu, domādams, kāpēc DR4 maksā mazāk nekā FR4, lai gan abi ir "400G moduļi", jūs neesat viens. Nomenklatūra seko modeļiem, taču šiem modeļiem ir izņēmumi, un izņēmumiem ir sava loģika.

• SR (īsa diapazona): Daudzmodu šķiedra, 850nm viļņa garums. 400G-SR8 izmanto astoņas paralēlas 50G PAM4 joslas, izmantojot MPO-16 savienotāju. Diapazons ir aptuveni 100 metri ar OM4 šķiedru-70 metri ar OM3. Ir arī SR4, kas iepako 100 G katrā no četrām joslām, izmantojot lielāka ātruma VCSEL. Tāda pati sasniedzamība, mazāk šķiedru. 400G-SR4.2 variants (dažreiz saukts par BIDI) ir gudrs ar divvirzienu pārraidi, kas darbojas pa diviem viļņu garumiem katrā virzienā, lai sasniegtu 400G pa tikai četrām šķiedrām.
• DR4: viena{0}}režīmu šķiedra, 1310 nm, 500 metri. Šis ir darba zirgs iekšējiem-datu centra savienojumiem, kas ir ilgāki nekā SR spēj nodrošināt. Katra no četrām optiskajām joslām nodrošina 100 G PAM4, izmantojot īpašu šķiedru pāri. MPO{11}}12 savienotājs. Šeit ir ievērojama pārrāvuma iespēja,{14}}vienu DR4 var sadalīt četrās neatkarīgās 100 G-DR saitēs, kas palīdz savienot mantoto 100 G aprīkojumu.
• FR4: divi kilometri, viens{0}}režīms. Lūk, kur pārnesumkārbas arhitektūra nopelna savu noturību. Modulis aizņem astoņas 50 G elektriskās joslas, pārvērš tās par četrām 100 G optiskajām joslām, izmantojot DSP, un pēc tam visas četras multipleksē vienā šķiedru pārī, izmantojot CWDM4 atstarpi (1271, 1291, 1311, 1331 nm). Dupleksais LC savienotājs. Daudz sakārtotāks kabeļu savienojums nekā DR4 paralēlā pieeja.
• LR4 un tālāk: Tāda pati viļņa garuma shēma kā FR4, bet optimizēta 10 km sasniedzamībai. ER4 virzās uz 40km. ZR4 sasniedz 80 km, taču nepieciešama saskaņota noteikšana-pilnīgi atšķirīga tehnoloģija, cita cena, atšķirīgs lietošanas gadījums. OIF 400ZR standarts ir īpaši paredzēts metro DCI lietojumprogrammām, kur slēdža priekšējā plāksnē ir nepieciešama pievienojama koherenta optika.

 

 

DSP jautājums

 

Katrs 400G raiduztvērējs satur digitālo signālu procesoru. Katrs viens. Šī nav obligāta-PAM4 modulācija bez sarežģītas signāla kondicionēšanas vienkārši nedarbojas.

Ko patiesībā dara DSP? Plūsmas-pārejas izlīdzināšana, lai kompensētu kanāla zudumu. Lēmuma atgriezeniskās saites izlīdzināšana inter-simbolu traucējumiem. Pulksteņa un datu atkopšana, lai iegūtu laiku no saņemtā signāla. FEC kodēšana pārraidē, FEC dekodēšana un kļūdu labošana saņemšanas laikā. Koherentos moduļos pievienojiet šim sarakstam hromatiskās dispersijas kompensāciju un polarizācijas režīma dispersijas pārvaldību.

DSP sadedzina jaudu. Daudz no tā. Daudzos 400G moduļos DSP patērē vairāk nekā pusi no kopējā enerģijas patēriņa. Marvell, Broadcom un Inphi (tagad daļa no Marvell) ir konkurē, lai samazinātu procesa mezglus un uzlabotu efektivitāti. Pārlēciens no 7 nm uz 5 nm DSP ir bijis nozīmīgs-elektroenerģijas ietaupījums par aptuveni 20% līdzvērtīgai funkcionalitātei.

Notiek diskusijas par to, vai DSP vajadzētu pāriet uz pašu slēdžu ASIC (ko daži sauc par "lineāro pievienojamo optiku" vai LPO). Arguments ir šāds: ja jūs jau veicat signāla apstrādi uz slēdža, kāpēc to atkārtot katrā raiduztvērējā? Pret-arguments ir saistīts ar moduļu savietojamību un praktiskām problēmām, kas saistītas ar optikas kvalificēšanu dažādās slēdžu platformās. Šis tiks izspēlēts dažu nākamo gadu laikā.

 

Silīcija fotonika ienāk attēlā

 

Atcerieties, kad visi domāja, ka InP (indija fosfīda) lāzeri dominēs 400G? Stāstījums mainījās.

Intel un Cisco jau agri saderēja par silīcija fotoniku{0}}optisko komponentu integrēšanu silīcija substrātos, izmantojot standarta CMOS ražošanas procesus. Solījums vienmēr bija saistīts ar izmaksām pēc mēroga. Tradicionālajai diskrētajai optikai ir nepieciešama lāzera mikroshēmu, modulatoru, fotodetektoru manuāla montāža, katrs no dažādiem materiāliem. Silīcija fotonika ļauj jums izveidot lielu daļu optiskā dzinēja uz vienas formas.

Šodien piegādātie 400G-DR4 silīcija fotonikas moduļi piedāvā pārliecinošu ekonomiku hipermēroga izvietošanai. Tie vēl nav lētāki par EML-balstītām alternatīvām- Ieguvumi arī enerģijas patēriņam, īpaši modulatora sadaļā.

Tas nozīmē, ka silīcijs veido viduvēju lāzeru. Netiešā joslas pārtraukuma problēma nav atrisināta. Tātad pat silīcija fotonikas moduļos parasti tiek izmantota ārēja InP vai GaAs pastiprināšanas mikroshēma, hibrīds{2}}, kas integrēts silīcija platformā. Tā ir eleganta inženierija, taču "silīcija fotonika" joprojām ir nedaudz mērķtiecīga terminoloģija.

 

Jauda un termiskās realitātes

 

Gaisa dzesēšana šiem blīvumiem sasniedz savas praktiskās robežas. Šķidruma dzesēšanas-aukstās plāksnes uz slēdžu ASIC, iespējams, iegremdēšana veseliem plauktiem-vairs nav eksotiska. Tā ir tikai dārga infrastruktūra, ko objektu organizācijas joprojām mācās precizēt un uzturēt.

 

Izlaušanās scenāriji

 

Viena iespēja, kurai netiek pievērsta pietiekama uzmanība: 400 G moduļus bieži var konfigurēt izlaušanās darbībai, nodrošinot resursdatora sistēmai kā vairākas zemāka ātruma{1}}interfeisus.

400G-SR8 var kļūt par divām 200G-SR4 saitēm vai divām 100G-SR4 saitēm, kas darbojas uz pusi, vai pat par astoņiem neatkarīgiem 50G kanāliem ("channelized" jeb SR8-C variants). 400G-DR4 var izveidot četrus 100G-DR savienojumus — tas ir noderīgi, ja nepieciešams savienot 400 G slēdža portu ar četriem atsevišķiem 100 G serveriem.

Kabeļi šeit kļūst interesanti. MPO-12 līdz 4xLC abpusējā sadales instalācija izmanto vienu DR4 pieslēgvietu un nodrošina to četros neatkarīgos SMF pāros. Tīkla arhitektiem patīk šī elastība, taču kabeļu pārvaldības sekas ir reālas. Jūsu strukturētajā kabeļu plānā ir jāņem vērā izlaušanās scenāriji no pirmās dienas, pretējā gadījumā sešus mēnešus pēc izvietošanas izmantosit ad-hoc ielāpu kabeļus.

 

Ko 800G nozīmē 400G

 

Nozare strauji attīstās{0}}G raiduztvērēji tagad tiek piegādāti-galvenokārt SR8 un DR8 varianti mākslīgā intelekta kopu starpsavienojumiem. Vai tas padara 400G novecojušu? Pat ne tuvu.

400G ekosistēma ir nobriedusi. Moduļu izmaksas ir ievērojami samazinājušās. Sadarbspēja starp piegādātājiem ir labi-noteikta. Lielākajai daļai uzņēmumu un mākoņtīklu vajadzību 400G ir labākā veiktspējas, izmaksu un darbības pārzināšanas vieta. Tā paliks skaļuma spēle lapu-mugurkaula audumiem un vispārēja-datu centra savienojamībai gadiem ilgi.

800G un galu galā 1.6T dominēs AI/ML vidēs, kur GPU ir jāpārvieto apmācības dati absurdā ātrumā. Cits tirgus, citas prasības, dažādas budžeta sarunas. Lielākajai daļai tīklu nebūs jātiecas pēc šīs līknes.

 

 

Praktiski apsvērumi Neviens neraksta

 

Dažas lietas iemācījās grūtākajā veidā:

Moduļa EEPROM saderībai ir lielāka nozīme, nekā to atzīst pārdevēji. "Saderīgie" raiduztvērēji, kas labi darbojas vienā slēdža modelī, var izraisīt kļūdas citā slēdžu modelī ar tādu pašu ASIC, bet atšķirīgu programmaparatūru. Iebūvējiet pārbaudes laiku, kvalificējot trešās puses optiku.

FR4 un LR4 moduļu LC savienotājs ir duplekss-kopā divas šķiedras-, bet DR4 un SR8 MPO savienotājs izmanto APC (leņķa fiziskā kontakta) pulēšanu. Sajaucot APC un UPC savienotājus, jūs iegūsit 20 dB+ atdeves zudumu un periodiskas kļūdas. Krāsu kodēšana pastāv kāda iemesla dēļ.

Dažādu ražotāju PAM4 moduļiem var būt smalki atšķirīgas FEC ieviešanas. Standarti atstāj vietu interpretācijām. Ja saitei redzat neizskaidrojami lielu laboto kļūdu skaitu, mēģiniet nomainīt vienu galu pret to pašu -pārdevēja moduli, pirms vainojat šķiedras ražotni.

Temperatūrai ir nozīme. Šie moduļi parasti ir paredzēti korpusa temperatūrai līdz 70 grādiem, taču veiktspēja pasliktinās, pirms sasniedzat griestus. Ja vēlaties konsekventu uzvedību, saglabājiet tos vēsus.

 

Ceļš uz priekšu

 

400G optiskie moduļi ir pārgājuši no priekšējās malas uz galveno infrastruktūru. Tehnoloģiju lēmumi-QSFP-DD pret OSFP, paralēli pret WDM, silīcijs pret diskrēto optiku-vairs nerada tādu pašu risku kā pirms trim gadiem. Pastāv spēcīgas piegādes ķēdes. Vairāki kvalificēti pārdevēji sacenšas par cenu un funkcijām. Standarta institūcijas ir izlīdzinājušas lielāko daļu sadarbspējas gadījumu.

Tīkla arhitektiem, kuri šodien plāno izvietošanu, izvēles ietvars ir vienkāršs: saskaņojiet formas faktoru ar slēdžu platformas stratēģiju, atlasiet raiduztvērēja veidu (SR/DR/FR/LR), pamatojoties uz faktiskajām sasniedzamības prasībām, un nepārspīlējiet{0}}specifikāciju. 400 G-LR4 maksā ievērojami vairāk nekā 400 G-DR4 — ja jūsu garākais skrējiens ir 300 metri, jūs tērējat budžetu bez darbības ieguvumiem.

Nākamie daži gadi sniegs pakāpeniskus uzlabojumus: mazākas jaudas DSP, labāki silīcija fotonikas produktivitāte, iespējams, tiks veikta standartizācija saistībā ar lineārām pievienojamām arhitektūrām. Taču fundamentālā tehnoloģiju platforma ir stabilizējusies. 400G vairs neparādās. Tagad tā ir tikai infrastruktūra-, kuru varat droši plānot.

Un godīgi? Pēc 100 G ēras sākuma haosa ir vērts novērtēt šo paredzamību.