Санкт-Петербург
  • Санкт-Петербург
  • Москва
  • Ростов-на-Дону
Большой Сампсониевский пр., дом 60У, офис 31
напишите нам e-mail!

400 Gigabit Ethernet: форм-факторы оптических модулей

Развитие технологий во всех областях деятельности современного общества влечет за собой развитие телекоммуникационной отрасли. Объем передаваемой информации непрерывно возрастает; пользовательская база увеличивается – отсюда возникает постоянная необходимость в увеличении пропускной способности, которая привела к разработке и принятию в 2017 году стандарта IEEE 802.3bs - 400 Gigabit Ethernet.

Возможности модулей, с помощью которых осуществляется передача данных по сети 400GbE, зависят от форм-факторов. В одних случаях важную роль играет плотность портов, когда как можно больше разъемов устанавливается на лицевой панели трансивера; в других имеет значение степень целостности сигнала, поступающего через соединитель. Нельзя забывать и о совместимости оборудования с предыдущими стандартами связи. Насколько это важно? Повлияет ли возможность обратнаой совместимости на технические характеристики, внешний вид устройства? Скажется ли на стоимости? Каковы требования к достижению такого стандарта?

Конечно, увеличение потока данных провоцирует также и рост энергопотребления. Высокая скорость, 400 Гбит/с, достигается с помощью использования технологии параллельной передачи сигнала. Модули стандарта 400GbE, размещенные на телекоммуникационных стойках, потребляют больше энергии; тепловой эффект при этом неизбежен, а потому возникает необходимость в контроле температурного режима оборудования. Есть ли какой-либо стандарт системы терморегулирования? Нет, поскольку эффективность множества систем термоконтроля разная. При подборе того или иного форм-фактора необходимо учесть многое, в том числе и внутренние эффекты.

Очевидно, что каждый пользователь, разработчик или веб-интегратор будет руководствоваться собственными предпочтениями при выборе модулей с поддержкой 400GbE. Выбор достаточно велик, сейчас производятся трансиверы CFP8, OSFP, QSFP-DD и COBO, каждый из которых имеет конкретную область применения.

По мере увеличения потребности в высокой скорости в сетевой индустрии ведутся разработки различных высокоскоростных трансиверов с использованием новейших технологий. Некоторые проекты оказываются более успешными и универсальными, поэтому их производство растет. Так, среди одноканальных электрических интерфейсов (например, 10GbE) распространение получил SFP-интерфейс. Среди четырехканальных электрических интерфейсов (например, 40GbE и 100GbE) доминирует QSFP.

Ранее оптические модули снабжались двурядными одиночными разъемами, расположенными на верхнем и нижнем слое печатной платы. Присутствовала модульная система термоконтроля, с помощью которой осуществлялся теплоотвод и обеспечивалось высокое термическое сопротивление. Однако с увеличением числа электрических интерфейсов проблема системы охлаждения по-прежнему оставалась основной при конструировании первых оптических модулей 400GbE. Ниже представлены некоторые новинки трансиверов на основе SFP и QSFР, поддерживающих стандарт 400GbE.

CFP8

СFP8 - первый форм-фактор модуля, поддерживающего стандарт 400GbE в одномодовом и многомодовом режиме. Пока технологии разработки оптических узлов или систем 8-канальной передачи сигнала на скорости 50 Гбит/с форм-фактора CFP8 не утверждено, и стандарт 400GbE достигается с помощью 16 потоков с пропускной способностью 25 Гбит / с. Поэтому такой форм-фактор обладает сравнительно большими габаритами. Но этот недостаток – одновременно и достоинство форм-фактора CFP8. У данной модели значительно больше площадь поверхности, что облегчает циркуляцию воздуха, и, как следствие, в трансивере равномерно распределяются тепловые нагрузки. Компромисс заключается в том, что CFP8 - самый большой форм-фактор модуля стандарта 400GbE – имеет самую низкую плотность портов среди четырех форм-факторов, описание которых представлено в этой статье.

CFP8 форм-фактор оптического трансивера

Рисунок 1. CFP8 форм-фактор оптического трансивера.

OSFP

Данный форм-фактор рассчитан на максимально возможные тепловые и энергетические характеристики. Форм-фактор OSFP разработан на основе технологии SFP и QSFP-коннекторов, соединив в себе лучшие свойства этих стандартов. Двусторонний электрический разъем в OSFP имеет один ряд контактов сверху и снизу разъема, благодаря которому обеспечивается высокая степень целостности сигнала. Одним из любопытных аспектов трансивера OSFP является высокая степень термостойкости. Внутри небольшого корпуса установлен радиатор, что позволяет использовать данный форм-фактор в коммутаторах с классической системой охлаждения, где циркуляция воздуха идет от лицевой панели к задней стенке. Обратной совместимостью не обладают.

Форм-фактор оптического трансивера OSFP

Рисунок 2. Форм-фактор оптического трансивера OSFP.

QSFP-DD

Совместимость с предыдущими стандартами называют основным премуществом форм-фактора QSFP-DD.

Модуль QSFP позволяет доставлять данные на скорости 40 и 100 Гбит/с, в аббревиатуре “Q”- англ.“quad” – означает четырехканальный электрический интерфейс: так, для достижения, к примеру, 100GbE каждый канал пропускает по 25 Гбит/с. Благодаря преемственности QSFP-DD может работать как на скорости 400 Гбит/с (в режиме 8 потоков со скоростью 50 Гбит/с каждый), так и на более низких скоростях передачи 40 и 100Гбит/с (в режиме 8 потоков со скоростью 10/25 Гбит/с каждый). Совместимость с предыдущими стандартами достигается за счет конструктивных особенностей: удлиненный корпус позволяет проставить дополнительный ряд контактов в разъеме. Также был разработан соответствующий электрический разъем – ответная часть, монтируемая на плату и располагаемая в задней части корзины, в которую устанавливается трансивер. Если к такому разъему подключить QSFD трансивер, имеющий только один ряд контактов, передача данных также будет возможна, второй ряд контактов разъема просто не будет подключен.

В настоящее время комитетом IEEE и Форумом оптического межсетевого обмена (OIF) разрабатываются альтернативные методы достижения стандарта 400GbE с помощью этого форм-фактора через 8-канальное соединение. Основным препятствием для установки новых оптических и электрических субкомпонентов является механический недостаток площади в форм-фактор, возможность обратной совместимости с модулями 40GbE и 100 GbE отразилась на внешнем виде модуля QSFP-DD/

Обратная совместимость с предыдущими стандартами достигается использованием специального электрического разъема, в котором за основным рядом контактов (они отвечают за режим работы 40/100Гбит/с) идет дополнительный. MSA разделяет 2 типа форм-фактора QSFP-DD:

1. Удлиненный корпус по всей длине по отношению к обыкновенным QSFP. Равномерное удлинение всего корпуса достаточно для организации дополнительного места, в котором размещается второй ряд контактов;

2. Удлиненный на 15 мм корпус (со стороны лицевой панели) по сравнению с классическим QSFP. Таким образом организуется дополнительное место в корпусе, достаточное для размещения второго ряда контактов.

Термоконтроль осуществляется за счет модификации конструкции корпуса – разработчики основывались на опыте проектирования систем QSF, где для охлаждения используется радиатор. Внешнее подключение радиаторов часто применяется для оптимизации системы. Некоторые конструкции специально предназначены для поддержки модулей, потребляющих не менее 12 Вт: если ранее термостойкость форм-фактора позволяла выдерживать мощности до 5 Вт, то сейчас показатели заметно возросли, и стабильная работа гарантируется даже при потреблении 10-12 Вт.

2 типа форм-факторов трансивера QSFP-DD

Рисунок 3. 2 типа форм-факторов трансивера QSFP-DD

COBO

COBO-несъемный трансивер, поддерживающий стандарт 400 GbE. Такие встраиваемые модули значительно облегчают регулирование температуры.

COBO – аббревиатура от “Consortium for On-Board Optics”. Эта организация занимается проектированием и разработкой взаимозаменяемых оптических модулей. Производители стремились обеспечить наивысшую плотность портов в рамках единичного элемента сети, оптимизировать теплоотдачу и повысить энергоэффективность нового трансивера. Совмещение этих свойств, повышение плотности портов и оптимизация теплоотдачи достигается благодаря возможности свободного распределения COBO- портов на материнской плате внутри сетевого оборудования. На лицевую панель выводятся только пассивные оптические порты. СОВО – форм-фактор с большими перспективами, несмотря на узкоспециализированность и отсутствие возможности обратной совместимости.

Трансиверы COBO предназначены для передачи информации на скорости 400-Гбит / по восьми потокам, информация по которым поступает со скоростью 50 Гбит/с, как в QSFP и QSFP-DD. Высокоскоростное соединение обеспечивается через двурядный электрический разъем для обеспечения целостности сигнала. Такой формат заметно упрощает конструкцию устройства. Для управления и питания создан отдельный низкоскоростной разъем. COBO – идеальное решение для работы на мощностях до 15 Вт..

Форм-фактор трансивера COBO

Рисунок 4. Форм-фактор трансивера COBO 1x400 Гбит/с.

Высокоскоростной и низкоскоростной коннекторы COBO

Рисунок 5. Высокоскоростной и низкоскоростной коннекторы COBO 1x400 Гбит/с.

Сравнение

Ниже представлены четыре форм-фактора оптических трансиверов, описанных в статье. Наглядно видна разница между форм-факторами модулей.

Сравнение форм-факторов модулей 400 Gigabit Ethernet

Рисунок 6. Сравнение форм-факторов модулей 400 Gigabit Ethernet

Заключение

Расширение областей применения стандарта IEEE P802.3bs нетрудно предугадать – высокоскоростная передача данных необходима в любых проектах, связанных с облачными технологиями - дата-центров; 400GbE используется для ; кроме того, волоконно-оптическая связь лежит в основе опорных сетей современных беспроводных сетей. На данный момент комитет IEEE прилагает массу усилий для расширения сфер применения данного стандарта.

Каждый из четырех форм-факторов 400GbE - CFP8, OSFP, QSFP-DD и COBO – высокоэффективен и надежен, каждый трансивер имеет собственные преимущества; конкретную сферу применения. Несмотря на существующие различия, следует отметить, что на рынке телекоммуникаций достаточно предложений, с помощью которых удается отвечать растущим потребностям пользователей сегмента 400GbE.

QR cсылка

Ссылка на страницу