Conheça seu transceptor de 400G
Os transceptores 400 Gigabit Ethernet (400G) são módulos ópticos capazes de lidar com taxas de dados de 400 Gbps. Com uma taxa de transmissão de até 400 Gbps, os transceptores de 400G oferecem o dobro da capacidade de seus antecessores (transceptores de 200G). Os transceptores de 400G da Juniper usam o formato QSFP-DD. Os transceptores de 400G são ideais para:
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Qualquer plataforma de host com portas de 400G
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Redes com transmissão de dados a 400 Gbps
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Implantações de data center
Um transceptor 400G usa várias pistas de sinais ópticos e técnicas avançadas de modulação para alcançar capacidades mais altas. Os transceptores 400G podem empregar multiplexação usando várias fibras, óptica paralela ou técnicas de multiplexação óptica. Muitas implementações empregam multiplexação de comprimento de onda para transmitir sinais ópticos com eficiência.
Os transceptores ópticos de 400 Gigabit Ethernet (400G) geralmente apresentam uma arquitetura de oito pistas, com cada pista operando a 50 Gbps. Os transceptores de 400G usam Modulação de Amplitude de Pulso de 4 níveis (PAM4). Esse esquema de modulação permite dobrar a taxa de dados por pista em comparação com a NRZ tradicional, viabilizando assim a transmissão 400G com menos pistas e fibras.
Os transceptores de 400G suportam várias taxas de transmissão e modos de fuga para garantir a compatibilidade com vários requisitos de transporte de rede. Essa flexibilidade permite que um único transceptor físico seja dividido logicamente em várias portas Ethernet de baixa velocidade, adaptando-se a diferentes cenários de implantação:
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4x100G — O transceptor pode se dividir em quatro portas separadas de 100G. Para enlaces ópticos 400G com uma interface elétrica 400GAUI-8, um processador de sinal digital (DSP) de caixa de engrenagens é empregado para gerenciar a conversão. A caixa de engrenagens converte pares de faixas elétricas de 50 Gbps (2x50 Gbps) em uma única faixa elétrica de 100 Gbps (1x100 Gbps). A conversão ocorre inteiramente no nível elétrico. É diferente da conversão de faixa óptica que ocorre no modulador óptico. O DSP normalmente possui várias caixas de engrenagens com circuitos independentes de clock e recuperação de dados (CDR). Isso ajuda a lidar com a distribuição completa do sinal de forma eficiente, convertendo assim todas as pistas 8x50G em pistas 4x100G.
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2x200G — O cabo breakout fornece a porta como duas portas 200G separadas para atingir uma capacidade total de 400 Gbps.
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1x400G — O transceptor funciona como uma única porta de 400G, combinando todas as oito pistas de 50G para fornecer uma capacidade total de 400 Gbps.
Taxa de bits e taxa de símbolos
Compreender os conceitos fundamentais de taxa de bits e taxa de símbolos é necessário para entender como a óptica 400G funciona.
Taxa de bits — Refere-se ao número total de bits transmitidos por segundo. Os enlaces ópticos de 400G na indústria sempre operam na taxa de bits Ethernet de 400G. Para óptica de 400G, a taxa de bits efetiva é de 425 Gbps, ao considerar as despesas gerais, conforme definido pelo padrão IEEE 802.3.
Taxa de símbolo (taxa de transmissão) — A taxa na qual os símbolos (mudanças de sinal ou eventos de modulação) são transmitidos. Em óptica 400G usando modulação PAM4, cada símbolo representa 2 bits. Portanto, uma taxa de 53,125 Gbaud se correlaciona com uma taxa de bits de 106,25 Gbps por pista para configurações que usam 4 pistas. Uma taxa de 26,5625 Gbaud se correlaciona com uma taxa de bits de 53,125 Gbps por pista para configurações que usam 8 pistas.
O Guia de cabos e transceptores ópticos de 400 Gigabit da Juniper refere-se a taxas de bits de 50G, 100G, 200G e 400G para simplicidade. Destina-se a se alinhar com a terminologia padrão do setor sem implicar inclusões de sobrecarga específicas a cada vez.
Sabores de transceptores ópticos de 400G
Você pode ter vários tipos de transceptores ópticos de 400G, dependendo de suas configurações de interface elétrica e interface óptica.
Interfaces elétricas
- Interface elétrica de 4 pistas (400GAUI-4)
- A interface elétrica 400GAUI-4 utiliza quatro faixas de alta velocidade.
- Suportado por ASICs PFE, como Express-5 (BX), Tomahawk-5 e o próximo Trio-7 (XT).
- Esses ASICs usam SERDES de 100G para suporte nativo a 800G. No entanto, eles também suportam 400G usando 4x100G como a interface elétrica entre o host e a óptica conectável.
- Normalmente usado com óptica QSFP112.
- Interface elétrica de 8 pistas (400GAUI-8)
- Incorpora oito pistas elétricas para lidar com a transmissão de dados.
- Suportado por ASICs PFE como Trio-6 (YT), Express-4 (BT) e Tomahawk-3 e 4.
- Todos esses ASICs empregam SERDES 50G para suporte nativo a 400G. Portanto, a interface elétrica 8x50G entre o host e a óptica conectável é necessária.
- Normalmente usado com óptica QSFP56-DD ou QSFP-DD.
Interfaces ópticas
- Interface óptica de pista única (por exemplo, 400ZR e 400ZR+)
- Aplicativo — Projetado para interconexões de data center de longa distância, bem como redes metropolitanas e regionais.
- Caraterísticas
- Utiliza tecnologia óptica DWDM sintonizável para comunicação de longo alcance.
- Suporta distâncias normalmente de até 80 km.
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A óptica 400ZR (e especialmente 400G ZR+) pode ser usada em distâncias consideravelmente maiores (centenas de quilômetros) quando combinada com uma plataforma de transmissão DWDM usando amplificação óptica periódica.
- Interface óptica de 4 pistas (por exemplo, DR4, FR4, LR4 ou ER4-30)
- Aplicativo — adequado para aplicativos de distância intermediária, como aqueles em ambientes de data center e redes de campus.
- Caraterísticas
- DR4 — Utiliza cabos paralelos monomodo com 8 fibras e tem alcance máximo de até 500 metros. O DR4 é usado em ambientes de data center.
- FR4 — Usa fibra duplex monomodo e tem um alcance máximo de até 2 quilômetros.
- LR4 — Usa fibra duplex monomodo e tem um alcance máximo de até 10 quilômetros.
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ER4-30 — Utiliza fibra duplex monomodo e tem um alcance máximo de até 30 quilômetros.
- Interface óptica de 8 pistas (por exemplo, SR8 ou LR8)
- Aplicativo — Ideal para ambientes ou aplicativos de alta densidade que exigem agregação e alcance de dados extensivos. Uma interface óptica de 8 pistas é adequada predominantemente quando a sensibilidade ao custo é uma preocupação e as velocidades de pista mais altas não estão totalmente amadurecidas para a aplicação específica.
- Caraterísticas
- SR8 — Focado principalmente em aplicações de curto alcance usando fibras multimodo. Como a tecnologia para 400G SR4 é comparativamente nova, o SR8 é uma escolha mais popular e econômica no mercado atual.
- LR8 — Estende o alcance até 10 km, adequado para links mais longos. No entanto, agora é considerada uma tecnologia legada.
Observação: Recomendamos que você faça a transição para a óptica 400G LR4 que oferece melhor desempenho e é relevante para o setor.
| Característica | :800G | , 400G |
|---|---|---|
| Velocidade de faixa óptica |
8 pistas a 100 Gbps cada, 53,125 Gbaud com PAM4 |
4 faixas de rodagem a 100 Gbps cada, 53,125 Gbaud por pista com PAM4 através da caixa de velocidades
Observação: A configuração de 8 pistas a 50 Gbps cada (26,5625 Gbaud por pista com PAM4, modulação direta) não é uma configuração padrão para os transceptores ópticos de 400G da Juniper. O transceptor óptico SR8 de 400G é uma exceção.
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| Velocidade/interface elétrica da faixa de rodagem |
800GAUI-8 (8 pistas), 106,25 Gbps por pista, 53,125 Gbaud por pista com PAM4 |
400GAUI-8 (8 pistas), 53,125 Gbps por pista, 26,5625 Gbaud por pista com PAM4 400GAUI-4 (4 pistas), 106,25 Gbps por pista, 53,125 Gbaud por pista com PAM4 |
| Largura de banda total |
800 Gbps |
400 Gbps |
| Contagem de fibras |
16 fibras Tx+Rx (8 Tx, 8 Rx) para modo único paralelo (MPO-16)
Observação: Cada faixa óptica opera a 100 Gbps usando a modulação PAM4.
2 fibras Tx+Rx (1 Tx, 1 Rx) para WDM de 4 comprimentos de onda (LC dual duplex)
Observação: Para 800G, cada comprimento de onda transporta 200 Gbps, resultando em 4 comprimentos de onda por fibra.
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16 fibras Tx+Rx (8 Tx, 8 Rx) para modo único paralelo (MPO-16)
Observação: o transceptor 400G SR8 usa conectores MPO-16 e o transceptor 400G LR8 usa conector LC duplex.
8 fibras Tx+Rx (4 Tx, 4 Rx) para modo único paralelo (MPO-12)
Observação: Para transceptores de 400G com conectores MPO-12, 8 dos 12 canais de fibra são usados e 4 permanecem sem uso.
2 fibras Tx+Rx (1 Tx, 1 Rx) para WDM de 4 comprimentos de onda (LC dual duplex)
Observação: Para 400G, cada comprimento de onda transporta 100 Gbps, resultando em 4 comprimentos de onda por fibra.
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| Tipo de conector |
LC duplex duplo MPO-12 duplo CS duplex duplo MPO-16 |
Duplex LC MPO-12 MPO-16 (suporta transceptores ópticos SR8 de 400G) |
| Fator de forma |
QSFP-DD ou OSFP |
QSFP-DD |
| Padrões |
IEEE 802.3df-2024 |
IEEE 802.3-2022 IEEE 802.3cd (para sinalização de 50 Gbps usando modulação PAM4) |
| Taxa de símbolo (taxa de transmissão) |
~53,125 GBd para pistas PAM4 de 100G |
~26,5625 GBd para pistas PAM4 de 50G; ~53,125 GBd para pistas PAM4 de 100G |
Métodos de modulação
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Pulse Amplitude Modulation 4-level (PAM4)— PAM4 é um formato de modulação de quatro níveis. Existem quatro níveis de amplitude distintos dentro de uma faixa ou canal de dados elétricos ou ópticos, de modo que cada nível de amplitude represente dois bits de dados. Como resultado, a modulação PAM-4 pode transmitir o dobro da quantidade de dados sem um aumento significativo na velocidade dos componentes ópticos. No entanto, o uso da modulação PAM4 que usa 4 níveis de sinal reduz consideravelmente a relação sinal-ruído (SNR). O SNR é reduzido, pois a distância entre dois níveis de sinal é de apenas um terço em comparação com a modulação NRZ binária. Isso resulta em uma diferença teórica de SNR de ~ 10 dB, ou para ser exato 20 x log10 (1/3). É por causa dessa diferença no SNR que tanto o DSP quanto o FEC são obrigatórios em combinação com a modulação PAM4.
A correção de erro de encaminhamento (FEC) é uma técnica de codificação de canal para lidar com a integridade do sinal. A FEC transmite dados com redundâncias. Ele é projetado de forma que as informações não precisem ser retransmitidas para corrigir erros detectados na extremidade receptora do link. A FEC é habilitada por padrão nos transceptores ópticos da Juniper.
Os FECs são implementados por meio de algoritmos FEC. Os algoritmos FEC são técnicas matemáticas específicas ou esquemas de codificação. Os algoritmos da FEC detectam e corrigem erros nos dados transmitidos sem exigir retransmissão. O processo FEC envolve duas etapas:
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Codificação (no Tx ou transmissor) — O algoritmo FEC processa os dados originais e adiciona bits redundantes ou bits de paridade com base em uma regra matemática específica. Os dados codificados são então transmitidos pelo canal de comunicação.
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Decodificação (no Rx ou Receptor) — O receptor usa o algoritmo FEC para analisar os dados recebidos, incluindo os bits redundantes. Se forem detectados erros, o algoritmo tentará corrigi-los com base na redundância.
A capacidade de correção de erros do FEC depende do algoritmo específico usado e da quantidade de redundância adicionada. Para transceptores ópticos de 400G, o código FEC padronizado pela indústria é conhecido como FEC119 ou RS (544, 514). Este código é definido na Cláusula 119 da IEEE 802.3-2022 e consiste em um código de correção de erros de encaminhamento da família de códigos Reed-Solomon (RS) que pode corrigir até 15 erros de símbolo em uma única palavra de código. Esse código FEC às vezes é chamado de KP4 , pois foi usado pela primeira vez em um padrão 100G para backplanes de cobre, conhecido como 100GBASE-KP4. Quando o número de erros de símbolo excede 15 em uma única palavra de código, ele não pode mais ser corrigido pelo algoritmo de decodificação FEC, resultando em uma palavra de código não corrigida (UCW).
Figura 1: FEC 119 em sistemas ópticos
de 400G
As extremidades do transmissor e do receptor de um link de comunicação que usa transceptores ópticos 400G têm FEC. O algoritmo FEC codifica os dados antes da transmissão e decodifica e corrige os erros nos dados após o recebimento. Em resumo, o PAM4 permite a transmissão eficiente de dados a curta distância, mas exige mais processamento de sinal e correção de erros.
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Modulação sem retorno a zero (NRZ ou PAM2) — NRZ é um formato de modulação binária de dois níveis. Existem dois níveis de amplitude distintos em um canal de dados elétrico ou óptico. O sinal não retorna ao repouso de linha de base entre os bits. Em vez disso, ele flutua entre 1 que representa um valor mais alto de potência e 0 que representa um valor mais baixo.
PAM4 e NRZ
Algumas das outras tecnologias que os enlaces ópticos 400G usam são:
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Técnicas avançadas de processamento digital de sinais (DSP) — Aprimora a integridade do sinal e estende o alcance dos transceptores de 400G por fibra óptica. Todos os transceptores ópticos de 400G usam DSP. Funções como Feed-Forward Equalization (FFE), Decision Feedback Equalization (DFE) e Clock Data Recovery (CDR) são usadas em todos os sistemas ópticos 400G. A óptica DWDM ajustável (ZR e ZR+) usa funções DSP avançadas. O DSP envolve vários componentes, como:
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SerDes (Serializador/Desserializador) — O SerDes converte dados entre formulários seriais e paralelos, permitindo uma transferência de dados eficiente e de alta velocidade dentro da óptica. Ele trabalha em estreita colaboração com o DSP para gerenciar o fluxo e a conversão de dados. Para obter mais informações, consulte Serializador/Desserializador (SerDes).
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FFE (Feed-forward Equalization) e DFE (Decision Feedback Equalization) — FFE e DFE mitigam a interferência inter-símbolo (ISI) e aumentam a clareza do sinal. O FFE aborda distorções lineares antes que uma decisão seja tomada. O DFE ajuda a corrigir erros com base em símbolos recebidos anteriormente, trabalhando dinamicamente para melhorar a qualidade geral do sinal.
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Recuperação de dados de clock (CDR) — Extrai informações de tempo de um sinal de dados e garante a recuperação e transmissão precisas de dados em uma rede óptica.
Consulte a Ferramenta de compatibilidade de hardware para obter a lista de transceptores, suas especificações e a lista de dispositivos suportados pelos transceptores.
Características principais
A seguir estão as principais considerações de projeto para um transceptor de 400G:
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Formato—Os transceptores ópticos de 400G da Juniper incorporam o formato QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) para atender aos requisitos térmicos e de alta potência para transmissão de dados de 400 Gbps. QSFP-DD é o fator de forma dominante para óptica 400G na indústria.
Observação:Para transceptores ópticos de 400G, a Juniper atualmente não oferece suporte ao fator de forma OSFP.
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Tipo e alcance da fibra — o tipo de fibra especifica o tipo de fibra óptica (monomodo ou multimodo) compatível com transceptores de 400G. O alcance fornece a distância ou alcance máximo suportado para um transceptor óptico. Ele ajuda você a selecionar o transceptor óptico apropriado para diferentes aplicações, como inter-data center, intra-data center, redes de longa distância e assim por diante.
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Distribuição de pista—O IEEE 802.3ba define a distribuição de faixa. A distribuição de pista acontece no PCS, e as pistas são então multiplexadas para 1, 4 ou 8 pistas no PMD, dependendo do tipo de óptica exato. Os tipos de distribuição de faixa incluem:
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Pista única — Em uma configuração de pista única, todo o sinal Ethernet é transmitido por uma pista ou canal óptico.
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Múltiplas pistas — A distribuição de múltiplas pistas aproveita a transmissão óptica paralela removendo os sinais Ethernet em várias faixas de baixa taxa. As faixas de baixa tarifa são mapeadas em faixas ou canais ópticos. Isso resulta em um custo por bit mais ideal, menos pontos de falha e interfaces e menos energia e aquecimento.
Os enlaces ópticos de 400G suportam apenas a taxa de pista de 400G. No entanto, com a separação, os enlaces ópticos de 400G da Juniper podem ser divididos em várias subinterfaces, garantindo que a largura de banda total seja de 400G. As portas de fuga de velocidades mais baixas são totalmente independentes e podem ser executadas em domínios de tempo separados, permitindo aplicações de densidade mais alta.
Figura 3: Solução 4x100G usando quatro comprimentos de
onda
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Números de produtos ópticos da Juniper
Os componentes ópticos da Juniper, como transceptores, cabos e conectores, seguem uma convenção de nomenclatura. Cada elemento no nome do produto corresponde a uma especificação. Ele ajuda você a entender e selecionar melhor o componente óptico de que precisa. Por exemplo:
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JCO400-QDD-ZR
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JCO — Indica transceptores ópticos coerentes (JCO) da Juniper ou transceptores ópticos DWDM ajustáveis. O JCO é um componente central da Arquitetura de roteamento óptico convergido (CORA) da Juniper. Ele oferece a maior eficiência de energia do setor, simplicidade operacional, arquitetura aberta e design DWDM integrado. Os 400 no JCO400 indicam que o transceptor é capaz de lidar com velocidades de transmissão de 400 Gbps.
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QDD — Abreviação de QSFP-DD. Ele identifica o fator de forma do transceptor.
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ZR — ZR é um padrão desenvolvido pelo Optical Internetworking Forum (OIF). É oferecido nas especificações ZR e ZR+. O JCO400-QDD-ZR suporta ZR que é capaz de transmitir dados a distâncias de até 120 quilômetros.
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QDD-400G-DR4
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QDD — Abreviação de QSFP-DD. Ele identifica o fator de forma do transceptor.
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400G — Indica que o transceptor é capaz de transferir dados a taxas de 400 Gbps.
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DR4 — significa 400GBase-DR4. É um padrão específico que usa quatro pistas paralelas de 100 Gbps para entregar 400 Gbps.
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Você pode distinguir os cabos ópticos da Juniper dos transceptores usando os números de produto. Por exemplo, QDD-400G-AOC-3M e QDD-8x50G-1M (cabos da Juniper) especificam o tipo de cabo (AOC ou DAC) e a faixa de distância (3 metros ou 1 metro) em seus nomes de produtos.
Arquitetura do transceptor de 400G (X8)
O design padrão da indústria e mais amplamente implantado para transceptores 400G usa uma interface elétrica PAM4 8x50G de oito pistas (400GAUI-8) no lado do host. X8 denota a interface elétrica de oito pistas. O lado do host representa a parte do transceptor que se conecta ao switch, roteador ou qualquer outro dispositivo host. No lado da linha, os transceptores de 400G usam uma interface óptica 4x100G PAM4 de quatro pistas (400G-DR4). O lado da linha representa a parte do transceptor que transmite e recebe dados por cabos de fibra para a rede.
Essa arquitetura é usada em formatos de transceptor de 400G, como QSFP-DD. A seguir estão os diferentes componentes de uma arquitetura de transceptor 400G:
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Plataforma 400G — o dispositivo (switch ou roteador) da Juniper que oferece suporte à arquitetura 400G.
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8x50 Gbps elétrico — A interface elétrica entre o switch e os componentes do transceptor. Ele pode transmitir dados em oito pistas elétricas separadas de 50 Gbps.
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4x100 Gbps óptico — A interface óptica entre o transceptor e a rede. Ele pode transmitir dados por quatro faixas ópticas separadas de 100 Gbps.
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Processador de sinal digital (DSP) — O DSP (processador de sinal digital) 400G executa o condicionamento e a conversão de sinal entre as pistas elétricas 8x50G e as pistas ópticas 4x100G. O PAM4 efetivamente dobra a quantidade de dados que você pode transmitir. O CDR é responsável por reprogramar os dados de entrada para reduzir o jitter. O DSP lida com funções como equalização, correção de erros e outras tarefas de processamento de sinal.
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Driver - Motivadores são componentes eletrônicos que amplificam o sinal elétrico. A arquitetura do transceptor x8 tem oito drivers. Cada motorista corresponde a uma faixa 50G.
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Lasers modulados diretamente — Os lasers modulados convertem os sinais elétricos amplificados em sinais ópticos. Inclui lasers emissores de superfície de cavidade vertical (VCSELs) para aplicações multimodo e lasers modulados diretamente (DMLs) para aplicações monomodo.
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Amplificadores de transimpedância (TIA) — TIA é a extremidade receptora de uma transmissão óptica. Ele converte a saída de corrente elétrica de um fotodiodo em um nível de tensão específico. Ele pode operar com níveis de sinal muito baixos que são típicos para comunicação óptica de longa distância.
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Fotodetector - Ele funciona em conjunto com o TIA para converter as informações ópticas de volta em forma elétrica.
Alguns transceptores ópticos de 400G, como os módulos SR8, usam oito pistas paralelas, cada uma funcionando a 50G PAM4, convertendo diretamente sinais elétricos em ópticos. Alguns transceptores de óptico 400G usam uma caixa de engrenagens para converter pistas elétricas de 8×50G em pistas de óptico de 4×100G. Por exemplo, os módulos FR4 e LR4 usam uma caixa de engrenagens 8:4, onde as oito pistas elétricas em 50G PAM4 são convertidas em quatro pistas ópticas em 100G PAM4. Isso reduz o número de pistas ópticas e fibras necessárias, simplificando o cabeamento e os conectores. Por exemplo, uma arquitetura de 8×100G requer oito fibras para suas oito pistas, geralmente usando conectores MPO ou vários conectores LC duplex. No entanto, um módulo 400G, como FR4 ou LR4, que usa pistas de óptico 4×100G, requer apenas quatro fibras (dois conectores LC duplex) para transmitir e receber sinais.
Serializador/Desserializador (SerDes)
Um SerDes consiste em um transceptor de circuito integrado (IC ou chip). Um IC pode conter vários SerDes. Cada SerDes dentro de um IC pode ter várias pistas. Cada uma dessas faixas em um SerDes pode lidar com o tráfego de entrada e saída. As duas unidades ou blocos funcionais dentro de um SerDes são:
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Paralelo na saída serial (PISO) ou o Serializador — Converte dados paralelos em dados seriais. A seção do transmissor do transceptor funciona como um conversor paralelo para serial que converte dados paralelos em dados seriais.
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Serial in parallel out (SIPO) ou o Desserializador — Converte dados seriais em dados paralelos. A seção receptora do transceptor serve como um conversor serial para paralelo que converte os dados seriais de volta em dados paralelos.
Os dispositivos SerDes oferecem suporte a vários modos operacionais entre dois pontos:
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Operações Simplex — Permite que a conversão de dados ocorra apenas em uma direção.
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Operações full-duplex — Permite que a conversão de dados ocorra em ambas as direções simultaneamente.
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Operações half-duplex — Permite que a conversão de dados ocorra em ambas as direções, mas não simultaneamente.
SerDes
O SerDes reduz o número de caminhos de dados e pinos de conexão ou fios necessários para transmitir dados. Ele combate os problemas comuns associados à transmissão paralela de energia, como aumento do consumo de energia, interferência eletromagnética e erros de temporização do relógio. Usando o SerDes, você pode transmitir com eficiência os sinais de dados de uma porta através de seus vários canais de breakout para a rede óptica e vice-versa.
SerDes