Kennen Sie Ihren 400G-Transceiver

Hauptmerkmale

Im Folgenden sind die wichtigsten Designüberlegungen für einen 400G-Transceiver aufgeführt:

• Formfaktor: Die optischen 400G-Transceiver von Juniper verfügen über den QSFP-DD-Formfaktor (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density), um die hohen Leistungs- und Wärmeanforderungen für eine Datenübertragung von 400 Gbit/s zu erfüllen. QSFP-DD ist der vorherrschende Formfaktor für 400G-Optiken in der Branche.

  Hinweis:

  Für optische 400G-Transceiver unterstützt Juniper derzeit nicht den OSFP-Formfaktor.

• Fasertyp und -reichweite: Der Fasertyp gibt den Typ der optischen Faser (Singlemode oder Multimode) an, die mit 400G-Transceivern kompatibel ist. Der Reach gibt die maximale unterstützte Entfernung oder Reichweite für einen optischen Transceiver an. Es hilft Ihnen bei der Auswahl des geeigneten optischen Transceivers für verschiedene Anwendungen, z. B. zwischen Datencentern, Intra-Datencentern, Langstreckennetzwerken usw.

• Lane-Verteilung: IEEE 802.3ba definiert die Lane-Verteilung. Die Spurverteilung erfolgt im PCS, und die Fahrspuren werden dann je nach genauem Optiktyp auf 1, 4 oder 8 Spuren im PMD gemultiplext. Zu den Arten der Fahrspurverteilung gehören:

  • Single Lane: In einer Single-Lane-Konfiguration wird das gesamte Ethernet-Signal über eine optische Lane oder einen Kanal übertragen.

  • Mehrere Lanes: Die Verteilung mehrerer Lanes nutzt die parallele optische Übertragung, indem Ethernet-Signale in mehrere Low-Rate-Lanes aufgeteilt werden. Die Low-Rate-Lanes werden in optische Lanes oder Kanäle abgebildet. Dies führt zu optimaleren Kosten pro Bit, weniger Fehlerstellen und Schnittstellen sowie geringerem Energie- und Wärmeverbrauch.

  400G-Optiken unterstützen nur die 400G-Lane-Rate. Mit einem Breakout können die 400G-Optiken von Juniper jedoch in mehrere Subschnittstellen aufgeteilt werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Gesamtbandbreite 400G beträgt. Die Breakout-Ports mit niedrigeren Geschwindigkeiten sind völlig unabhängig und können in separaten Zeitbereichen betrieben werden, was Anwendungen mit höherer Dichte ermöglicht.

  Abbildung 3: 4x100G-Lösung mit vier Wellenlängen

Optische Produkte von Juniper

Die optischen Komponenten von Juniper wie Transceiver, Kabel und Anschlüsse folgen einer Namenskonvention. Jedes Element im Produktnamen entspricht einer Spezifikation. Es hilft Ihnen, die optische Komponente, die Sie benötigen, besser zu verstehen und auszuwählen. Zum Beispiel:

• JCO400-QDD-ZR

  • JCO: Er bezeichnet kohärente optische (JCO) Transceiver von Juniper oder abstimmbare optische DWDM-Transceiver. JCO ist ein Core-Komponente der Juniper Converged Optical Routing Architecture (CORA). Er bietet branchenführende Energieeffizienz, betriebliche Simplizität, eine offene Architektur und ein integriertes DWDM-Design. Die 400 in JCO400 gibt an, dass der Transceiver Übertragungsgeschwindigkeiten von 400 Gbit/s bewältigen kann.

  • QDD – Abkürzung für QSFP-DD. Es identifiziert den Formfaktor des Transceivers.

  • ZR—ZR ist ein Standard, der vom Optical Internetworking Forum (OIF) entwickelt wurde. Er wird entweder in den Spezifikationen ZR und ZR+ angeboten. JCO400-QDD-ZR unterstützt ZR, das Daten über Entfernungen von bis zu 120 Kilometern übertragen kann.

• QDD-400G-DR4

  • QDD – Abkürzung für QSFP-DD. Es identifiziert den Formfaktor des Transceivers.

  • 400G: Gibt an, dass der Transceiver Datenübertragungsraten von 400 Gbit/s unterstützen kann.

  • DR4 – Steht für 400GBase-DR4. Es handelt sich um einen speziellen Standard, der vier parallele Lanes mit 100 Gbit/s verwendet, um 400 Gbit/s zu liefern.

400G (x8) Transceiver-Architektur

Das branchenübliche und am weitesten verbreitete Design für 400G-Transceiver verwendet eine achtspurige elektrische 8x50G-PAM4-Schnittstelle (400GAUI-8) auf der Host-Seite. X8 bezeichnet die achtspurige elektrische Schnittstelle. Die Host-Seite repräsentiert den Teil des Transceiver, der mit dem Switch, dem Router oder einem anderen Host-Gerät verbunden ist. Auf der Leitungsseite verwenden die 400G-Transceiver eine vierspurige 4x100G PAM4 optische Schnittstelle (400G-DR4). Die Leitungsseite stellt den Teil des Transceivers dar, der Daten über Glasfaserkabel an das Netzwerk überträgt und empfängt.

Diese Architektur wird in 400G-Transceiver-Formfaktoren wie QSFP-DD verwendet. Im Folgenden sind die verschiedenen Komponenten einer 400G-Transceiverarchitektur aufgeführt:

• 400G-Plattform: Das Gerät von Juniper (Switch oder Router), das die 400G-Architektur unterstützt.

• 8 x 50 Gbit/s elektrisch: Die elektrische Schnittstelle zwischen dem Switch und den Transceiver-Komponenten. Er kann Daten über acht separate elektrische 50-Gbit /s-Pfade übertragen.

• 4x100 Gbit/s optisch: Die optische Schnittstelle zwischen dem Transceiver und dem Netzwerk. Er kann Daten über vier separate optische 100-Gbit /s-Lanes übertragen.

• Digitaler Signalprozessor (DSP): Der 400G DSP (Digital Signal Processor) führt die Signalkonditionierung und -umwandlung zwischen den elektrischen 8x50G-Lanes und den optischen 4x100G-Lanes durch. PAM4 verdoppelt effektiv die Datenmenge, die Sie übertragen können. Der CDR ist für die Neutaktung eingehender Daten verantwortlich, um Jitter zu reduzieren. Der DSP übernimmt Funktionen wie Entzerrung, Fehlerkorrektur und andere Signalverarbeitungsaufgaben.

• Treiber: Treiber sind elektronische Komponenten, die das elektrische Signal verstärken. Die x8-Transceiver-Architektur verfügt über acht Treiber. Jeder Fahrer entspricht einer 50G-Spur.

• Direkt modulierte Laser – Modulierte Laser wandeln die verstärkten elektrischen Signale in optische Signale um. Es umfasst oberflächenemittierende Laser mit vertikaler Kavität (VCSELs) für Multimode-Anwendungen und direkt modulierte Laser (DMLs) für Singlemode-Anwendungen.

• Transimpedanzverstärker (TIA): TIA ist der Empfänger einer optischen Übertragung. Es wandelt den elektrischen Strom einer Fotodiode in ein bestimmtes Spannungsniveau um. Es kann mit sehr niedrigen Signalpegeln arbeiten, die für die optische Kommunikation über große Entfernungen typisch sind.

• Photo-Detector – Arbeitet mit dem TIA zusammen, um die optischen Informationen wieder in elektrische Form umzuwandeln.

Einige optische 400G-Transceiver, wie z. B. SR8-Module, verwenden acht parallele Lanes, die jeweils mit 50G PAM4 laufen und elektrische in optische Signale direkt umwandeln. Einige 400G optisch Transceiver verwenden ein Getriebe, um elektrische 8×50G-Lanes in 4×100G optisch Lanes umzuwandeln. FR4- und LR4-Module verwenden beispielsweise ein 8:4-Getriebe, bei dem die acht elektrischen Spuren bei 50G PAM4 in vier optische Spuren bei 100G PAM4 umgewandelt werden. Dies reduziert die Anzahl der erforderlichen optischen Spuren und Glasfasern und vereinfacht die Verkabelung und die Anschlüsse. Eine 8×100G-Architektur benötigt beispielsweise acht Glasfasern für ihre acht Lanes, oft mit MPO-Steckverbindern oder mehreren Duplex-LC-Steckverbindern. Ein 400G Modul wie FR4 oder LR4, der 4×100G optisch-Lanes verwendet, benötigt jedoch nur vier Glasfasern (zwei Duplex-LC-Anschlüsse), um Signale zu senden und zu empfangen.

Serializer/Deserializer (SerDes)

Ein SerDes besteht aus einem Transceiver mit integriertem Schaltkreis (IC oder Chip). Ein IC kann mehrere SerDes enthalten. Jede SerDes innerhalb eines IC kann mehrere Lanes haben. Jede dieser Fahrspuren in einem SerDes kann Ein- und Ausgabeverkehr verarbeiten. Die beiden Funktionseinheiten oder Blöcke innerhalb eines SerDes sind:

• Parallel in Serial Out (PISO) oder Serializer – Wandelt parallele Daten in serielle Daten um. Die Sendersektion des Transceivers fungiert als Parallel-Seriell-Wandler, der parallele Daten in serielle Daten umwandelt.

• Serial in Parallel Out (SIPO) oder Deserializer: Konvertiert serielle Daten in parallele Daten. Die Empfängersektion des Transceivers dient als Seriell-Parallel-Wandler, der die seriellen Daten wieder in parallele Daten umwandelt.

SerDes-Geräte unterstützen mehrere Betriebsmodi zwischen zwei Punkten:

• Simplex-Operationen: Ermöglicht die Datenkonvertierung nur in eine Richtung.

• Vollduplex-Operationen – Ermöglicht die gleichzeitige Datenkonvertierung in beide Richtungen.

• Halbduplex-Operationen – Ermöglicht die Datenkonvertierung in beide Richtungen, aber nicht gleichzeitig.

Abbildung 4: Übertragungsmodi in SerDes-Geräten

SerDes reduziert die Anzahl der Datenpfade und Verbindungsstifte oder Drähte, die für die Datenübertragung benötigt werden. Es wirkt den üblichen Problemen im Zusammenhang mit der parallelen Energieübertragung wie erhöhtem Stromverbrauch, elektromagnetischen Störungen und Takttimingfehlern entgegen. Mit SerDes können Sie die Datensignale von einem Port über seine zahlreichen Breakout-Kanäle effizient in das optische Netzwerk und umgekehrt übertragen.

Abbildung 5: Datenaustausch in SerDes-Chips