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800G 트랜시버 알아보기

800기가비트(800G) 트랜시버는 800Gbps의 데이터 전송 속도를 처리할 수 있는 옵티컬 모듈입니다. 최대 800Gbps의 전송 속도를 제공하는 800G 트랜시버는 최신 이전 제품(400G 트랜시버)의 두 배의 용량을 제공합니다. 800G 트랜시버는 다음과 같은 경우에 적합합니다.

  • 800G 포트를 갖춘 모든 호스트 플랫폼

  • 800Gbps 데이터 전송 네트워크

  • 손실을 최소화하면서 고속 데이터 전송이 필요한 통신 네트워크

800G 트랜시버는 여러 레인의 광 신호와 고급 변조 기술을 사용하여 더 높은 용량을 달성합니다. 800G 트랜시버는 여러 광섬유를 사용하는 멀티플렉싱을 사용합니다. 이 트랜시버는 또한 광섬유와 파장 멀티플렉싱의 조합을 사용하여 광학 신호를 전송합니다. 모든 800G 클라이언트 옵틱은 펄스 진폭 변조 4레벨(PAM4) 변조가 가능한 100G의 8레인을 사용합니다. PAM4는 기호당 53Gbaud x 2비트의 변조를 갖습니다. 800G 옵틱은 현재 파장 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱 기술만 사용하는 파장 분할 멀티플렉싱(WDM) 시스템을 지원하지 않습니다.

800G 트랜시버는 다양한 전송 속도와 브레이크아웃 모드를 지원하여 다양한 네트워크 전송 요구 사항과의 호환성을 보장합니다. 이러한 유연성 덕분에 단일 물리적 트랜시버를 논리적으로 여러 저속 이더넷 포트로 분할하여 다양한 구축 시나리오에 적응할 수 있습니다.

  • 1x800G - 트랜시버는 단일 800G 포트로 작동하여 총 용량 800Gbps를 달성합니다.

  • 2x400G - 브레이크아웃 케이블은 포트를 두 개의 개별 400G 포트로 제공하여 총 800Gbps의 용량을 달성합니다.

  • 8x100G - 트랜시버는 8개의 개별 100G 포트로 분리되어 총 800Gbps의 용량을 달성할 수 있습니다.

주니퍼의 800G 트랜시버는 OSFP800 및 QSFP-DD800 폼 팩터를 사용합니다. 이 문서에서는 폼 팩터를 OSFP 및 QSFP-DD로 언급합니다.

변조 방법

  • PAM4—PAM4는 두 비트를 4개의 진폭 수준을 가진 단일 심볼로 결합하는 변조 방법입니다. 즉, PAM4는 네트워크를 통해 전송할 수 있는 데이터 양을 효과적으로 두 배로 늘립니다. PAM4는 필요한 신호 대 잡음비(SNR)보다 높으며 4파 혼합(FWM)에 취약합니다. FWM은 광섬유 통신 시스템에서 여러 광 신호(파장)가 광섬유 내에서 상호 작용할 때 발생하는 비선형 광학 현상입니다. PAM4 변조를 사용하여 10km 이상의 거리에서 800G 광 전송을 달성하는 데 어려움을 겪는 것은 주로 FWM 때문입니다. 신호 무결성을 처리하기 위해 FEC(Forward Error Correction)를 구성해야 합니다. 800G 옵티컬 트랜시버를 사용하는 통신 링크의 송신기 및 수신기 끝에서 FEC를 구성해야 합니다. 양쪽 끝에서 FEC를 구성할 때, FEC 알고리즘은 전송 전에 데이터를 인코딩하고 수신 시 데이터의 오류를 디코딩하고 수정합니다. 요약하자면, PAM4는 효율적인 단거리 데이터 전송을 가능하게 하지만 더 많은 신호 처리 및 오류 수정이 필요합니다.

    그림 1: PAM4 변조 Waveform diagram showing a PAM4 signal for binary sequence 0110100 and an eye diagram illustrating PAM4 signal quality with levels 11, 10, 01, and 00.

  • NRZ(Non-return to zero) 변조 - NRZ(Non-return to zero) 변조는 일반적으로 최대 100G의 저속 클라이언트 옵틱에 대한 변조 형식으로 사용됩니다. 그러나 800G 옵틱에 대한 산업 표준은 NRZ 변조를 사용하지 않습니다. 따라서 주니퍼의 800G 클라이언트 옵틱은 이를 지원하지 않습니다.

800G 옵티컬 트랜시버는 다음 기술을 사용합니다.

디지털 신호 처리

고급 디지털 신호 처리(DSP) 기술은 신호 무결성을 향상시키고 광섬유를 통해 800G 트랜시버의 범위를 확장합니다.

클럭 데이터 복구

클럭 데이터 복구(CDR)는 데이터 신호에서 타이밍 정보를 추출하여 광통신망에서 정확한 데이터 검색 및 전송을 보장합니다.

순방향 오류 수정

800G 옵티컬 트랜시버는 높은 전송 속도를 처리합니다. 따라서 노이즈, 신호 왜곡 및 비선형 효과로 인한 오류에 취약합니다. FEC(Forward Error Correction)는 송신기가 원본 데이터 스트림에 중복 데이터 또는 패리티 비트를 추가하는 오류 제어 방법입니다. 이러한 중복성을 통해 수신기는 재전송이 필요 없이 오류를 감지하고 수정할 수 있습니다. 재전송은 대기 시간이 길고 실시간 전송이 필요하기 때문에 광 트랜시버에서 실용적이지 않습니다.

FEC는 FEC 알고리즘을 통해 구현됩니다. FEC 알고리즘은 특정 수학적 기술 또는 코딩 체계입니다. FEC 알고리즘은 재전송 없이 전송된 데이터의 오류를 감지하고 수정합니다. FEC 프로세스에는 다음 두 단계가 포함됩니다.

  • 인코딩(Tx 또는 송신기에서) - FEC 알고리즘은 원본 데이터를 처리하고 특정 수학적 규칙에 따라 중복 비트 또는 패리티 비트를 추가합니다. 인코딩된 데이터는 그런 다음 통신 채널을 통해 전송됩니다.

  • 디코딩(수신 또는 수신기에서) - 수신기는 FEC 알고리즘을 사용하여 중복 비트를 포함하여 수신된 데이터를 분석합니다. 오류가 감지되면 알고리즘은 중복을 기반으로 오류 수정을 시도합니다.

FEC의 오류 수정 기능은 사용된 특정 알고리즘과 추가된 중복의 양에 따라 달라집니다. 일반적으로 사용되는 FEC 알고리즘 중 일부는 다음과 같습니다.

  • 리드-솔로몬(RS) FEC

  • 소프트 결정 FEC(SD-FEC)

  • LDPC(Low-Density Parity-Check) 코드

  • Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH) 코드

  • 연결된 FEC

FEC 알고리즘의 선택은 통신 시스템의 특정 요구 사항에 따라 다릅니다.

  • 데이터 전송 속도 - 고속 시스템에는 보다 효율적인 알고리즘이 필요합니다. LDPC 또는 터보 코드일 수 있습니다.
  • 오류 특성 - 버스트 오류는 Reed-Solomon과 같은 블록 코드로 더 잘 처리됩니다.
  • 지연 - 비디오 스트리밍과 같은 실시간 애플리케이션에는 저지연 알고리즘이 필요합니다.
  • 전력 및 복잡성 - 계산 리소스가 제한된 시스템은 Hamming 또는 BCH와 같은 간단한 코드를 사용할 수 있습니다.

트랜시버 목록, 사양 및 트랜시버에서 지원하는 디바이스 목록은 하드웨어 호환성 도구를 참조하십시오.

2세대 800G 옵틱

주니퍼의 2세대 800G 옵티컬 트랜시버는 레인당 100G의 전기 레인 8쌍과 레인당 200G의 옵티컬 또는 미디어 레인 4쌍을 지원합니다. 이 트랜시버는 다음 트랜시버 구성 유형에서 OSFP 폼 팩터를 지원합니다.

  • 일체형 방열판(OSFP, 공랭식 모델)

  • 라이딩 방열판(ORHS, 냉각판 수냉식 모델)

ORHS 또는 라이딩 방열판 변형은 랙의 방열판 메커니즘을 통해 외부 액체 냉각을 제공하는 ORv3 섀시용으로 설계되었습니다. OSFP 또는 통합 방열판 변형은 1세대 800G 옵틱과 유사한 냉각 메커니즘을 갖춘 독립형 공랭식 모델입니다.

2세대 800G 옵틱의 사양과 구조로 인해 1600G 옵틱과 배포가 가능합니다. 이러한 광학 장치는 이전 표준과도 하위 호환되지만 도달 거리가 500km 대신 2m로 줄어듭니다. 따라서 2세대 광 트랜시버 모듈은 두 가지 모드로 작동할 수 있습니다. 예를 들어, OSFP-800G-DR4-2 옵티컬 트랜시버는 2km 범위의 800G-DR4-2 표준 모드 또는 500m 범위의 800G-DR4 표준 모드에서 작동할 수 있습니다.

2세대 800G 광 트랜시버는 동일한 광섬유 유형, 최대 도달 거리 및 온도 범위를 가지므로 방열판 유형과 커넥터가 광학 장치를 선택할 때 주요 차별화 요소가 됩니다. 주니퍼가 현재 지원하는 2세대 800G 옵티컬 트랜시버에 대한 자세한 내용은 표 1을 참조하십시오.

표 1: 2세대 800G 옵틱
옵티컬 트랜시버 폼 팩터 방열판 표준 섬유 유형 최대 도달 범위 작동 온도 커넥터 유형
OSFP-800G-DR4-2 OSFP800 통합

800G-DR4-2

800G-DR4(500m)

 SMF 2 킬로미터

0 °C—70 °C

 MPO-12/APC
ORHS-800G-DR4-2 OSFP800-RHS 승마

800G-DR4-2

800G-DR4(500m)

 SMF 2 킬로미터

0 °C—70 °C

 MPO-12/APC
OSFP-800G-FR4 OSFP800 통합

800G-FR4

800G-FR4-500(500m)

 SMF 2 킬로미터

0 °C—70 °C

 LC/UPC
ORHS-800G-FR4 OSFP800-RHS 승마

800G-FR4

800G-FR4-500(500m)

 SMF 2 킬로미터

0 °C—70 °C

 LC/UPC

2세대 800G 옵틱의 변조

2세대 800G 옵틱은 4단계의 PAM4를 사용하여 각 옵티컬 레인에서 더 높은 데이터 전송 속도를 달성합니다. 기호당 1비트를 인코딩하는 기존의 NRZ(Non-Return-to-Zero) 신호와 달리 PAM4는 4개의 개별 신호 레벨을 사용하여 기호당 2비트를 인코딩합니다. 이 접근 방식은 실용적인 신호 속도를 유지하면서 기호당 전송되는 데이터 양을 효과적으로 두 배로 늘립니다.

4x200G 트랜시버 아키텍처에서 PAM4는 각 옵티컬 레인이 200Gbps 의 데이터를 전송할 수 있도록 하여 4개의 옵티컬 레인이 총 800Gbps의 대역폭을 제공할 수 있도록 합니다. 레인당 데이터 전송 속도를 높임으로써 PAM4는 8개의 100Gbps 옵티컬 레인에 의존했던 이전 800G 구현에 비해 필요한 옵티컬 레인 수를 줄입니다.

PAM4 변조에 대한 자세한 내용은 변조 방법을 참조하십시오.

주요 특징

800G 트랜시버의 주요 특성은 다음과 같습니다.

  • 폼 팩터 - 800G 트랜시버의 일반적인 폼 팩터에는 OSFP 및 QSFP-DD가 포함됩니다. OSFP 및 QSFP-DD 트랜시버 모듈은 800Gbps 데이터 전송의 더 높은 전력 및 열 요구 사항을 수용하도록 설계되었습니다. OSFP 폼 팩터는 QSFP-DD 폼 팩터보다 크기가 더 큽니다. 이를 통해 OSFP 폼 팩터를 갖춘 트랜시버가 더 높은 전력 손실을 처리하고 더 나은 냉각 솔루션을 제공할 수 있습니다.

  • 광섬유 유형 및 도달 범위—광섬유 유형은 800G 트랜시버와 호환되는 광섬유 유형(단일 모드 또는 다중 모드)을 지정합니다. 도달 범위는 옵티컬 트랜시버에 대해 지원되는 최대 거리 또는 범위를 제공합니다. 이는 데이터 센터 간, 데이터 센터 내부 등과 같은 다양한 애플리케이션에 적합한 광 트랜시버를 선택하는 데 도움이 됩니다.

  • 레인 분배 - 주니퍼의 800G 옵틱은 여러 파이버 페어 또는 파장 멀티플렉싱과 함께 8개의 병렬 레인을 사용합니다. 800G 옵틱에는 더 짧은 거리에서 사용되는 병렬 광섬유가 있습니다. 장거리 광통신에는 듀플렉스 단일 모드 광섬유를 이용한 파장 다중화가 사용됩니다.

주니퍼 옵티컬 제품 번호

트랜시버, 케이블, 커넥터와 같은 주니퍼의 옵티컬 구성 요소는 명명 규칙을 따릅니다. 제품 이름의 각 요소는 사양에 해당합니다. 적절한 광학 구성 요소를 더 잘 이해하고 선택하는 데 도움이 됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

  • QDD-2x400G-DR4

    • QDD - QSFP-DD의 약자입니다. 트랜시버의 폼 팩터를 식별합니다.

    • 2x400G - 트랜시버가 데이터 전송을 위해 두 개의 독립적인 400G 이더넷 인터페이스로의 브레이크아웃을 지원함을 나타냅니다.

    • DR4 - 400GBase-DR4를 나타냅니다. 이는 특정 표준이며 각 400G 채널이 400Gbps를 제공하기 위해 100Gbps의 4개의 병렬 레인을 사용함을 나타냅니다.

참고:

제품 번호를 사용하여 주니퍼 옵티컬 케이블과 트랜시버를 구분할 수 있습니다. 예를 들어, QDD-800G-AOC-5M 및 OSFP-800G-AOC-10M은 주니퍼 케이블의 제품 이름입니다. 제품 이름은 각 케이블의 폼 팩터(OSFP 또는 QSFP-DD), 데이터 전송 속도(800Gbps, 400Gbps 등), 케이블 유형(AOC 또는 DAC) 및 거리 범위(5미터, 10미터 등)를 지정합니다.

800G(x8) 트랜시버 아키텍처

800G 트랜시버를 위한 8x100 기가비트 아키텍처는 각각 100Gbps의 레인 8개를 사용합니다. 다음은 800G 트랜시버 아키텍처의 다양한 구성 요소입니다.

  • 호스트 플랫폼 - 800G 아키텍처를 지원하는 주니퍼 디바이스.

  • 8x100G 전기—스위치와 트랜시버 구성 요소 간의 전기적 인터페이스. 8개의 개별 100Gbps 전기 레인을 통해 데이터를 전송할 수 있습니다.

  • PAM4 CDR/DSP - 100Gbps 전기 레인을 지원합니다. PAM4는 전송할 수 있는 데이터의 양을 효과적으로 두 배로 늘립니다. CDR은 지터를 줄이기 위해 수신 데이터의 타이밍을 다시 조정하는 역할을 합니다. DSP는 이퀄라이제이션, 오류 수정 및 기타 신호 처리 작업과 같은 기능을 처리합니다.

  • 드라이버 x8 - 드라이버는 전기 신호를 증폭하는 전자 부품입니다. x8 트랜시버 아키텍처에는 8개의 드라이버가 있습니다. 각 드라이버는 100Gbps 전기 레인에 해당합니다.

  • 변조기 x8 - 8개의 레이저 변조기 각각은 하나의 100Gbps 전기 레인(x8)에 해당합니다. 800G 옵틱은 다음과 같은 유형의 변조기를 사용합니다.

    • 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) - VCSEL은 SR8/VR8과 같은 다중 모드 광학에 사용됩니다.

    • 직접 변조 레이저(DML) - DML은 DR8과 같은 단일 모드 광학에 사용됩니다. DML은 안정적인 직접 변조를 위해 회절 격자를 통합하는 분산 피드백(DFB) 구조를 사용합니다. 변조 속도와 전송 거리는 스펙트럼 선폭에 따라 다릅니다. 선폭이 좁을수록 더 빠른 속도와 더 긴 거리가 가능합니다. DML에서는 레이저 다이오드의 주입 전류를 조정하여 데이터가 변조되므로 저전력 애플리케이션에 적합한 컴팩트한 설계가 됩니다.

    • 전기 흡수 변조 레이저(EML) - EML은 레이저 다이오드와 전기 흡수 변조기를 단일 칩에 통합합니다. 레이저는 지속적으로 작동하고 변조기는 신호를 켜고 끕니다.

    DML과 달리 EML은 변조 중에 일정한 레이저 특성을 유지하며 낮은 색분산으로 인해 더 빠른 속도와 더 긴 거리 전송에 이점을 제공합니다. EML은 주로 통신 애플리케이션에서 25Gbps 이상의 속도와 10km에서 40km의 거리에 사용됩니다.

  • 8x100G 옵티컬 모듈 - 광 펄스 형태로 데이터를 전달하는 옵티컬 인터페이스입니다. 이 모델의 각 광섬유는 100Gbps의 데이터를 전송합니다.

  • 트랜스임피던스 증폭기(TIA) x8 - TIA는 포토다이오드의 전류를 전압 레벨로 변환하고 증폭합니다. 광통신에 일반적인 매우 낮은 신호 레벨로 작동 할 수 있습니다.

  • 광검출기 x8 - TIA와 함께 작동하여 광학 정보를 다시 전기적 형태로 변환합니다.

8x100G 아키텍처는 8개의 레인을 사용하여 총 800Gbps의 데이터 전송 속도를 달성합니다. 각 레인은 100Gbps를 처리합니다.

그림 2: 800G(x8) 트랜시버 아키텍처 Block diagram of 800G optical transceiver system: data flows from 800G switch through PAM4 CDR/DSP, Driver x8, Laser Modulator x8, Photo Detector x8, and TIA x8, handling 8x100G electrical inputs and outputs 8x100G optical signals.

2세대 800G(4x200G) 트랜시버 아키텍처

800G 트랜시버를 위한 4x200 기가비트 아키텍처는 각각 200Gbps의 옵티컬 레인 4개를 사용하면서 호스트 플랫폼으로 향하는 8개의 100Gbps 전기 레인을 유지합니다. 기어박스 DSP는 8개의 100Gbps PAM4 전기 레인을 4개의 200Gbps PAM4 옵티컬 레인으로 변환합니다. 다음은 800G 트랜시버 아키텍처의 다양한 구성 요소입니다.

  • 호스트 플랫폼 - 800G 아키텍처를 지원하는 주니퍼 디바이스.

  • 8x100G 전기—스위치와 트랜시버 구성 요소 간의 전기적 인터페이스. 8개의 개별 100Gbps 전기 레인을 통해 데이터를 전송합니다.

  • 기어박스 DSP(8x100G PAM4 to 4x200G PAM4) - 기어박스 DSP는 전송 경로에서 8개의 100Gbps PAM4 전기 레인을 4개의 200Gbps PAM4 옵티컬 레인으로 집계합니다. 수신 경로에서 4개의 200Gbps PAM4 옵티컬 레인을 8개의 100Gbps PAM4 전기 레인으로 다시 변환합니다. 이 기능은 100Gbps 전기 레인을 사용하는 호스트 시스템과 200Gbps 레인을 사용하는 옵티컬 인터페이스 간의 상호 운용성을 가능하게 합니다.

  • PAM4 클럭 데이터 복구(CDR)/디지털 신호 프로세서(DSP) - PAM4 CDR/DSP는 200Gbps PAM4 옵티컬 레인을 지원합니다. PAM4는 기존 NRZ 신호에 비해 전송되는 데이터의 양을 효과적으로 두 배로 늘립니다. CDR은 들어오는 데이터를 다시 타이밍하여 지터를 줄이는 반면, DSP는 이퀄라이제이션, 신호 컨디셔닝, 오류 수정 및 기타 신호 처리 작업과 같은 기능을 수행합니다.

  • 드라이버 x4 - 드라이버는 전송 전에 전기 신호를 증폭하는 전자 부품입니다. 4x200G 트랜시버 아키텍처는 4개의 드라이버를 사용하며 각 드라이버는 하나의 200Gbps 옵티컬 레인에 해당합니다.

  • 레이저 변조기 x4 - 4개의 레이저 변조기는 4개의 200Gbps 옵티컬 레인에 해당합니다. 이 광 송신기는 광섬유를 통해 전송하기 위해 전기 PAM4 신호를 광 신호로 변환합니다. 옵티컬 유형과 전송 거리에 따라 아키텍처는 DML 또는 EML과 같은 기술을 사용할 수 있습니다.

  • 4x200G 옵티컬 모듈 - 옵티컬 인터페이스는 4개의 옵티컬 레인을 통해 광 펄스 형태로 데이터를 전달합니다. 각 옵티컬 레인은 200Gbps의 데이터를 전송하여 800Gbps의 총 대역폭을 제공합니다.

  • 트랜스임피던스 증폭기(TIA) x4 - TIA는 광검출기에서 수신된 전류를 사용 가능한 전압 신호로 변환하고 증폭합니다. 이 제품은 광통신 시스템에서 일반적으로 매우 낮은 신호 레벨로 작동하도록 설계되었습니다.

  • 광검출기 x4 - 광검출기는 들어오는 광 신호를 전기 신호로 변환합니다. TIA와 함께 작동하여 광학 매체에서 전송된 데이터를 복구합니다.

4x200G 아키텍처는 4개의 옵티컬 레인을 사용하여 총 800Gbps의 데이터 전송 속도를 달성합니다. 각 옵티컬 레인은 200Gbps를 처리하는 반면, 기어박스 DSP는 호스트측 8x100G 전기 인터페이스와 네트워크 측 4x200G 옵티컬 인터페이스 간의 레인 변환을 수행합니다.

그림 3: 2세대 800G 트랜시버 아키텍처 Second-Generation 800G Transceiver Architecture