Conozca su transceptor de 800 G
Los transceptores de 800 Gigabit (800G) son módulos ópticos capaces de manejar velocidades de datos de 800 Gbps. Con una velocidad de transmisión de hasta 800 Gbps, los transceptores de 800 G ofrecen el doble de capacidad que sus predecesores más recientes (transceptores de 400G). Los transceptores de 800 G son ideales para:
-
Cualquier plataforma host con puertos 800G
-
Redes con transmisión de datos de 800 gigabits
-
Redes de telecomunicaciones que requieren transmisión de datos de alta velocidad con pérdidas mínimas
Un transceptor de 800 G utiliza múltiples carriles de señales ópticas y técnicas de modulación avanzadas para lograr capacidades más altas. Los transceptores de 800 G emplean multiplexación utilizando múltiples fibras. Estos transceptores también usan una combinación de multiplexación de fibra y longitud de onda para transmitir una señal óptica. Todos los elementos ópticos de cliente de 800 G utilizan 8 carriles de 100 G con modulación de amplitud de pulso y modulación de 4 niveles (PAM4). PAM4 tiene una modulación de 53 Gbaud x 2 bits por símbolo. Actualmente, la óptica de 800 G no admite sistemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) que utilicen únicamente técnicas de multiplexación y demultiplexación de longitud de onda.
Los transceptores de 800 G admiten múltiples velocidades de transmisión y modos de ruptura para garantizar la compatibilidad con varios requisitos de transporte de red. Esta flexibilidad permite que un único transceptor físico se divida lógicamente en varios puertos Ethernet de menor velocidad, adaptándose a diferentes escenarios de despliegue:
-
1 x 800 G: el transceptor funciona como un único puerto de 800 G para lograr una capacidad total de 800 Gbps.
-
2 x 400 G: el cable de conexión proporciona el puerto como dos puertos de 400G independientes para lograr una capacidad total de 800 Gbps.
-
8 x 100 G: el transceptor puede dividirse en ocho puertos de 100 G separados para alcanzar una capacidad total de 800 Gbps.
Los transceptores de 800G de Juniper utilizan los factores de forma OSFP800 y QSFP-DD800. Este documento se refiere a los factores de forma como OSFP y QSFP-DD.
- Métodos de modulación
- Procesamiento digital de señales
- Recuperación de datos del reloj
- Corrección de errores de reenvío
Métodos de modulación
-
PAM4: PAM4 es un método de modulación que combina dos bits en un único símbolo con cuatro niveles de amplitud. Es decir, PAM4 duplica efectivamente la cantidad de datos que puede transmitir a través de una red. PAM4 tiene una relación señal/ruido (SNR) más alta de lo requerido y es susceptible a la mezcla de cuatro ondas (FWM). La FWM es un fenómeno óptico no lineal que ocurre en los sistemas de comunicación de fibra óptica cuando múltiples señales ópticas (longitudes de onda) interactúan dentro de la fibra. El desafío de lograr una transmisión óptica de 800G en distancias superiores a 10 km utilizando la modulación PAM4 se debe principalmente a FWM. Es necesario configurar la corrección de errores hacia adelante (FEC) para manejar la integridad de la señal. Debe configurar la FEC en los extremos del transmisor y del receptor de un vínculo de comunicación que utilice transceptores ópticos de 800 G. Cuando se configura FEC en ambos extremos, el algoritmo FEC codifica los datos antes de la transmisión y decodifica y corrige los errores en los datos al recibirlos. En resumen, PAM4 permite una transmisión eficiente de datos a corta distancia, pero exige más procesamiento de señales y corrección de errores.
Figura 1: Modulación
PAM4
-
Modulación sin retorno a cero (NRZ): la modulación sin retorno a cero (NRZ) se utiliza comúnmente como formato de modulación para ópticas de cliente de baja velocidad de hasta 100G. Sin embargo, los estándares de la industria para la óptica de 800 G no utilizan la modulación NRZ. Por lo tanto, la óptica de clientes de 800G de Juniper no admite esto.
Los transceptores ópticos de 800 G utilizan las siguientes tecnologías:
Procesamiento digital de señales
Las técnicas avanzadas de procesamiento digital de señales (DSP) mejoran la integridad de la señal y extienden el alcance de los transceptores de 800 G a través de fibra óptica.
Recuperación de datos del reloj
La recuperación de datos de reloj (CDR) extrae información de tiempo de una señal de datos y garantiza una recuperación y transmisión de datos precisas en una red óptica.
Corrección de errores de reenvío
El transceptor óptico de 800 G maneja altas velocidades de transmisión. Por lo tanto, es susceptible a errores causados por ruido, distorsiones de señal y efectos no lineales. La corrección de errores hacia adelante (FEC) es un método de control de errores en el que el transmisor agrega datos redundantes o bits de paridad al tren de datos original. Esta redundancia permite al receptor detectar y corregir errores sin necesidad de retransmisión. La retransmisión no es práctica en transceptores ópticos debido a la alta latencia y la necesidad de transmisión en tiempo real.
Las FEC se implementan a través de algoritmos FEC. Los algoritmos FEC son técnicas matemáticas específicas o esquemas de codificación. Los algoritmos FEC detectan y corrigen errores en los datos transmitidos sin necesidad de retransmisión. El proceso FEC consta de dos pasos:
-
Codificación (en la transmisión o en el transmisor): el algoritmo FEC procesa los datos originales y agrega bits redundantes o bits de paridad según una regla matemática específica. A continuación, los datos codificados se transmiten a través del canal de comunicación.
-
Decodificación (en la recepción o en el receptor): el receptor utiliza el algoritmo FEC para analizar los datos recibidos, incluidos los bits redundantes. Si se detectan errores, el algoritmo intenta corregirlos en función de la redundancia.
La capacidad de corrección de errores de FEC depende del algoritmo específico utilizado y de la cantidad de redundancia agregada. Algunos de los algoritmos FEC más utilizados son:
-
Reed-Solomon (RS) FEC
-
FEC de decisión suave (SD-FEC)
-
Códigos de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC)
-
Códigos de Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH)
-
FEC concatenada
La elección del algoritmo FEC depende de los requisitos específicos del sistema de comunicación:
- Velocidad de datos: los sistemas de alta velocidad requieren algoritmos más eficientes. Estos podrían ser códigos LDPC o turbo.
- Características de error: los errores de ráfaga se manejan mejor con códigos de bloque como Reed-Solomon.
- Latencia: las aplicaciones en tiempo real, como la transmisión de video, requieren algoritmos de baja latencia.
- Potencia y complejidad: los sistemas con recursos computacionales limitados pueden usar códigos más simples como Hamming o BCH.
Consulte la herramienta de compatibilidad de hardware para obtener la lista de transceptores, sus especificaciones y la lista de dispositivos compatibles con los transceptores.
Características clave
Las siguientes son las características clave de un transceptor de 800G:
-
Factor de forma: los factores de forma comunes para los transceptores de 800 G incluyen OSFP y QSFP-DD. Los módulos transceptores OSFP y QSFP-DD están diseñados para adaptarse a los requisitos térmicos y de mayor potencia de 800 Gbps de transmisión de datos. El factor de forma OSFP tiene dimensiones más grandes que el factor de forma QSFP-DD. Permite que los transceptores con factor de forma OSFP manejen una mayor disipación de energía y brinden mejores soluciones de refrigeración.
-
Tipo de fibra y alcance: el tipo de fibra especifica el tipo de fibra óptica (monomodo o multimodo) compatible con transceptores de 800 G. El alcance proporciona la distancia o el alcance máximos admitidos para un transceptor óptico. Le ayuda a seleccionar el transceptor óptico adecuado para diferentes aplicaciones, como entre centros de datos, intracentros de datos, etc.
-
Distribución de carriles: la óptica de 800G de Juniper utiliza ocho carriles paralelos, ya sea con múltiples pares de fibra o con multiplexación de longitud de onda. La óptica de 800 G tiene fibras paralelas que se utilizan en distancias más cortas. La multiplexación de longitud de onda mediante fibra monomodo dúplex se utiliza para la comunicación óptica de mayor distancia.
Números de producto de Juniper Optical
Los componentes ópticos de Juniper, como transceptores, cables y conectores, siguen una convención de nomenclatura. Cada elemento del nombre del producto corresponde a una especificación. Le ayuda a comprender mejor y seleccionar el componente óptico adecuado. Por ejemplo:
-
QDD-2x400G-DR4
-
QDD: abreviatura de QSFP-DD. Identifica el factor de forma del transceptor.
-
2 x 400 G: indica que el transceptor admite la ruptura en dos interfaces Ethernet independientes de 400G para la transmisión de datos.
-
DR4: significa 400GBase-DR4. Es un estándar específico e indica que cada canal de 400G utiliza cuatro carriles paralelos de 100 Gbps para entregar 400 Gbps.
-
Puede distinguir los cables ópticos de Juniper de los transceptores por sus números de producto. Por ejemplo, QDD-800G-AOC-5M y OSFP-800G-AOC-10M son nombres de productos para cables de Juniper. Los nombres de los productos especifican el factor de forma (OSFP o QSFP-DD), la velocidad de transmisión de datos (800 Gbps, 400 Gbps, etc.), el tipo de cable (AOC o DAC) y el rango de distancia (5 metros, 10 metros, etc.) de cada cable.
Arquitectura de transceptor de 800G (x8)
La arquitectura de 8 x 100 gigabits para un transceptor de 800 G utiliza ocho carriles de 100 Gbps cada uno. Los siguientes son los diferentes componentes de una arquitectura de transceptor de 800G:
-
Plataformas de host: dispositivos de Juniper compatibles con la arquitectura 800G.
-
8 x 100 G eléctrico: la interfaz eléctrica entre el conmutador y los componentes del transceptor. Puede transmitir datos a través de ocho carriles eléctricos separados de 100 Gbps.
-
Recuperación de datos de reloj (CDR) PAM4/procesador de señal digital (DSP): un CDR/DSP PAM4 admite carriles eléctricos de 100 Gbps. PAM4 duplica efectivamente la cantidad de datos que puede transmitir. El CDR es responsable de reprogramar los datos entrantes para reducir las fluctuaciones. El DSP maneja funciones como ecualización, corrección de errores y otras tareas de procesamiento de señales.
-
Controlador x8: los impulsadores son componentes electrónicos que amplifican la señal eléctrica. La arquitectura del transceptor x8 tiene ocho controladores. Cada conductor corresponde a un carril eléctrico de 100 Gbps.
-
Modulador x8: ocho moduladores corresponden a carriles eléctricos de 100 Gbps (x8). La óptica de 800 G utiliza los siguientes tipos de moduladores:
-
Láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL): VCSEL se utiliza para ópticas multimodo como SR8/VR8.
-
Láseres de modulación directa (DML): los DML se utilizan para ópticas monomodo, como DR8. Los DML utilizan estructuras de retroalimentación distribuida (DFB) que incorporan una rejilla de difracción para una modulación directa estable. Su velocidad de modulación y distancia de transmisión dependen del ancho de línea espectral. Un ancho de línea más estrecho permite velocidades más altas y distancias más largas. En los DML, los datos se modulan ajustando la corriente de inyección en el diodo láser, lo que da como resultado un diseño compacto adecuado para aplicaciones de baja potencia.
-
Láser modulado por electroabsorción (EML): un EML integra un diodo láser con un modulador de electroabsorción en un solo chip. El láser funciona continuamente y el modulador enciende y apaga la señal.
A diferencia de los DML, los EML mantienen propiedades láser constantes durante la modulación, lo que ofrece ventajas en transmisiones de mayor velocidad y distancia debido a la menor dispersión cromática. Los EML se utilizan principalmente para velocidades superiores a 25 Gbps y distancias de 10 a 40 kilómetros en aplicaciones de telecomunicaciones.
-
-
Módulo óptico de 8 x 100 G: interfaces ópticas que transportan datos en forma de pulsos de luz. Cada fibra de este modelo transporta 100 Gbps de datos.
-
Amplificadores de transimpedancia (TIA) x8: un TIA convierte y amplifica la corriente eléctrica del fotodiodo en un nivel de voltaje eléctrico. Puede operar con niveles de señal muy bajos que son típicos de la comunicación óptica.
-
Fotodetector x8: funciona en conjunto con el TIA para convertir la información óptica nuevamente en forma eléctrica.
Una arquitectura de 8 x 100 G emplea ocho carriles para lograr una velocidad total de transmisión de datos de 800 Gbps. Cada carril maneja 100 Gbps.
PMD óptico en arquitectura de transceptor 800G
La subcapa dependiente del medio físico óptico (PMD) es un componente de la capa física de una fibra óptica. Es responsable de la transmisión física de datos. PMD formatea los datos correctamente, luego los transmite y recibe a través del medio óptico. Los siguientes son algunos de los modelos ópticos de PMD:
Fibra óptica monomodo paralela y fibra óptica multimodo paralela
La fibra óptica monomodo paralela utiliza múltiples fibras monomodo para enviar simultáneamente flujos de datos separados. Admite transmisiones de alta velocidad a largas distancias. La fibra óptica multimodo paralela implica múltiples fibras multimodo para flujos de datos simultáneos. Es ideal para conexiones de alta velocidad en distancias más cortas debido al mayor tamaño del núcleo de las fibras. Para obtener más información sobre los cables ópticos de fibra monomodo (SMF) y fibra multimodo (MMF), consulte Cable óptico activo (AOC).
-
Solución de fibra monomodo (SMF) de 1λ para DR8 de 800G y DR8-2 de 800G: está diseñada para una solución SMF de longitud de onda única (1λ). 1λ SMF indica el uso de una sola longitud de onda para la propagación de la luz. Es decir, solo un modo o una ruta en la fibra óptica permite la propagación de la luz. Estas ópticas utilizan una longitud de onda única, pero ocho pares de fibras paralelas. 1λ SMF beneficia la transmisión de datos al minimizar la pérdida. Además, permite la transmisión a distancias más largas con menos pérdida de señal que las fibras multimodo. Los transceptores DR8 o DR8-2 de 800 G utilizan módulos de ocho canales y alcance directo que se prefieren en la óptica de MDCLO sintonizable. Vea la Figura 3. Las soluciones SMF de 1λ para DR8 de 800G y DR8-2 de 800G de Juniper incluyen OSFP-2X400G-DR4, QDD-2X400G-DR4-P, QDD-8X100G-FR1 y QDD-8X100G-LR1.
Nota: Según la convención de nomenclatura de Juniper, DR8-2 se refiere a 8x100G-FR1. -
Solución de fibra multimodo (MMF) de 1λ para 800G VR8 y 800G SR8: está diseñada para una operación de longitud de onda única (1λ) en soluciones de fibra paralela multimodo con conectores MPO-16 y 2xMPO-12. 1λ se refiere al uso de una sola longitud de onda. Es decir, la arquitectura solo puede manejar una longitud de onda para la propagación de la luz. El uso de una sola longitud de onda permite la transmisión de datos con una pérdida mínima. El transceptor SR8 emplea ocho canales en el modo de corto alcance (SR) que ofrece altas velocidades de datos en una distancia más corta. El transceptor VR8 emplea ocho canales en el modo de alcance muy corto (VR), que ofrece altas velocidades de datos en una distancia aún más corta en comparación con SR8. Las soluciones de MMF de 1λ para VR8 de 800G de Juniper incluyen OSFP-2X400G-VR4-P.
Nota: Juniper actualmente no admite óptica 800G SR8.Figura 3: Solución SMF de 1λ: 800G DR8, SR8 y DR8-2
Nota:La óptica de 800G de Juniper utiliza factores de forma OSFP y QSFP-DD.
Fibra óptica monomodo dúplex
-
Solución SMF 4λ para 2xFR4: está diseñada para una operación de longitud de onda cuádruple (4λ) en soluciones SMF. 4λ representa el uso de cuatro longitudes de onda diferenciadas que señalan cuatro caminos distintivos para la propagación de la luz. Puede transferir más datos por par de fibra y puede dividirse a 2 x 400G, con cada 400G usando fibra SMF dúplex para la transmisión. Utiliza la tecnología de modulación de amplitud de pulso (PAM4) de cuatro niveles.
Figura 4: Solución SMF 4λ: 2xFR4
-
Solución SMF 4λ para FR4: está diseñada para una operación de longitud de onda cuádruple (4λ) en soluciones SMF que emplean conectores de fibra dúplex. 4λ representa el uso de cuatro longitudes de onda diferentes. Por lo tanto, indica cuatro longitudes de onda distintas para la propagación de la luz. Debido a la multiplicidad de longitudes de onda, puede manejar grandes volúmenes de transmisión de datos con pérdidas manejables. Utiliza la tecnología de modulación de amplitud de pulso (PAM4) de cuatro niveles. Cada longitud de onda utiliza una modulación PAM4 de 200G con una entrada y salida óptica de 4x200G. El FR4-500 es adecuado para transmisiones de alcance medio de 500 metros o menos. El diseño PAM4 permite que la arquitectura convierta efectivamente la transmisión de ocho canales en transmisión de cuatro canales.
Nota: La solución 4λ SMF para FR4 no está disponible actualmente en Juniper.Figura 5: Solución SMF 4λ: FR4
-
Solución SMF 4λ para LR4: está diseñada para operar con longitud de onda cuádruple (4λ) en sistemas de fibra monomodo (SMF) que utilizan conectores de fibra dúplex. La configuración 4λ implica cuatro longitudes de onda distintas para la propagación de la luz, lo que le permite manejar mayores volúmenes de transmisión de datos con pérdidas manejables. Utiliza la tecnología de modulación de amplitud de pulso (PAM4) de cuatro niveles, que permite la transmisión de más datos mediante la codificación de dos bits por símbolo. El LR4 es adecuado para transmisiones de largo alcance de hasta 10 kilómetros. El diseño PAM4 facilita la arquitectura para consolidar efectivamente la transmisión de datos a través de cuatro canales.
La fibra óptica monomodo dúplex de Juniper incluye QDD-2X400G-FR4, QDD-2X400G-FR4-P, QDD-2X400G-LR4-10 y QDD-2X400G-LR4-P.