200G QSFP56 vs QSFP-DD : comparaison détaillée du facteur de forme et de la technologie de modulation

Ces dernières années, l’expansion des communications optiques et d’Internet a été presque fulgurante. Les utilisateurs demandent une bande passante toujours plus élevée, le trafic réseau explose, et la capacité des réseaux dorsaux de télécommunications augmente de 50 % à 80 % par an. Pour suivre le rythme, la vitesse de transmission des systèmes de communication optique n’a cessé d’augmenter, passant des premières générations 10G, 25G et 40G aux niveaux actuels de 100G, 200G et 400G.

Bien que les émetteurs-récepteurs optiques 100G restent la solution dominante, le marché ne s’en satisfait plus. La nécessité d’intégrer davantage de ports dans des équipements plus compacts tout en réduisant la consommation d’énergie a conduit au développement de technologies de transmission plus rapides. C’est pourquoi les émetteurs-récepteurs optiques 200G et 400G sont si importants. Ils offrent des avantages significatifs en matière de densité de bande passante et d’efficacité énergétique par rapport aux générations précédentes, et deviennent une orientation clé de mise à niveau pour les centres de données et les réseaux fédérateurs.

L’article d’aujourd’hui traitera des émetteurs-récepteurs optiques 200G—un sujet en plein essor. Il ne s’agit pas simplement de doubler la vitesse, mais d’une évolution complète des niveaux de performance, d’architecture et d’application.

Introduction aux émetteurs-récepteurs optiques 200G : QSFP56 vs QSFP-DD

Comme son nom l’indique, un module optique 200G est un module de communication optique haut débit qui prend en charge des débits de transmission de 200Gbps. Actuellement, les deux formats principaux sont 200G QSFP56 et 200G QSFP-DD.

QSFP56, abréviation de Quad 50G Small Form Factor Pluggable, est une évolution des 40G QSFP+ et 100G QSFP28. Il a été développé pour les environnements Ethernet 200G et comporte quatre canaux, chacun fonctionnant à des débits compris entre 50G et 56Gb/s. Le QSFP56 est meilleur que la version précédente, car il utilise la modulation PAM4 au lieu de l’encodage NRZ. Cela signifie qu’il peut envoyer davantage de données en utilisant la même bande passante. Les types courants de câbles incluent QSFP56 SR4 (multimode courte portée) et QSFP56 FR4 (monomode longue portée). Cette série de modules est largement utilisée dans les mises à niveau de centres de données, améliorant considérablement l’utilisation de la bande passante tout en maintenant la compatibilité des interfaces.

Un autre type est le QSFP-DD, abréviation de Quad Small Form-factor Pluggable Double Density. Il est conforme aux normes IEEE 802.3bs et QSFP-DD MSA. « Double density » signifie qu’il possède deux fois plus d’interfaces que le QSFP28 standard, prenant en charge des débits de signal plus élevés. Ce module peut atteindre une transmission 200G avec 8 canaux de 25G utilisant la modulation NRZ, et 8 canaux de 50G utilisant la modulation PAM4, pour un débit total allant jusqu’à 400G. Grâce à ces caractéristiques, le QSFP-DD est largement utilisé dans le calcul haute performance, les réseaux cloud et les systèmes de transmission dorsale à grande échelle.

Dans l’ensemble, QSFP-DD est compatible avec les réseaux 400G, tandis que QSFP56 convient davantage aux applications Ethernet 200G actuelles. Grâce à sa faible consommation d’énergie, à sa conception thermique simple et à ses interfaces éprouvées, c’est actuellement le format le plus largement utilisé pour les modules optiques 200G.

Comparaison de l’emballage et de la densité de ports

200G QSFP56（4×50G）

Le module QSFP56 conserve le même format que les modules QSFP précédents, mesurant environ 70mm × 18mm × 13mm. Il utilise quatre canaux, chacun avec un débit de données de 50Gbps, pour une bande passante totale allant jusqu’à 200Gbps. Cette conception offre un bon équilibre entre performances et taille, concentrant beaucoup de données dans un espace réduit. Par exemple, un rack standard 1RU peut accueillir jusqu’à 36 ports QSFP56, ce qui le rend adapté aux environnements réseau ayant des exigences élevées en matière de bande passante et de nombre de ports.

200G QSFP-DD（8×25G）

Le QSFP-DD est légèrement plus grand, mesurant 87mm × 18mm × 13mm. Il dispose de huit canaux haut débit, chacun pouvant gérer jusqu’à 50 milliards de bits par seconde (50 Gbps), pour un total de 400 milliards de bits par seconde (400 Gbps). Bien que seuls quelques-uns de ces canaux soient généralement utilisés dans les applications 200G, sa taille facilite la transition vers les réseaux 400G. Grâce à sa conception plus dense, un rack 1RU peut accueillir jusqu’à 64 ports QSFP-DD, soit près du double de la densité de ports du QSFP56.

Dans l’ensemble, les deux modules sont conçus pour des scénarios de communication de données à haut débit et offrent d’excellentes fonctionnalités enfichables. Le QSFP56 est plus léger, consomme moins d’énergie et présente des coûts de déploiement plus faciles à maîtriser. Le QSFP-DD est une meilleure option pour les centres de données qui doivent accroître leur bande passante. Bien qu’ils diffèrent par leur conception et leurs capacités, ils ont tous deux contribué à l’adoption massive des modules optiques 200G.

Comparaison des technologies de modulation

200G QSFP56 (modulation PAM4)

Le module QSFP56 dispose de quatre canaux pour transmettre et recevoir des données, chacun pouvant atteindre des vitesses allant jusqu’à 56 Gbps. Sa technologie PAM4 permet à chaque cycle de signal de transporter davantage d’informations, augmentant considérablement les vitesses de transmission des données. PAM4 est désormais la solution la plus courante pour les modules optiques 200G. Cela signifie qu’il peut envoyer plus de données en même temps tout en utilisant moins de bande passante. Il utilise également la même fréquence de signal qu’auparavant.

200G QSFP-DD (modulation NRZ/PAM4)

Le module QSFP-DD adopte une structure à huit voies, chaque voie transmettant jusqu’à 25 Gbps en NRZ ou 50 Gbps en modulation PAM4. Lorsqu’il fonctionne en mode NRZ, il fournit une bande passante totale de 200 Gbps, tandis que PAM4 la porte à 400 Gbps. Cette capacité bimode permet au QSFP-DD de s’adapter avec flexibilité à différentes configurations réseau et à l’évolution des besoins en débit.

Par rapport à la modulation NRZ (non-return-to-zero) traditionnelle, les signaux PAM4 peuvent transmettre deux fois plus de données dans la même bande passante. En étendant le signal original à deux niveaux à quatre niveaux, PAM4 divise par deux le débit de symboles, réduisant efficacement les pertes de transmission. Cette caractéristique fait de PAM4 une avancée majeure dans les communications optiques à haut débit, jetant les bases techniques des modules optiques capables d’atteindre 200G et des vitesses supérieures.

Comparaison de solution d’architecture

200G QSFP56 — Solution DSP

QSFP56 utilise généralement un type de modulation appelé PAM4, qui peut atteindre des débits allant jusqu’à 200Gb/s dans une configuration de canaux 4x50G. PAM4 peut transporter davantage de données par unité de bande passante, mais il est plus sensible au bruit et à la distorsion. Par conséquent, il nécessite un processeur de signal numérique (DSP) pour garantir que le signal est correctement récupéré. Les DSP offrent une plus grande tolérance aux défauts de liaison et une optimisation des performances, mais ils entraînent une consommation d’énergie et un coût supplémentaires, ce qui nécessite un compromis entre performances et efficacité énergétique lors de la conception.

200G QSFP-DD — Architecture entièrement analogique

Une implémentation entièrement analogique courante de QSFP-DD utilise la modulation NRZ et fonctionne à 8x25G. Cette solution maintient le bon fonctionnement des signaux sans nécessiter de processeurs de signaux numériques (DSP) complexes. Cela signifie que le système est presque aussi rapide que les solutions basées sur DSP. Les conceptions entièrement analogiques sont meilleures que les conceptions numériques, car elles consomment moins d’énergie et sont moins coûteuses à fabriquer. Cela s’explique par le fait qu’elles sont plus simples et comportent moins de pièces. Cela les rend adaptées aux situations où il existe un délai ou dans lesquelles l’efficacité énergétique est importante.

Comparaison de la compatibilité descendante

La conception à double densité du QSFP-DD prend en charge les configurations à 4 et 8 voies et est rétrocompatible avec QSFP+, QSFP28 et QSFP56, facilitant une migration fluide entre des appareils de vitesses différentes. QSFP56 est également compatible avec QSFP+ et QSFP28, offrant un chemin de mise à niveau plus flexible de 40G/100G vers 200G, permettant au déploiement de choisir la solution appropriée en fonction du coût, de la consommation électrique et des exigences d’expansion futures.

Présentation du produit 200G QSFP56

200G QSFP56 SR4

Le 200G QSFP56 SR4 Le module est un module optique full-duplex basé sur la fibre multimode. Il dispose de quatre canaux indépendants d’émission et de réception, chacun pouvant atteindre jusqu’à 53.125 Gb/s, pour une bande passante totale de 200 Gb/s. Le module utilise une conception optique parallèle à longueur d’onde de 850nm et est compatible avec 70 mètres de fibre multimode OM3 (ou 100 mètres de fibre OM4), ce qui le rend idéal pour les interconnexions à courte distance et à haut débit.

L’interface utilise un connecteur MTP/MPO-12 APC, compatible avec les cordons de brassage à fibre multimode standard. Le module dispose d’un connecteur électrique à 38 broches pour l’entrée et la sortie de signaux haut débit. Le module SR4 offre une conception compacte, une faible latence et une faible consommation d’énergie, ce qui en fait un choix populaire pour les interconnexions inter-baies ou les applications de couche d’agrégation dans les centres de données.

200G QSFP56 FR4

Le module 200G QSFP56 FR4 est conçu pour les communications optiques à moyenne et longue distance et utilise la technologie de multiplexage à quatre longueurs d’onde (CWDM). À l’aide de quatre lasers EML, le module convertit des signaux électriques 4x50G PAM4 en quatre signaux optiques avec des longueurs d’onde centrales de 1271nm, 1291nm, 1311nm et 1331nm, correspondant à la plage de longueurs d’onde CWDM définie par la norme ITU-T G.694.2.

Il utilise un connecteur LC duplex pour la partie optique et dispose également d’une interface électrique à 38 broches, ce qui lui permet d’envoyer des signaux sur des distances allant jusqu’à 2 kilomètres. Le module FR4 est meilleur que le module SR4 pour connecter des salles d’équipements ou des réseaux à l’échelle d’un campus. Il peut transmettre des informations sur de plus longues distances tout en consommant moins d’énergie. C’est l’une des options pouvant être utilisées pour un plus large éventail d’applications dans la série 200G QSFP56.

Conclusion

Bien que QSFP-DD domine actuellement l’Ethernet 400G, cela ne signifie pas que QSFP56 est obsolète. Pour les centres de données où les exigences en bande passante n’ont pas encore atteint 400G, le module optique 200G QSFP56 reste une solution fiable et efficace. Il offre un excellent équilibre entre performances, consommation d’énergie et compatibilité, ce qui en fait une option viable pour les mises à niveau de bande passante dans les réseaux de moyenne à grande échelle.

Pour ceux qui prévoient une transition progressive vers le 400G, le module optique 200G QSFP-DD offre une solution plus rentable. Ce format est compatible avec les futures architectures réseau à plus haut débit, préservant ainsi la valeur d’investissement des systèmes existants tout en facilitant une extension future en douceur vers le 400G. En d’autres termes, QSFP56 convient aux environnements d’exploitation stables actuels, tandis que QSFP-DD constitue davantage une option transitoire pour la prochaine phase.