200G QSFP56 vs QSFP-DD: un confronto dettagliato tra fattore di forma e tecnologia di modulazione

Negli ultimi anni, l'espansione delle comunicazioni ottiche e di internet è stata quasi vertiginosa. Gli utenti richiedono una larghezza di banda sempre maggiore, il traffico di rete sta crescendo vertiginosamente e la capacità delle reti backbone di telecomunicazioni aumenta del 50% all'80% all'anno. Per stare al passo, la velocità di trasmissione dei sistemi di comunicazione ottica è aumentata continuamente, dalle prime generazioni 10G, 25G e 40G agli attuali livelli 100G, 200G e 400G.

Sebbene i transceiver ottici 100G rimangano la soluzione principale, il mercato non si accontenta più di questo. La necessità di inserire più porte in apparecchiature più compatte, riducendo al contempo il consumo energetico, ha portato allo sviluppo di tecnologie di trasmissione più veloci. Ecco perché i transceiver ottici 200G e 400G sono così importanti. Offrono vantaggi significativi in termini di densità di banda ed efficienza energetica rispetto alle generazioni precedenti e stanno diventando una direzione di aggiornamento chiave per i data center e le reti backbone.

L'articolo di oggi parlerà dei ricetrasmettitori ottici 200G—un tema caldo emergente. Non si tratta semplicemente di raddoppiare la velocità, ma di un'evoluzione completa a livello di prestazioni, architettura e applicazioni.

Introduzione ai ricetrasmettitori ottici 200G: QSFP56 vs QSFP-DD

Come suggerisce il nome, un modulo ottico 200G è un modulo di comunicazione ottica ad alta velocità che supporta velocità di trasmissione di 200Gbps. Attualmente, i due fattori di forma principali sono 200G QSFP56 e 200G QSFP-DD.

QSFP56, abbreviazione di Quad 50G Small Form Factor Pluggable, è un'evoluzione dei 40G QSFP+ e 100G QSFP28. È stato sviluppato per ambienti Ethernet 200G e dispone di quattro canali, ciascuno operante a velocità comprese tra 50G e 56Gb/s. Il QSFP56 è migliore della versione precedente perché utilizza la modulazione PAM4 invece della codifica NRZ. Ciò significa che può inviare più dati utilizzando la stessa larghezza di banda. I tipi comuni di cavo includono QSFP56 SR4 (multimodale a corto raggio) e QSFP56 FR4 (monomodale a lungo raggio). Questa serie di moduli è ampiamente utilizzata negli aggiornamenti dei data center, migliorando significativamente l'utilizzo della larghezza di banda e mantenendo al contempo la compatibilità dell'interfaccia.

Un altro tipo è QSFP-DD, acronimo di Quad Small Form-factor Pluggable Double Density. È conforme agli standard IEEE 802.3bs e QSFP-DD MSA. "Double density" significa che ha il doppio del numero di interfacce rispetto allo standard QSFP28, supportando velocità di segnale più elevate. Questo modulo può raggiungere una trasmissione a 200G con 25G x 8 canali utilizzando la modulazione NRZ, e 50G x 8 canali utilizzando la modulazione PAM4, per una velocità totale fino a 400G. Grazie a queste caratteristiche, QSFP-DD è ampiamente utilizzato nel calcolo ad alte prestazioni, nelle reti cloud e nei sistemi di trasmissione backbone su larga scala.

Nel complesso, QSFP-DD è compatibile con le reti 400G, mentre QSFP56 è più adatto alle attuali applicazioni Ethernet 200G. Grazie al basso consumo energetico, al design termico semplice e alle interfacce mature, è attualmente il formato più utilizzato per i moduli ottici 200G.

Confronto tra imballaggio e densità di porte

200G QSFP56（4×50G）

Il modulo QSFP56 mantiene lo stesso fattore di forma dei precedenti moduli QSFP, misurando circa 70mm × 18mm × 13mm. Utilizza quattro canali, ciascuno con una velocità dati di 50Gbps, per una larghezza di banda totale fino a 200Gbps. Questo design offre un buon equilibrio tra prestazioni e dimensioni, concentrando molti dati in uno spazio ridotto. Ad esempio, un rack standard 1RU può ospitare fino a 36 porte QSFP56, rendendolo adatto ad ambienti di rete con requisiti elevati di larghezza di banda e numero di porte.

200G QSFP-DD（8×25G）

Il QSFP-DD è leggermente più grande, con dimensioni di 87mm × 18mm × 13mm. Dispone di otto canali ad alta velocità, ciascuno dei quali può gestire fino a 50 miliardi di bit al secondo (50 Gbps), per un totale di 400 miliardi di bit al secondo (400 Gbps). Sebbene solo alcuni di questi canali siano solitamente utilizzati nelle applicazioni 200G, le sue dimensioni rendono semplice il passaggio a reti 400G. Grazie al suo design più denso, un rack 1RU può ospitare fino a 64 porte QSFP-DD, quasi il doppio della densità di porte del QSFP56.

Nel complesso, entrambi i moduli sono progettati per scenari di comunicazione dati ad alta velocità e offrono eccellenti caratteristiche di inseribilità. Il QSFP56 è più leggero, consuma meno energia e ha costi di implementazione più gestibili. Il QSFP-DD è un'opzione migliore per i data center che devono espandere la propria larghezza di banda. Sebbene differiscano per progettazione e funzionalità, entrambi hanno contribuito alla diffusione dei moduli ottici 200G.

Confronto della tecnologia di modulazione

200G QSFP56 (Modulazione PAM4)

Il modulo QSFP56 dispone di quattro canali per trasmettere e ricevere dati, ciascuno in grado di raggiungere velocità fino a 56 Gbps. La sua tecnologia PAM4 consente a ogni ciclo di segnale di trasportare più informazioni, aumentando significativamente le velocità di trasmissione dei dati. PAM4 è ora la soluzione più comune per i moduli ottici 200G. Ciò significa che può inviare più dati nello stesso momento utilizzando meno larghezza di banda. Utilizza inoltre la stessa frequenza di segnale di prima.

200G QSFP-DD (modulazione NRZ/PAM4)

Il modulo QSFP-DD adotta una struttura a otto lane, con ciascuna lane che trasmette fino a 25 Gbps in NRZ o 50 Gbps con modulazione PAM4. Quando funziona in modalità NRZ, fornisce una larghezza di banda totale di 200 Gbps, mentre PAM4 la porta fino a 400 Gbps. Questa capacità dual-mode consente a QSFP-DD di adattarsi con flessibilità a diverse configurazioni di rete e alle esigenze di velocità in evoluzione.

Rispetto alla modulazione NRZ (non-return-to-zero) tradizionale, i segnali PAM4 possono trasmettere il doppio dei dati nella stessa larghezza di banda. Espandendo il segnale originale a due livelli a quattro livelli, PAM4 dimezza la velocità di simbolo, riducendo efficacemente le perdite di trasmissione. Questa caratteristica rende PAM4 una svolta significativa nelle comunicazioni ottiche ad alta velocità, ponendo le basi tecniche per moduli ottici capaci di 200G e velocità superiori.

Confronto della soluzione di architettura

200G QSFP56 — soluzione DSP

QSFP56 utilizza tipicamente un tipo di modulazione chiamato PAM4, che può raggiungere velocità fino a 200Gb/s in una configurazione di canale 4x50G. PAM4 può trasportare più dati per unità di larghezza di banda, ma è più sensibile al rumore e alla distorsione. Pertanto, necessita di un processore di segnale digitale (DSP) per assicurarsi che il segnale venga recuperato correttamente. I DSP offrono una maggiore tolleranza ai guasti del collegamento e ottimizzazione delle prestazioni, ma comportano un consumo energetico e un costo aggiuntivi, rendendo necessario un compromesso tra prestazioni ed efficienza energetica durante la progettazione.

200G QSFP-DD — Architettura completamente analogica

Una comune implementazione completamente analogica di QSFP-DD utilizza la modulazione NRZ e opera a 8x25G. Questa soluzione mantiene i segnali efficienti senza richiedere complicati processori di segnale digitali (DSP). Ciò significa che il sistema è quasi veloce quanto le soluzioni basate su DSP. I design completamente analogici sono migliori dei design digitali perché consumano meno energia e sono più economici da produrre. Questo perché sono più semplici e hanno meno componenti. Questo li rende adatti a situazioni in cui è presente latenza o in cui l'efficienza energetica è importante.

Confronto della compatibilità retroattiva

Il design a doppia densità di QSFP-DD supporta configurazioni a 4 e 8 corsie ed è retrocompatibile con QSFP+, QSFP28 e QSFP56, facilitando una migrazione fluida tra dispositivi con velocità diverse. QSFP56 è inoltre compatibile con QSFP+ e QSFP28, offrendo un percorso di aggiornamento più flessibile da 40G/100G a 200G, consentendo all'implementazione di scegliere la soluzione giusta in base a costi, consumo energetico e requisiti di espansione futuri.

Introduzione al prodotto 200G QSFP56

200G QSFP56 SR4

Il 200G QSFP56 SR4 il modulo è un modulo ottico full-duplex basato su fibra multimodale. Presenta quattro canali di trasmissione e ricezione indipendenti, ciascuno in grado di arrivare fino a 53.125 Gb/s, e una larghezza di banda totale di 200 Gb/s. Il modulo utilizza un design ottico parallelo con lunghezza d'onda di 850nm ed è compatibile con 70 metri di fibra multimodale OM3 (o 100 metri di fibra OM4), il che lo rende ideale per interconnessioni ad alta velocità e a breve distanza.

L'interfaccia utilizza un connettore MTP/MPO-12 APC, compatibile con cavi patch in fibra multimodale standard. Il modulo dispone di un connettore elettrico a 38 pin per l'ingresso e l'uscita di segnali ad alta velocità. Il modulo SR4 offre un design compatto, bassa latenza e basso consumo energetico, rendendolo una scelta diffusa per interconnessioni tra armadi o applicazioni di livello di aggregazione nei data center.

200G QSFP56 FR4

Il modulo 200G QSFP56 FR4 è progettato per comunicazioni ottiche a medio e lungo raggio e utilizza la tecnologia di multiplexing a quattro lunghezze d'onda (CWDM). Utilizzando quattro laser EML, il modulo converte segnali elettrici PAM4 4x50G in quattro segnali ottici con lunghezze d'onda centrali di 1271nm, 1291nm, 1311nm e 1331nm, corrispondenti all'intervallo di lunghezze d'onda CWDM definito dallo standard ITU-T G.694.2.

Utilizza un connettore LC duplex per la parte ottica e dispone anche di un'interfaccia elettrica a 38 pin, che gli consente di inviare segnali su distanze fino a 2 chilometri. Il modulo FR4 è migliore del modulo SR4 per collegare sale apparati o reti a livello di campus. Può inviare informazioni su distanze maggiori consumando meno energia. È una delle opzioni utilizzabili per una gamma più ampia di applicazioni nella serie 200G QSFP56.

Conclusione

Sebbene QSFP-DD domini attualmente Ethernet 400G, ciò non significa che QSFP56 sia obsoleto. Per i data center in cui i requisiti di larghezza di banda non hanno ancora raggiunto 400G, il modulo ottico QSFP56 200G rimane una soluzione affidabile ed efficiente. Offre un eccellente equilibrio tra prestazioni, consumo energetico e compatibilità, rendendolo un'opzione valida per gli aggiornamenti della larghezza di banda nelle reti di medie e grandi dimensioni.

Per chi pianifica una transizione graduale al 400G, il modulo ottico 200G QSFP-DD offre una soluzione più conveniente. Questo fattore di forma è compatibile con le future architetture di rete a velocità più elevata, preservando il valore dell'investimento dei sistemi esistenti e facilitando al contempo una futura espansione agevole al 400G. In altre parole, QSFP56 è adatto agli attuali ambienti operativi stabili, mentre QSFP-DD è più un'opzione transitoria per la fase successiva.