200G QSFP56 vs QSFP-DD: 폼 팩터와 변조 기술의 상세 비교

최근 몇 년 동안 광통신과 인터넷의 확장은 거의 폭발적인 속도로 진행되었습니다. 사용자들은 계속 증가하는 대역폭을 요구하고 있으며, 네트워크 트래픽은 급증하고 통신 백본 네트워크의 용량은 매년 50%에서 80%씩 치솟고 있습니다. 이에 보조를 맞추기 위해 광통신 시스템의 전송 속도는 초기 10G, 25G, 40G 세대에서 오늘날의 100G, 200G, 400G 수준에 이르기까지 지속적으로 증가해 왔습니다.

100G 광 트랜시버가 여전히 주류 솔루션으로 남아 있지만, 시장은 더 이상 이에 만족하지 않습니다. 전력 소비를 줄이면서 더 작은 장비에 더 많은 포트를 수용해야 하는 필요성은 더 빠른 전송 기술의 개발로 이어졌습니다. 이것이 200G 및 400G 광 트랜시버가 중요한 이유입니다. 이들은 이전 세대에 비해 대역폭 밀도와 에너지 효율성에서 상당한 이점을 제공하며, 데이터 센터와 백본 네트워크의 핵심 업그레이드 방향이 되고 있습니다.

오늘의 기사에서는 떠오르는 뜨거운 주제인 200G 광 트랜시버에 대해 논의합니다. 이는 단순히 속도를 두 배로 높이는 것만큼 간단한 일이 아니라, 성능, 아키텍처 및 애플리케이션 수준에서의 포괄적인 진화입니다.

200G 광 트랜시버 소개: QSFP56 vs QSFP-DD

이름에서 알 수 있듯이, 200G 광 모듈은 200Gbps의 전송 속도를 지원하는 고속 광통신 모듈입니다. 현재 두 가지 주류 폼 팩터는 200G QSFP56 및 200G QSFP-DD입니다.

Quad 50G Small Form Factor Pluggable의 약자인 QSFP56은 40G QSFP+ 및 100G QSFP28의 진화형입니다. 200G Ethernet 환경을 위해 개발되었으며, 4개의 채널을 가지고 있고 각 채널은 50G에서 56Gb/s 사이의 속도로 작동합니다. QSFP56은 NRZ 인코딩 대신 PAM4 변조를 사용하기 때문에 이전 버전보다 우수합니다. 이는 동일한 대역폭을 사용하여 더 많은 데이터를 전송할 수 있음을 의미합니다. 일반적인 케이블 유형에는 QSFP56 SR4 (short-reach multimode) 및 QSFP56 FR4 (long-reach single-mode)가 포함됩니다. 이 모듈 시리즈는 데이터 센터 업그레이드에 널리 사용되며, 인터페이스 호환성을 유지하면서 대역폭 활용도를 크게 향상시킵니다.

또 다른 유형은 Quad Small Form-factor Pluggable Double Density의 약자인 QSFP-DD입니다. IEEE 802.3bs 및 QSFP-DD MSA 표준을 준수합니다. "Double density"는 표준 QSFP28에 비해 인터페이스 수가 두 배라는 의미로, 더 높은 신호 속도를 지원합니다. 이 모듈은 NRZ 변조를 사용하여 25G x 8채널로 200G 전송을 달성할 수 있으며, PAM4 변조를 사용하여 50G x 8채널로 최대 총 400G 속도를 달성할 수 있습니다. 이러한 특징으로 인해 QSFP-DD는 고성능 컴퓨팅, 클라우드 네트워크 및 대규모 백본 전송 시스템에서 널리 사용됩니다.

전반적으로 QSFP-DD는 400G 네트워크와 호환되는 반면, QSFP56은 현재의 200G 이더넷 애플리케이션에 더 적합합니다. 낮은 전력 소비, 단순한 열 설계, 성숙한 인터페이스를 갖춘 QSFP56은 현재 200G 광 모듈에 가장 널리 사용되는 폼 팩터입니다.

패키징 및 포트 밀도 비교

200G QSFP56（4×50G）

The QSFP56 모듈 이전 QSFP 모듈과 동일한 폼 팩터를 유지하며, 크기는 약 70mm × 18mm × 13mm입니다. 4개의 채널을 사용하며, 각 채널의 데이터 속도는 50Gbps로, 총 대역폭은 최대 200Gbps입니다. 이 설계는 성능과 크기의 균형이 좋아 작은 공간에 많은 데이터를 담을 수 있습니다. 예를 들어, 표준 1RU 랙은 최대 36개의 QSFP56 포트를 수용할 수 있어 높은 대역폭과 포트 수 요구 사항이 있는 네트워크 환경에 적합합니다.

200G QSFP-DD（8×25G）

QSFP-DD는 87mm × 18mm × 13mm로 약간 더 큽니다. 8개의 고속 채널을 갖추고 있으며, 각 채널은 초당 최대 500억 비트(50 Gbps)를 처리할 수 있어 총 초당 4,000억 비트(400 Gbps)를 제공합니다. 일반적으로 200G 애플리케이션에서는 이들 채널 중 일부만 사용되지만, 그 크기 덕분에 400G 네트워크로 쉽게 전환할 수 있습니다. 더 고밀도 설계로 인해 1RU 랙은 최대 64개의 QSFP-DD 포트를 수용할 수 있으며, 이는 QSFP56의 포트 밀도의 거의 두 배입니다.

전반적으로 두 모듈은 모두 고속 데이터 통신 시나리오를 위해 설계되었으며 뛰어난 플러그형 기능을 제공합니다. QSFP56은 더 가볍고 전력 소모가 적으며 배포 비용을 더 관리하기 쉽습니다. QSFP-DD는 대역폭을 확장해야 하는 데이터 센터에 더 나은 옵션입니다. 설계 방식과 수행할 수 있는 기능은 다르지만, 두 모듈 모두 많은 사람들이 200G 광 모듈을 사용하도록 만들었습니다.

변조 기술 비교

200G QSFP56 (PAM4 변조)

QSFP56 모듈에는 데이터 송수신을 위한 4개의 채널이 있으며, 각 채널은 최대 56 Gbps의 속도에 도달할 수 있습니다. PAM4 기술은 각 신호 주기가 더 많은 정보를 전달할 수 있게 하여 데이터 전송 속도를 크게 향상시킵니다. PAM4는 현재 200G 광 모듈에서 가장 일반적인 솔루션입니다. 이는 더 적은 대역폭을 사용하면서 동시에 더 많은 데이터를 전송할 수 있음을 의미합니다. 또한 이전과 동일한 신호 주파수를 사용합니다.

200G QSFP-DD (NRZ/PAM4 변조)

QSFP-DD 모듈은 8레인 구조를 채택하며, 각 레인은 NRZ에서 최대 25 Gbps 또는 PAM4 변조에서 50 Gbps까지 전송합니다. NRZ 모드로 실행될 때는 총 대역폭 200 Gbps를 제공하며, PAM4는 이를 400 Gbps까지 끌어올립니다. 이러한 듀얼 모드 기능을 통해 QSFP-DD는 다양한 네트워크 구성과 진화하는 속도 요구 사항에 유연하게 적합할 수 있습니다.

기존 NRZ(non-return-to-zero) 변조와 비교했을 때, PAM4 신호는 동일한 대역폭 내에서 두 배 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 원래의 2레벨 신호를 4레벨로 확장함으로써 PAM4는 심볼 속도를 절반으로 줄여 전송 손실을 효과적으로 감소시킵니다. 이러한 특징은 PAM4를 고속 광통신에서 중요한 돌파구로 만들며, 200G 이상의 속도를 지원할 수 있는 광 모듈을 위한 기술적 기반을 마련합니다.

아키텍처 솔루션 비교

200G QSFP56 — DSP 솔루션

QSFP56은 일반적으로 PAM4라고 하는 변조 방식을 사용하며, 4x50G 채널 구성에서 최대 200Gb/s의 속도를 달성할 수 있습니다. PAM4는 단위 대역폭당 더 많은 데이터를 전송할 수 있지만 노이즈와 왜곡에 더 민감합니다. 따라서 신호가 제대로 복원되도록 디지털 신호 프로세서(DSP)가 필요합니다. DSP는 더 높은 링크 장애 허용도와 성능 최적화를 제공하지만 추가 전력 소비와 비용을 발생시키므로, 설계 시 성능과 에너지 효율성 사이의 절충이 필요합니다.

200G QSFP-DD — 완전 아날로그 아키텍처

QSFP-DD의 일반적인 완전 아날로그 구현은 NRZ 변조를 사용하며 8x25G에서 작동합니다. 이 솔루션은 복잡한 디지털 신호 프로세서(DSP)가 필요 없이 신호가 원활하게 작동하도록 유지합니다. 이는 시스템이 DSP 기반 솔루션만큼 거의 빠르다는 것을 의미합니다. 완전 아날로그 설계는 전력 소비가 적고 제조 비용이 더 저렴하기 때문에 디지털 설계보다 우수합니다. 이는 더 단순하고 부품 수가 적기 때문입니다. 따라서 지연이 있거나 에너지 효율이 중요한 상황에 적합합니다.

하위 호환성 비교

QSFP-DD의 이중 밀도 설계는 4-레인 및 8-레인 구성을 지원하며 QSFP+, QSFP28 및 QSFP56과 하위 호환되어, 서로 다른 속도의 장치 간 원활한 마이그레이션을 용이하게 합니다. QSFP56은 또한 QSFP+ 및 QSFP28과 호환되어 40G/100G에서 200G로 보다 유연한 업그레이드 경로를 제공하며, 비용, 전력 소비 및 향후 확장 요구 사항에 따라 적합한 솔루션을 선택하여 배포할 수 있게 합니다.

200G QSFP56 제품 소개

200G QSFP56 SR4

The 200G QSFP56 SR4 module은 멀티모드 광섬유 기반의 전이중 광 모듈입니다. 각각 최대 53.125 Gb/s를 지원하는 4개의 독립적인 송신 및 수신 채널을 갖추고 있으며, 총 대역폭은 200 Gb/s입니다. 이 모듈은 850nm 파장 병렬 광 설계를 활용하며 70미터 OM3 멀티모드 광섬유(또는 100미터 OM4 광섬유)와 호환되어 단거리 고속 상호 연결에 이상적입니다.

이 인터페이스는 표준 멀티모드 광섬유 패치 케이블과 호환되는 MTP/MPO-12 APC 커넥터를 사용합니다. 이 모듈은 고속 신호 입력 및 출력을 위한 38핀 전기 커넥터를 갖추고 있습니다. SR4 모듈은 컴팩트한 설계, 낮은 지연 시간, 낮은 전력 소비를 제공하여 데이터 센터의 캐비닛 간 상호 연결 또는 집선 계층 애플리케이션에 널리 사용되는 선택지입니다.

200G QSFP56 FR4

200G QSFP56 FR4 모듈은 중장거리 광통신용으로 설계되었으며, 4파장 다중화(CWDM) 기술을 활용합니다. 이 모듈은 4개의 EML 레이저를 사용하여 4x50G PAM4 전기 신호를 중심 파장 1271nm, 1291nm, 1311nm, 1331nm의 4개 광 신호로 변환하며, 이는 ITU-T G.694.2 표준에 정의된 CWDM 파장 범위에 해당합니다.

광학 부분에는 duplex LC 커넥터를 사용하며, 38핀 전기 인터페이스도 갖추고 있어 최대 2킬로미터 거리까지 신호를 전송할 수 있습니다. FR4 모듈은 장비실이나 캠퍼스급 네트워크를 연결하는 데 SR4 모듈보다 더 적합합니다. 더 적은 전력을 사용하면서 더 먼 거리까지 정보를 전송할 수 있습니다. 200G QSFP56 시리즈에서 더 넓은 범위의 애플리케이션에 사용할 수 있는 옵션 중 하나입니다.

결론

QSFP-DD가 현재 400G 이더넷을 지배하고 있지만, 이것이 QSFP56이 구식이라는 의미는 아닙니다. 대역폭 요구 사항이 아직 400G에 도달하지 않은 데이터 센터의 경우, 200G QSFP56 광 모듈은 여전히 안정적이고 효율적인 솔루션입니다. 성능, 전력 소비 및 호환성 사이에서 뛰어난 균형을 이루며, 중대형 네트워크의 대역폭 업그레이드를 위한 실행 가능한 옵션입니다.

400G로 점진적인 전환을 계획하는 경우, 200G QSFP-DD 광 모듈은 더 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 이 폼 팩터는 향후 더 높은 속도의 네트워크 아키텍처와 호환되어 기존 시스템의 투자 가치를 보존하는 동시에 향후 400G로의 원활한 확장을 지원합니다. 즉, QSFP56은 현재의 안정적인 운영 환경에 적합한 반면, QSFP-DD는 다음 단계로 넘어가기 위한 전환 옵션에 가깝습니다.