SFP-DD против QSFP28 AOC: в чём разница

По мере того как центры обработки данных и вычислительные кластеры продолжают развиваться в направлении более высокой производительности и плотности, 100G превратился из «необязательного обновления» в базовую возможность. По мере роста общей пропускной способности с 3.2T до 12.8T и выше форм-фактор портов становится новым узким местом: пространство на панели становится все более ограниченным, допустимые пределы теплового проектирования быстро сокращаются, а традиционные интерфейсы уже не являются лишь вопросом «можно ли их использовать», а напрямую влияют на масштаб системы, стабильность и окупаемость инвестиций (ROI).

На этом переходном этапе активные оптические кабели (AOC) от 100G SFP-DD к QSFP28 постепенно становятся жизнеспособным решением для межсоединения. Они объединяют интерфейсы SFP-DD и QSFP28 в одном соединении, обеспечивая простой способ подключения для сосуществования старых и новых платформ. Чтобы понять значение этого решения, сначала необходимо рассмотреть различия в технических путях развития самих двух интерфейсов.

SFP-DD: увеличение пропускной способности в условиях ограниченного пространства

SFP-DD можно рассматривать как структурное усовершенствование серии SFP. Его основная цель заключается не в том, чтобы "сделать модуль больше", а в том, чтобы удвоить пропускную способность порта практически без изменения форм-фактора. Для этого на физическом уровне используется двухканальная компоновка контактов, обеспечивающая вдвое большее количество электрических каналов в том же вертикальном пространстве.

На уровне сигнала SFP-DD использует архитектуру 2x50G PAM4, при этом каждый канал работает со скоростью 50Gbps. Это обеспечивает общую пропускную способность 100G при очень малом размере корпуса. Совместимость SFP-DD также является ключевой особенностью. Порты SFP-DD поддерживают модули 10G SFP+ и 25G SFP28, поэтому аппаратные платформы могут постепенно повышать скорость передачи без необходимости замены всех устройств.

QSFP28: стабильное решение в зрелой экосистеме

В отличие от «экстремально плотной компоновки» SFP-DD, QSFP28 использует надежный инженерный подход. Он основан на архитектуре 4×25G NRZ, при этом каждый канал передает данные параллельно со скоростью 25Gbps, объединяясь в общий канал с пропускной способностью 100G.

Having вышел на рынок раньше, QSFP28 стал стандартным интерфейсом для основных коммутаторов, маршрутизаторов и оборудования магистральных сетей 100G. Его физический размер примерно в два раза больше, чем у серии SFP. Это делает панель больше, обеспечивая большую площадь для рассеивания тепла и больше места для эффективной разводки печатной платы. По сути, если рассматривать систему в целом, все сводится к поиску баланса между «пространством» и «стабильностью». Благодаря этому QSFP28 с большей вероятностью будет оставаться холодным и хорошо работать с течением времени и при высокой мощности.

Кабель QSFP28 Direct и Breakout AOC

Разбор ключевых различий между двумя интерфейсами

PAM4 и NRZ

Основное различие заключается в технологии модуляции. В QSFP28 используется архитектура 4×25G NRZ — хорошо зарекомендовавший себя метод модуляции, который легко реализовать, требует меньшей зависимости от сложной компенсации сигнала и обеспечивает стабильность в приложениях, чувствительных к задержкам. Однако это требует четырех физических каналов, более толстых кабелей и большего пространства на панели, занимаемого портами.

SFP-DD, с другой стороны, использует 2×50G PAM4. По сравнению с NRZ, PAM4 может передавать вдвое больше информации за единицу времени, обеспечивая пропускную способность 100G всего по двум каналам. Повышение эффективности сопровождается более сложной обработкой сигналов ,повышенной чувствительностью к отношению сигнал/шум (SNR) и большей зависимостью от механизмов прямого исправления ошибок (FEC) для управления риском возникновения битовых ошибок.

Плотность портов

Размер интерфейса напрямую влияет на общую пропускную способность, которой может достичь один коммутатор. Модуль QSFP28 шире, и в панель 1U обычно помещается от 32 до 36 портов, что обеспечивает пропускную способность системы около 3.2T. Для первых конфигураций 100G этого было достаточно, но для современных сценариев с высокой плотностью это явно недостаточно.

Подход SFP-DD является более радикальным: сохраняя форм-фактор размером примерно 14mm, он удваивает количество контактов благодаря конструкции с позолоченными контактами «двойной плотности», увеличивая пропускную способность одного порта без ущерба для использования панели. На уровне системы панель 1U вмещает до 72 портов SFP-DD, что позволяет легко превысить плотность пропускной способности на уровне системы 7.2T. Это одна из ключевых причин, по которым данный подход более привлекателен в сценариях подключения AI-серверов.

Потребление энергии и рассеивание тепла

Общий размер SFP-DD примерно вдвое меньше, чем у QSFP28. Это означает, что при достижении той же пропускной способности 100G его тепловая нагрузка сжата в меньшем пространстве. Это увеличивает плотность тепла на единицу объема и предъявляет более высокие требования к тепловому проектированию системы.

Преимущество QSFP28 заключается в более крупном металлическом корпусе и большей площади поверхности теплоотвода. Благодаря этому тепло от корпуса модуля легче отводится при высоком энергопотреблении. SFP-DD, с другой стороны, должен использовать чипсеты с очень низким энергопотреблением, чтобы уменьшить тепловыделение в источнике и максимально эффективно использовать путь отвода тепла внутри ограниченного пространства модуля. В противном случае в областях с большим количеством портов с большей вероятностью будет происходить локальное накопление тепла, что может повлиять на стабильность соединения.

Совместимость и защита инвестиций

В эволюции сетей в реальных условиях предприятия больше заботятся о «плавной модернизации», чем об отдельных показателях производительности. Благодаря механической конструкции с обратной совместимостью SFP-DD позволяет одному и тому же порту напрямую использовать модули SFP28 (25G) или SFP+ (10G), обеспечивая пакетную замену существующих сетевых карт, модулей и оптоволоконной инфраструктуры и эффективно распределяя капитальные затраты (CAPEX).

QSFP28, соответствующий спецификации QSFP-MSA, обеспечивает более высокую масштабируемость при вертикальном развитии: он обратно совместим с QSFP+ (40G) и электрически поддерживает переход на QSFP56 (200G). Хотя QSFP и SFP относятся к разным физическим экосистемам, QSFP28 по-прежнему прочно занимает позиции уровня конвергенции и ядра благодаря зрелой отраслевой цепочке и широкой поддержке оборудования.

Разделение ролей в реальных сетях

В реальных развертываниях функции двух интерфейсов четко разделились. На уровнях ядра и агрегации по-прежнему преимущественно используется QSFP28. Эта технология обеспечивает лучшую стабильность с точки зрения теплоотвода, резервирования и контроля задержки. Она уже давно является основой магистральных сетей.

Уровень доступа и вычислительные узлы постепенно переходят на SFP-DD. Благодаря более высокой плотности портов и гибкой совместимости со скоростями 25G и 50G SFP-DD быстро становится основным интерфейсом межсоединения для коммутаторов ToR и высокоплотных вычислительных узлов, особенно серверов с графическими процессорами для задач ИИ.

Это различие в функциях сделало сосуществование разнородных интерфейсов в одной сети обычным явлением. Оно также привело к реальным инженерным проблемам: серверы нового поколения оснащаются сетевыми картами SFP-DD. В архитектуре коммутаторов по-прежнему преимущественно используется QSFP28, что создает проблему на уровне доступа. Эту проблему нельзя решить с помощью пассивной кабельной разводки или традиционных методов разветвления.

Инженерная ценность 100G SFP-DD — QSFP28 AOC

Эта переходная архитектура — нечто большее, чем просто «адаптер размера». Это комплексное решение, которое корректирует электрические и оптические сигналы для устранения различий в схемах сигналов.

SFP-DD и QSFP28 работают совместно, позволяя серверам с новыми сетевыми картами подключаться к существующим портам коммутаторов. Это означает, что изменения в основной сети не требуются. Такой метод межстандартного взаимодействия сохраняет для предприятий большую гибкость при модернизации, позволяя новому и старому оборудованию совместно работать в одной сети и тем самым избавляя от необходимости одновременно заменять всю платформу коммутации для подключения новых серверов.

На уровне сигнала, поскольку с одной стороны используется 2×50G PAM4, а с другой — 4×25G NRZ, обычные физические патч-корды не могут обеспечить необходимое сопоставление. Эти AOC обычно оснащены микросхемами DSP или CDR, которые в реальном времени выполняют перестройку, выравнивание и калибровку сигналов по принципу «gearbox» для различных форматов модуляции, обеспечивая точную синхронизацию и целостность данных при передаче между интерфейсами. Кроме того, AOC используют электрооптическо-электрический путь, чтобы значительно снизить отражения и потери по сравнению с кабелями прямого подключения. Это позволяет поддерживать коэффициент битовых ошибок (BER) в пределах стандартных для отрасли значений.

В сценариях кабельной разводки высокой плотности физические преимущества AOC столь же очевидны. По сравнению с DAC с такой же пропускной способностью оптические волокна тоньше, легче и имеют меньший радиус изгиба. Это значительно уменьшает скопление кабелей в задней части стоек и снижает перекрытие вытяжных вентиляционных отверстий коммутаторов, способствуя тем самым беспрепятственному движению воздуха. Это особенно важно для устройств SFP-DD меньшего размера с более высокой плотностью тепловыделения. Кроме того, оптические волокна естественным образом обладают устойчивостью к электромагнитным помехам (EMI), что способствует поддержанию стабильных соединений в средах с высоким уровнем шумов, таких как кластеры вычислений ИИ.

Заключение

100G SFP-DD — QSFP28 AOC представляет собой удобное межсоединение с низким коэффициентом трения, которое помогает связать вычислительные узлы SFP-DD нового поколения с существующими коммутируемыми сетями QSFP28. Это означает, что центры обработки данных могут повысить плотность подключений без изменения архитектуры и простоев. Решение идеально подходит для поэтапной модернизации, позволяя длительное время использовать как новые, так и старые интерфейсы. Это обеспечивает максимальную отдачу от существующего коммутационного оборудования и волоконно-оптических ресурсов и помогает снизить капитальные затраты.

QSFPTEK расширяет плотность портов и возможности пропускной способности с помощью QSFP28 AOC, DAC и других продуктов, разработанных для сценариев центров обработки данных, одновременно обеспечивая долгосрочную стабильность эксплуатации и устойчивость развития сети.