800G-Transceiver – Technische Analyse im 4x200G-FR4-Szenario
Der unaufhaltsame Anstieg des Internetverkehrs und der kontinuierliche Drang nach höheren Datenraten haben den Weg für die Einführung des 800G-Transceivers geebnet. Mit der Weiterentwicklung der Netzwerkinfrastruktur wird die Implementierung solcher fortschrittlichen optischen Module entscheidend, um den steigenden Anforderungen von Rechenzentren und Telekommunikationsnetzwerken gerecht zu werden. Dieser Artikel befasst sich mit den technischen Feinheiten des 800G-Transceivers im spezifischen Kontext eines 4x200G FR4-Szenarios. Indem wir die Nuancen dieses Transceivers mit hoher Kapazität untersuchen, werden wir seine technischen Anforderungen und seinen Entwicklungsverlauf analysieren und die DFT 800G FR4-Lösung vorstellen.
Analyse der technischen Anforderungen in 800G FR4-Szenarien
Die einkanalige 200G PAM4-Technologie (Pulsamplitudenmodulation) stellt einen entscheidenden Fortschritt im Bereich der intensitätsmodulierten Direkterkennungsverbindungen dar, der den Grundstein für vierkanalige 800G-Verbindungen legen und als zentrale Komponente für kommende 1,6-Tb/s-Verbindungslösungen dienen soll. Wie in der Abbildung unten dargestellt, soll das Multi-Source Agreement (MSA) eine umfassende Physical Medium Dependent-Schicht (PMD) und ein Segment der Physical Medium Attachment-Schicht (PMA) definieren. Dazu gehört die Einführung neuartiger Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC)-Systeme mit geringem Stromverbrauch und geringer Latenz, die auf der bestehenden KP4 FEC für elektrische 112G-Eingangssignale aufbauen und den Nettocodierungsgewinn (NCG) der Modulatoren verbessern.
Eines der Hauptziele dieses Industriekonsortiums ist es, die Entwicklung neuer breitbandiger elektrischer und optischer Analogkomponenten voranzutreiben, die sowohl für Sender als auch für Empfänger konzipiert sind. Der Innovationstrichter umfasst ehrgeizige Pläne für Digital-Analog- (DAC) und Analog-Digital- (AD/DA) Wandler. Um die anspruchsvollen Leistungsbeschränkungen steckbarer Module zu erfüllen, sollen Digital Signal Processor (DSP)-Chips mit fortschrittlichen CMOS-Prozessen im unteren Nanometerbereich entwickelt werden, die stromsparende Signalverarbeitungsalgorithmen zur Erzielung einer optimalen Kanalentzerrung enthalten.
800G 2xFR4 OSFP Evolution-Route
Die aktuelle 800G 2xFR4 OSFP-Konfiguration verwendet zwei Sätze 4-Wellenlängen-CWDM 100G EML-Laser, die jeweils aus 4 Lasern bestehen. Zukünftige Weiterentwicklungen werden jedoch zu einem FR4-Setup übergehen, das 4 CWDM-Wellenlängen-200G-EML-Laser verwendet.
Dieser Wechsel zu 800G FR4 erfordert die Verwendung von 4-Wellenlängen-CWDM-Lasern in Silizium-Photonik-Lösungen, wodurch jeglicher Kostenvorteil zunichte gemacht wird. Derzeit liegt die Präferenz der Mehrheit auf dem EML-Schema, ohne dass Hersteller Silizium-Photonik-Schemata derzeit erforschen. Der DFT 800G 2xFR4 OSFP-Transceiver verfügt über hochmoderne Funktionen wie einen selbst entwickelten 53G EML-Laserchip und einen integrierten Broadcom 7nm DSP-Chip, die beispiellose Leistung und Zuverlässigkeit gewährleisten.
Analyse der 4x200G-Verpackungslösung
Für die optischen 4x200G-Module ist eine Neubewertung der Verpackung sowohl der Sender als auch der Empfänger erforderlich, um die Signalintegrität von Hochgeschwindigkeitssignalen im Nyquist-Frequenzbereich, der bei etwa 56 GHz liegt, sicherzustellen. Die folgende Abbildung zeigt zwei mögliche Lösungen für die Senderkonfiguration.
Lösung A verwendet eine traditionelle Methode, bei der sich der Modulatortreiber (DRV) in der Nähe des Modulators befindet. Diese konventionelle Konfiguration war bei früheren Designs die Norm. Lösung B hingegen verwendet einen fortschrittlichen Ansatz, indem ein Flip-Chip-Design für den DRV verwendet wird, der zusammen mit der Digitalsignalprozessoreinheit (DSP) verpackt ist. Dies zielt darauf ab, die Signalintegrität entlang der HF-Übertragungsleitungen zu optimieren.
Beide Lösungen sind mit modernster Technologie realisierbar. Vorläufige Simulationen haben gezeigt, dass Lösung B günstige Ergebnisse erzielen kann und eine Bandbreite von über 56 GHz gewährleistet. Die in der S21-Kurve von Lösung A beobachtete Welligkeit ist auf Reflexionen am Eingang des DRV zurückzuführen, die durch ein passendes Design des DRV gemildert werden könnten.
Letztlich wird erwartet, dass durch die Verbesserung des Anpassungsnetzwerks die Gesamtleistung von Lösung A weiter verbessert werden kann, was einen bedeutenden Fortschritt bei der Sicherung der Wiedergabetreue von Kommunikationssignalen in Hochgeschwindigkeitsdatenmodulen darstellt.
Einführung in die DFT 800G FR4-Lösung
Um den Anforderungen einer schnellen Geschäftsentwicklung gerecht zu werden, müssen viele große Internetunternehmen 800G-Rechenzentren bauen oder ihre Rechenzentren von 400G- auf 800G-Geschwindigkeit aufrüsten. Die optische 800G-FR4-Modullösung von DFT für Rechenzentren kann verschiedene Netzwerkanforderungen der Kunden erfüllen und ihnen zu einer effizienteren und stabileren Datenübertragung verhelfen.
Die Architektur der DFT 800G FR4-Lösung
Der Core-Switch wird auf 800G aufgerüstet und verwendet 800G 2xFR4/2xLR4-Module. Der Spine-Switch behält eine Rate von 400G bei und verwendet das 400G FR4/LR4-Modul, das im Breakout-Modus mit dem Core-Switch verbunden ist. Der Leaf-Switch behält eine Rate von 400G bei, verwendet 400G DR4 und verbindet sich mit TOR. In dieser Breakout-Lösung wird 800G FR4 normalerweise für die Spine- oder Core-Schicht verwendet und unterstützt Übertragungsdistanzen von bis zu 2 km. Er verfügt über vier optische Ports, über die zwei 400G-Module über ein Dual-CS-Kabel verbunden werden können. Darüber hinaus unterstützt 800G FR4 CMIS5.0 und bietet umfassende Modulstatusüberwachung und Informationsdiagnosefunktionen, die für den Netzwerkbetrieb und die Netzwerkwartung sehr hilfreich sind. Unten sehen Sie die Lösungstopologie, die das Netzwerk mit 2xFR4 von 400G auf 800G aufrüstet.
Hauptvorteile der DFT 800G FR4-Lösung
DFT bietet professionelle Lösungen für Benutzer großer Rechenzentren, die vollständig auf 800G-Geschwindigkeiten aufrüsten müssen, um die Netzwerkbandbreite des Rechenzentrums schnell zu erhöhen und dem schnellen Wachstum ihres Unternehmens gerecht zu werden. Die umfassenden Netzwerklösungen und Produktanforderungen für Kunden helfen den Kunden nicht nur, Kosten zu sparen, sondern senken auch den Stromverbrauch und bieten ihnen somit einen höheren Mehrwert.
Hohe Dichte : Der Einsatz von QSFP-DD/OSFP-Modulen mit hoher Dichte erhöht die Übertragungskapazität und kann eine höhere Bandbreitenrate bereitstellen.
Geringer Stromverbrauch : Die Verwendung eines kleineren 7-nm-DSP-Chips gewährleistet eine hohe Integration des Produkts, wodurch ein geringerer Stromverbrauch als der Branchendurchschnitt erreicht und die Investitionskosten des Kunden gesenkt werden.
Flexible Bereitstellung : Bietet verschiedene Möglichkeiten für Breakout- oder Direktverbindungsschemata, die zahlreicher, flexibler und praktischer sind und anschließend einen reibungslosen Upgrade-Übergang ermöglichen.
Produktliste der 800G FR4-Lösung
Produkttyp Teilenummer Parameter
Optisches Modul OSFP-2FR4-800G PAM4 1310 nm 2 km DOM Duplex LC/UPC SMF
QDD-FR4-400G PAM4 1310 nm 2 km DOM Duplex LC/UPC SMF
QSFP-DR-100G Einzel-Lambda 1310 nm 500 m DOM Duplex LC/UPC SMF
DAC-Kabel QSFP-100G-PC01 1 Meter, passiv, QSFP28 auf QSFP28, 30AWG
Glasfaserkabel HD-SMFULCDX 1 m (3 Fuß) LC UPC auf LC UPC Duplex OS2
Server TS4620 6U Tower Server, 4 x 3,5''/2,5'' Hot-Swap SAS/SATA/SSD Laufwerksschächte, 2 x RJ45 1GbE Ports, 550W redundant
Switch MSN4410-WS2FC 24 x 100 Gb QSFP28-DD, mit 8 x 400 Gb QSFP-DD
Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung (FEC) im Einzelkanal 200G
Um die Empfindlichkeitsanforderungen für einen 200G PAM-Empfänger zu erfüllen, die eine Bitfehlerratenschwellenleistung vor FEC von 2E-3 erfordern, ist ein leistungsstärkerer FEC erforderlich. Die folgende Abbildung veranschaulicht den Vergleich zwischen terminierten und verketteten (seriellen) Schemata.
Bei der ersten Option wird KP4 beendet und durch einen neuen FEC mit höherem Overhead ersetzt. Dieses Schema bietet Vorteile in Bezug auf Net Coding Gain (NCG) und Overhead. Bei der zweiten Option behält das verkettete Schema KP4 als äußeren Code bei und kombiniert ihn mit einem neuen inneren Code. Dieser kaskadierte Verkettungsansatz bietet Vorteile bei Latenz und Stromverbrauch und ist daher besser für das 800G-FR4-Anwendungsszenario geeignet.
Zusammenfassung
Während die Branche voranschreitet, werden kontinuierliche Innovationen in den Bereichen Photonik und Elektronik zweifellos zu Verbesserungen der 800G-Technologie führen. Das 4x200G FR4-Szenario ist nur der Anfang. Die sich entwickelnden Standards und erweiterten Anwendungsfälle werden neue Grenzen in der Welt der Telekommunikation erschließen. Die erfolgreiche Integration dieser Hochgeschwindigkeitsmodule wird den Weg für beispiellose Datenübertragungskapazitäten ebnen und das Rückgrat der Netzwerke der nächsten Generation bilden, die die datenhungrigen Anwendungen von morgen antreiben werden.