800G QSFP-DD VS OSFP 800G

In der heutigen schnelllebigen Welt hat die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen ein noch nie dagewesenes Niveau erreicht. Das Aufkommen von KI-Anwendungen und großen Modellen hat die Rechenleistung zu einer entscheidenden Infrastruktur für die KI-Branche gemacht. Mit dem ständig steigenden Bedarf an schnellerer Kommunikation sind optische Hochgeschwindigkeitsmodule zu wesentlichen Komponenten von KI-Servern geworden. Dieser Artikel befasst sich mit der Entwicklung von optischen 800G-Modulen und ihrem enormen Potenzial im Zeitalter der künstlichen Intelligenz.

Die Entwicklung der optischen 800G-Module.

Optische Module übernehmen die Aufgabe der fotoelektrischen Signalumwandlung in Netzverbindungen. Sie sind dafür verantwortlich, elektrische Signale auf der Sendeseite in optische Signale umzuwandeln und diese dann durch Glasfasern zu übertragen, bevor sie die optischen Signale auf der Empfangsseite wieder in elektrische Signale umwandeln. Mit der Entwicklung und Integration optoelektronischer Geräte werden deren Leistung und Übertragungsbandbreite ständig verbessert. Optische Module erfordern jetzt höhere Übertragungsraten und kleinere Abmessungen, um sich an verschiedene Einsatzszenarien anzupassen. Auch die Packaging-Methoden entwickeln sich weiter. Kleinere Gehäuse und ein geringerer Stromverbrauch bedeuten, dass optische Module eine höhere Anschlussdichte bei Switches erreichen können, so dass mit der gleichen Strommenge mehr optische Module betrieben werden können.

Ständig steigender Bandbreitenbedarf.

Der wachsende Bedarf an Bandbreite hat erhebliche Auswirkungen auf optische Hochgeschwindigkeitsmodule. Mit dem kontinuierlichen Aufkommen neuer Technologien und dem Bedarf an groß angelegter Datenübertragung können traditionelle optische 100G-, 200G- und 400G-Module die Marktanforderungen nicht mehr vollständig erfüllen. Um den ständig steigenden Bandbreitenanforderungen gerecht zu werden, werden optische 800G-Module zum Trend.

Das Wachstum der LPO-Technologie.

In der Ära der optischen 800G-Module hat sich die Linear-drive Pluggable Optics (LPO)-Technologie als herausragend erwiesen. LPO nutzt lineare analoge Komponenten in der Datenverbindung, wodurch komplexe CDR- oder DSP-Designs überflüssig werden. Im Vergleich zu DSP-Lösungen reduziert LPO den Stromverbrauch und die Latenzzeit erheblich und eignet sich daher hervorragend für die Anforderungen von KI-Rechenzentren an Datenverbindungen über kurze Entfernungen, mit hoher Bandbreite, geringem Stromverbrauch und niedriger Latenzzeit. Da Cloud-Service-Anbieter ihre Computing-Ressourcen erweitern, wird erwartet, dass LPO-Lösungen, einschließlich 800G LPO, einen bedeutenden Anteil des Marktes erobern werden.

800G optische Modulverpackung.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie haben sich auch die Verpackungsformen für optische Module stark verändert. Von den frühen GBIC-Verpackungen über die kleineren SFP-Verpackungen bis hin zu den aktuellen 800G QSFP-DD und OSFP-Gehäuse. Dieser Entwicklungstrend spiegelt nicht nur die kontinuierliche Steigerung der Geschwindigkeit optischer Module wider, sondern zeigt auch deren Fortschritt in Richtung Miniaturisierung und Hot-Swap-Fähigkeit. Die Anwendungsszenarien für optische 800G-Module werden immer breiter und umfassen verschiedene Bereiche wie Ethernet, CWDM/DWDM, Steckverbinder, Faserkanäle und drahtgebundenen/drahtlosen Zugang.

800G QSFP-DD Formfaktor

Das Double Density Quad Small Form-factor Pluggable High-Speed Module. QSFP-DD ist derzeit das bevorzugte Gehäuse für optische 800G-Module und ermöglicht es Rechenzentren, die Cloud-Kapazität bei Bedarf effizient zu erweitern und auszubauen. QSFP-DD-Module verfügen über eine elektrische Schnittstelle mit 8 Kanälen, wobei jeder Kanal Geschwindigkeiten von bis zu 25 Gb/s (NRZ-Modulation) oder 50 Gb/s (PAM4-Modulation) erreichen kann, was eine Gesamtlösung von bis zu 200 Gb/s oder 400 Gb/s ergibt.

Die Vorteile von 800G QSFP-DD

• Er ist abwärtskompatibel und unterstützt QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP-Gehäuse.
• Er verwendet einen 2×1 gestapelten integrierten Käfigstecker, der sowohl einfach hohe als auch doppelt hohe Käfigsteckersysteme unterstützen kann.
• Durch den Einsatz von SMT-Steckverbindern und 1xN-Käfigen wird eine Wärmekapazität von mindestens 12 Watt pro Modul erreicht. Die höhere Wärmekapazität reduziert den Kühlungsbedarf für die optischen Module und spart dadurch einige unnötige Kosten ein.
• Bei der Entwicklung von QSFP-DD hat die MSA-Arbeitsgruppe die Flexibilität der Benutzer in vollem Umfang berücksichtigt und ein ASIC-Design entwickelt, das mehrere Schnittstellenraten unterstützt und abwärtskompatibel ist (kompatibel mit QSFP+/QSFP28), wodurch die Anschlusskosten und die Kosten für die Bereitstellung von Geräten reduziert werden.

800G OSFP Formfaktor

OSFP ist ein neuartiges optisches Modul, das deutlich kleiner als CFP8, aber etwas größer als QSFP-DD ist und über 8 elektrische Hochgeschwindigkeitskanäle verfügt. Es unterstützt immer noch 32 OSFP-Ports pro 1U-Frontplatte und kann in Verbindung mit integrierten Kühlkörpern die thermische Leistung erheblich verbessern.

Vorteile von 800G OSFP

• OSFP-Module sind mit 8 Kanälen konzipiert, die direkt einen Gesamtdurchsatz von bis zu 800 G unterstützen und damit eine höhere Bandbreitendichte erreichen.
• Da das OSFP-Paket mehr Kanäle und höhere Datenübertragungsraten unterstützt, kann es eine höhere Leistung und längere Übertragungsstrecken bieten.
• OSFP-Module zeichnen sich durch ein hervorragendes thermisches Design aus, das einen höheren Stromverbrauch bewältigen kann.
• OSFP ist darauf ausgelegt, in Zukunft noch höhere Raten zu unterstützen. Da OSFP-Module größer sind, haben sie das Potenzial, einen höheren Stromverbrauch zu unterstützen und damit höhere Raten wie 1,6T oder mehr zu ermöglichen.

800G Optische Module im Vergleich der Formfaktoren

QSFP-DD ist in der Regel die bevorzugte Wahl für Telekommunikationsanwendungen, während OSFP eher für Rechenzentrumsumgebungen geeignet ist. Die Hauptunterschiede zwischen den beiden sind:

• Größe: Das OSFP ist etwas größer.
• Stromverbrauch: OSFP hat einen etwas höheren Stromverbrauch als QSFP-DD.
• Kompatibilität: QSFP-DD ist perfekt kompatibel mit QSFP28 und QSFP+, OSFP hingegen nicht.

Arten von optischen 800G-Modulen

800G = 8100G = 4200G, daher kann es auf der Grundlage der Einkanalrate in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich Einkanal 100G und 200G. Die entsprechende Architektur ist in der Abbildung unten dargestellt. Einkanalige optische 100G-Module können schnell realisiert werden, während 200G höhere Anforderungen an die optischen Komponenten stellt. Da die maximale Rate, die derzeit von elektrischen Schnittstellen unterstützt wird, 112 Gbps PAM4 ist, ist für den Fall von einkanaligen 200G ein Getriebe zur Umwandlung erforderlich.

Für den Multimode-Fall gibt es zwei Hauptnormen für optische 800G-Module, die für Übertragungsdistanzen von weniger als 100 m gelten.

800G SR8

Er verwendet eine VCSEL-Lösung mit einer Wellenlänge von 850 nm und einer Einzelkanalrate von 100 Gbps PAM4, wofür 16 Fasern erforderlich sind. Er kann als eine verbesserte Version des 400G SR4 angesehen werden, wobei die Anzahl der Kanäle verdoppelt wurde. Die optische Schnittstelle ist entweder MPO-16 oder zwei Reihen von MPO-12, wie in der Abbildung unten gezeigt. Das optische Modul 800G SR8 wird in der Regel für 800G-Ethernet, Rechenzentrumsverbindungen oder 800G-800G-Verbindungen verwendet.

800G SR4

Die Lösung verwendet 850nm/910nm-Wellenlängen für die bidirektionale Übertragung und nutzt den DeMux im Modul, um die beiden Wellenlängen zu trennen. Die Single-Channel-Rate beträgt 100 Gbps PAM4 und erfordert 8 Fasern. Im Vergleich zu SR8 ist die Anzahl der Fasern bei diesem System um die Hälfte reduziert. Das Blockdiagramm ist unten dargestellt:

Seine Glasfaserschnittstelle ist unten mit MPO-12-Stift dargestellt.

Für den Singlemode-Fall gibt es verschiedene Standards für optische 800G-Module:

800G DR8, 800G 2xDR4, 800G PSM8

Alle drei Standards haben eine ähnliche interne Architektur mit 8 Sendern und 8 Empfängern, einer einzelnen Kanalrate von 100 Gbit/s und dem Bedarf an 16 Fasern.

800G DR8 Optical Module verwendet 100G PAM4 und 8-Kanal Single-Mode Parallel-Technologie, die Übertragungsdistanz durch Single-Mode-Faser kann 500m erreichen, in der Regel in Rechenzentren, 800G-800G, 800G-400G, 800G-100G-Verbindungen angewendet.

Das 800G PSM8 nutzt die CWDM-Technologie mit 8 optischen Kanälen, jeder mit einer Übertragungsrate von 100 Gbps, und unterstützt eine Übertragungsdistanz von 100m, was es ideal für die Übertragung über große Entfernungen und die gemeinsame Nutzung von Glasfaserressourcen macht.

800G 2DR4 bezieht sich auf zwei "400G-DR4"-Schnittstellen, 2DR4 optische Schnittstelle ist zwei MPO-12, wie in der Abbildung unten gezeigt, kann mit 400G DR4 optisches Modul zusammengeschaltet werden, keine Faser Zweig Kabel, unterstützen 500m Übertragungsstrecke, bequem für Rechenzentrum upgrades.PSM8 und DR8 optische Schnittstelle ist MPO-16. MPO-16.

800G FR8

Bei diesen beiden Lösungen handelt es sich um Upgrades von optischen 400G FR4- und LR4-Modulen mit CWDM4-Wellenlängen von 1271/1291/1311/1331nm. 2xFR4 unterstützt eine Übertragungsdistanz von 2 km und 2xLR4 eine Übertragungsdistanz von 10 km. Die optischen Schnittstellen sind entweder Dual-CS- oder Dual-Duplex-LC-Schnittstellen.

Der Einfluss von KI auf die Bereitstellung von optischen 800G-Modulen

Erstens benötigen KI-Server hohe Datenraten und geringe Latenzzeiten, was Top-of-Rack-Switches erfordert, die der zugrunde liegenden Bandbreite entsprechen. Diese Switches können auch Latenzredundanz erfordern, wofür optische Hochgeschwindigkeitsmodule benötigt werden. Der NVIDIA DGX H100 Server wird beispielsweise mit acht H100 GPU-Modulen geliefert, von denen jedes zwei optische 200G-Module benötigt. Daher benötigt jeder Server mindestens 16 200G-Module, und die entsprechenden Top-of-Rack-Switch-Ports benötigen mindestens 4 800G.

Zweitens sind optische 800G-Chips kosteneffizienter und wirtschaftlicher. Sie verwenden 100G EML-Chips, während 200G/400G optische 50G-Chips verwenden. Die Daten zeigen, dass ein optischer 100G-Chip 30% weniger kostet als zwei optische 50G-Chips mit der gleichen Rate.

Nichtsdestotrotz bleiben optische 400G-Module in der Branche von Bedeutung. Sie können zwar nicht mit der Geschwindigkeit von optischen 800G-Modulen mithalten, bieten aber eine deutlich höhere Bandbreite als ältere Technologien und sind für viele Unternehmen die bevorzugte Lösung. Darüber hinaus benötigen manche Anwendungen nicht die volle Funktionalität von 800G Ethernet, so dass 400G Ethernet für sie praktischer ist.