800G QSFP-DD ПРОТИВ OSFP 800G

В современном быстро меняющемся мире потребность в высокоскоростной передаче данных достигла беспрецедентного уровня. Появление приложений ИИ и больших моделей сделало вычислительную мощность критически важной инфраструктурой для индустрии ИИ. В связи с постоянно растущей потребностью в более быстрой связи высокоскоростные оптические модули стали неотъемлемыми компонентами серверов ИИ. В этой статье мы рассмотрим эволюцию оптических модулей 800G и их огромный потенциал в эпоху искусственного интеллекта.

Эволюция оптических модулей 800 Гбит/с.

Оптические модули выполняют задачу фотоэлектрического преобразования сигналов в сетевых соединениях, отвечая за преобразование электрических сигналов в оптические на передающем конце, а затем передавая их по оптическим волокнам до преобразования оптических сигналов обратно в электрические на приемном конце. С развитием и интеграцией оптоэлектронных устройств их производительность и пропускная способность постоянно улучшаются. Оптические модули теперь требуют более высокой скорости передачи и меньших размеров, чтобы адаптироваться к различным сценариям использования. Развиваются и методы упаковки: уменьшение размеров и снижение энергопотребления означают, что оптические модули могут достигать более высокой плотности портов в коммутаторах, позволяя использовать то же количество энергии для работы большего числа оптических модулей.

Постоянно растущий спрос на пропускную способность.

Рост спроса на пропускную способность оказал значительное влияние на высокоскоростные оптические модули. В связи с постоянным появлением новых технологий и необходимостью масштабной передачи данных традиционные оптические модули 100, 200 и 400 Гбит/с уже не могут полностью удовлетворить потребности рынка. Чтобы удовлетворить постоянно растущие требования к пропускной способности, в моду входят оптические модули 800 Гбит/с.

Рост технологий ЛПО.

В эпоху оптических модулей 800 Гбит/с технология подключаемой оптики с линейным приводом (Linear-drive Pluggable Optics, LPO) заняла особое место. LPO использует линейные аналоговые компоненты в канале передачи данных, устраняя необходимость в сложных конструкциях CDR или DSP. По сравнению с DSP-решениями, LPO значительно снижает энергопотребление и задержки, что делает ее очень подходящей для удовлетворения требований вычислительных центров ИИ к соединению данных на коротких расстояниях, с высокой пропускной способностью, низким энергопотреблением и малыми задержками. Ожидается, что по мере того, как поставщики облачных услуг будут расширять свои вычислительные ресурсы, решения LPO, включая 800G LPO, займут значительную долю рынка.

Упаковка оптических модулей 800G.

С непрерывным развитием технологий формы упаковки оптических модулей претерпели значительную эволюцию. От ранних упаковок GBIC до более компактных упаковок SFP, а теперь и до нынешних 800G QSFP-DD и упаковки OSFP. Эта тенденция развития не только отражает постоянное увеличение скорости оптических модулей, но и демонстрирует их движение в сторону миниатюризации и возможности "горячей" замены. Сценарии применения оптических модулей 800G становятся все более широкими и охватывают различные области, такие как Ethernet, CWDM/DWDM, разъемы, оптоволоконные каналы и проводной/беспроводной доступ.

Форм-фактор 800G QSFP-DD

Высокоскоростной модуль двойной плотности Quad Small Form-factor Pluggable. В настоящее время QSFP-DD является предпочтительной упаковкой для оптических модулей 800 Гбит/с, что позволяет центрам обработки данных эффективно наращивать и расширять облачные мощности по мере необходимости. В модулях QSFP-DD используется 8-канальный электрический интерфейс, каждый канал которого способен развивать скорость до 25 Гбит/с (модуляция NRZ) или 50 Гбит/с (модуляция PAM4), обеспечивая суммарную скорость до 200 Гбит/с или 400 Гбит/с.

Преимущества 800G QSFP-DD

• Он обратно совместим и поддерживает упаковку QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP.
• В нем используется интегрированный в стек коннектор 2×1, который может поддерживать как одновысотные, так и двухвысотные системы коннекторов.
• Благодаря использованию SMT-коннекторов и сепараторов 1xN достигается тепловая мощность не менее 12 Вт на модуль. Более высокая тепловая мощность снижает требования к охлаждению оптических модулей, тем самым сокращая ненужные расходы.
• При разработке QSFP-DD рабочая группа MSA в полной мере учла гибкость пользователей, включив в конструкцию ASIC поддержку нескольких скоростей интерфейса и обратную совместимость (совместимость с QSFP+/QSFP28), что позволяет снизить стоимость портов и стоимость развертывания оборудования.

Форм-фактор 800G OSFP

OSFP - это новый тип оптического модуля, значительно меньший, чем CFP8, но немного больший, чем QSFP-DD, с 8 высокоскоростными электрическими каналами. Он по-прежнему поддерживает 32 порта OSFP на переднюю панель высотой 1U, а в паре со встроенными радиаторами позволяет значительно повысить тепловые характеристики.

Преимущества 800G OSFP

• Модули OSFP имеют 8 каналов, поддерживающих общую пропускную способность до 800 Гбит/с, что позволяет достичь более высокой плотности полосы пропускания.
• Благодаря тому, что упаковка OSFP поддерживает больше каналов и более высокую скорость передачи данных, она может обеспечить более высокую производительность и большую дальность передачи.
• Модули OSFP отличаются превосходным тепловым режимом и способны выдерживать более высокое энергопотребление.
• OSFP разработан для поддержки еще более высоких скоростей в будущем. Поскольку модули OSFP имеют больший размер, они могут поддерживать более высокое энергопотребление, тем самым поддерживая более высокие скорости, такие как 1,6T и выше.

Сравнение форм-факторов оптических модулей 800G

QSFP-DD обычно предпочитают использовать в телекоммуникационных приложениях, а OSFP больше подходит для центров обработки данных. Основные различия между ними следующие:

• Размер: OSFP немного больше по размеру.
• Потребляемая мощность: Потребляемая мощность OSFP немного выше, чем у QSFP-DD.
• Совместимость: QSFP-DD идеально совместим с QSFP28 и QSFP+, а OSFP - нет.

Типы оптических модулей 800G

800G = 8100G = 4200 Гбит/с, поэтому, исходя из одноканальной скорости, их можно разделить на две категории, а именно одноканальные 100 Гбит/с и 200 Гбит/с. Соответствующая архитектура показана на рисунке ниже. Одноканальные оптические модули 100G могут быть быстро реализованы, в то время как 200G предъявляет более высокие требования к оптическим компонентам. Поскольку максимальная скорость, поддерживаемая электрическими интерфейсами, в настоящее время составляет 112 Гбит/с PAM4, в случае одноканального 200G для преобразования требуется редуктор.

Для многомодового случая существует два основных стандарта оптических модулей 800G, соответствующих расстояниям передачи менее 100 м.

800G SR8

В нем используется решение VCSEL с длиной волны 850 нм и одноканальной скоростью 100 Гбит/с PAM4, требующей 16 волокон. Это можно рассматривать как модернизированную версию 400G SR4 с удвоенным числом каналов. Его оптический интерфейс представляет собой либо MPO-16, либо два ряда MPO-12, как показано на рисунке ниже. Оптический модуль 800G SR8 обычно используется для сетей Ethernet 800G, каналов центров обработки данных или соединений 800G-800G.

800G SR4

Решение использует длины волн 850 нм/910 нм для двунаправленной передачи, а для разделения двух длин волн используется DeMux в модуле. Одноканальная скорость составляет 100 Гбит/с PAM4 и требует 8 волокон. По сравнению с SR8, количество волокон в этой схеме уменьшено вдвое. Ее блок-схема показана ниже:

Ниже показан оптоволоконный интерфейс с контактом MPO-12.

Для одномодового случая существуют различные стандарты для оптических модулей 800G:

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

Все три стандарта имеют схожую внутреннюю архитектуру: 8 передатчиков и 8 приемников, скорость одного канала 100 Гбит/с и необходимость в 16 волокнах.

Оптический модуль 800G DR8 использует 100G PAM4 и 8-канальную одномодовую параллельную технологию, расстояние передачи по одномодовому волокну может достигать 500 м, обычно применяется в центрах обработки данных, 800G-800G, 800G-400G, 800G-100G межсоединениях.

800G PSM8 использует технологию CWDM с 8 оптическими каналами, каждый из которых имеет скорость передачи 100 Гбит/с, поддерживая расстояние передачи 100 м, что делает его идеальным для передачи на большие расстояния и совместного использования ресурсов волокна.

800G 2DR4 относится к двум интерфейсам "400G-DR4", оптический интерфейс 2DR4 - это два MPO-12, как показано на рисунке ниже, может быть соединен с оптическим модулем 400G DR4, без волоконного кабеля, поддерживает расстояние передачи 500 м, удобен для модернизации центров обработки данных.PSM8 и DR8 оптический интерфейс - MPO-16. MPO-16.

800G FR8

Эти два решения представляют собой модернизацию оптических модулей 400G FR4 и LR4, использующих длины волн CWDM4 1271/1291/1311/1331 нм. 2xFR4 поддерживает расстояние передачи 2 км, а 2xLR4 - 10 км. Их оптические интерфейсы - это двойные CS или двойные дуплексные LC интерфейсы.

Влияние Эла на развертывание оптических модулей 800 Гбит/с

Во-первых, серверы искусственного интеллекта требуют высокой скорости передачи данных и низкой задержки, что требует установки в верхней части стойки коммутаторов, соответствующих базовой пропускной способности. Этим коммутаторам также может потребоваться резервирование задержек, что требует высокоскоростных оптических модулей. Например, сервер NVIDIA DGX H100 поставляется с восемью модулями GPU H100, каждый из которых требует двух оптических модулей 200G. Таким образом, для каждого сервера требуется не менее 16 модулей 200G, а для соответствующих портов коммутатора в верхней стойке - не менее 4 800G.

Во-вторых, оптические чипы 800 Гбит/с более экономичны и выгодны. В них используются 100-гигабитные EML-чипы, в то время как в 200G/400G - 50-гигабитные оптические чипы. Данные показывают, что один оптический чип 100G стоит на 30% меньше, чем два оптических чипа 50G при той же скорости.

Тем не менее, оптические модули 400G по-прежнему занимают важное место в отрасли. Хотя они не могут сравниться по скорости с оптическими модулями 800G, они обеспечивают значительное увеличение пропускной способности по сравнению со старыми технологиями и являются предпочтительным решением для многих организаций. Кроме того, некоторые приложения могут не нуждаться в полной функциональности 800G Ethernet, что делает 400G Ethernet более практичным для них.