100G ist in vollem Gange, um in den Mainstream zu gelangen. Derzeit gibt es vier gängigste Typen optischer 100G-QSFP28-Transceiver für Rechenzentrumsanwendungen:  QSFP28 SR4 ,  QSFP28 LR4 ,  QSFP28 PSM4 und  QSFP28 CWDM4 . Vergleiche zwischen den letzten drei werden in diesem Abschnitt besprochen, um Ihnen bei der richtigen Auswahl Ihres 10 0 G-Anwendungsmodus zu helfen.

1.  Übersicht  über den  optischen 100G QSFP28 CWDM4-  Transceiver 

Die Anforderungen an Datenübertragungsraten werden immer höher und der Markt für optische 100G-QSFP28-Transceiver wächst rasant. Die IEEE-Organisation hat zwei Standards für optische Transceiver für 100G-Netzwerke entwickelt: 100G QSFP28 SR4 und 100G QSFP28 LR4. Aufgrund der unterschiedlichen Längen der Glasfaserverbindungen können diese beiden Standards jedoch in der Praxis Rechenzentren nicht auf die kosteneffizienteste Weise bereitstellen. Daher hat die CWDM4 MSA-Organisation den 100G QSFP28 CWDM4-Standard mit einer Übertragungsentfernung von 2 km entwickelt.

100G QSFP28 CWDM4 ist ein 2014 von der CWDM4 MSA-Organisation veröffentlichter Standard. Es handelt sich um einen 100G-Übertragungsmodus, der auf der Single-Mode-CWDM-Technologie (Grobwellenlängenmultiplex) basiert. Der diesem Standard entsprechende optische 100G-QSFP28-CWDM4-Transceiver verwendet eine Duplex-LC-Schnittstelle. Die 4 zentralen Wellenlängen 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm und 1331 nm werden für die optische Signalübertragung verwendet (wie in der Tabelle unten gezeigt), und jedes Band überträgt 25 G.

Durch die CWDM-Technologie kann der optische 100G QSFP28 CWDM4-Transceiver die oben genannten vier Mittenwellenlängen zur Übertragung auf eine Singlemode-Faser multiplexen. Es ist zu beachten, dass zur Gewährleistung der Stabilität des Glasfaserübertragungssystems der optische 100G QSFP28 CWDM4-Transceiver für die Glasfaserverbindung mit der Vorwärtsfehlerkorrekturfunktion (FEC) verwendet werden muss.

Die Anwendung  von  100G QSFP28 CWDM4:

100G QSFP28 CWDM4 kann auf das 100G CWDM4 Ethernet-, InfiniBand EDR-Hochleistungs-Rechen- und Speichernetzwerk des Rechenzentrums angewendet werden.

100G QSFP28 CWDM4  Formfaktor: 

Der optische Transceiver 100G CWDM4 verwendet den QSFP28-Formfaktor, einen optischen Transceiver, der zur Unterstützung der 100G-Übertragung verwendet werden kann. Es bietet eine ideale Lösung für den aktuellen Bedarf an steigenden Übertragungsraten in extrem großen Rechenzentren. Die Formfaktorgröße von QSFP28 ist kleiner als die der optischen CFP4-Transceiver, was bedeutet, dass optische QSFP28-Transceiver eine höhere Portdichte am Switch haben.

Die Digital Diagnostic Monitoring (DDM)-Funktion von  100G QSFP28 CWDM4:  

Der optische 100G QSFP28 CWDM4-Transceiver verfügt über eine integrierte DDM-Funktion, mit der wichtige Leistungsparameter des optischen Transceivers wie gesendete optische Leistung, empfangene optische Leistung, Temperatur und Stromversorgungsspannung, Laser-Vorspannungsstrom und Warninformationen effektiv überwacht werden können .

Die Kosten von  100G QSFP28 CWDM4:  

Der optische 100G-QSFP28-CWDM4-Transceiver kann direkt von 25G auf 100G aufgerüstet werden, ohne 40G nutzen zu müssen, was die Kosten des Verkabelungssystems erheblich senkt.

Merkmale von  100G QSFP28 CWDM4 : 

Nehmen Sie als Beispiel den optischen 100G QSFP28 CWDM4-Transceiver (QSFP28-100G-IR4) von 3Coptics:

1 Gbit/s, jede Spur-Bitrate 25,78 Gbit/s

Bis zu 2 km Übertragung auf Singlemode-Glasfaser (SMF) mit FEC

LAN WDM DFB Laser und PIN-Empfänger

I2C-Schnittstelle mit integrierter digitaler Diagnoseüberwachung

QSFP28 MSA-Gehäuse mit Duplex-LC-Anschluss

Einzelne +3,3-V-Stromversorgung

4 CWDM-Spuren MUX/DEMUX-Design

100G CWDM4 MSA Technische Spezifikation Rev1.1

Maximaler Stromverbrauch 3,5 W

Betriebsgehäusetemperatur: 0 bis +70 °C

Entspricht der EU-Richtlinie 2011/65/EU (RoHS 6/6)

Anwendung:

Rechenzentrumsverbindung

100G-Ethernet

Infiniband QDR- und DDR-Verbindung

Unternehmensnetzwerke

Was sind die Vorteile von 100G CWDM4 QSFP28 im Vergleich zu anderen optischen 100G-  Transceivern ?

100G QSFP28 CWDM4 optische Transceiver bieten in Rechenzentrumsanwendungen mehr Preisvorteile als 100G QSFP28 PSM4 optische Transceiver bei Mittel- und Langstreckenübertragungen; im Vergleich zu 100G QSFP28 LR4 optischen Transceivern mit einem breiteren Anwendungsbereich, sodass auch die Nachfrage größer sein wird; Der Preisvorteil ist im Vergleich zu optischen 100G QSFP28 LR4-Transceivern hervorragend.

Mit dem kontinuierlichen Wachstum des Datenverkehrs fördert der Trend zu großen und flachen Rechenzentren die Entwicklung optischer Transceiver in zweierlei Hinsicht: der Erhöhung der Übertragungsratenanforderungen und der Erhöhung der Mengenanforderungen. Bei einer Vielzahl optischer Transceiver, die in Rechenzentren zum Einsatz kommen, stehen zweifellos niedrige Kosten und Übertragungsentfernung im Vordergrund. Daher ist CWDM4 zum Mainstream von 100G-Cloud-Computing-Rechenzentren geworden.

2. Übersicht über den optischen 100G-QSFP28-LR4-Transceiver

Vor langer Zeit war die Industriekette für optische Transceiver sehr chaotisch. Jeder Hersteller hatte seine eigene Paketstruktur mit verschiedenen Schnittstellen und unterschiedlichen Größen. Um dieses Problem zu lösen, wurde das Multi-Source-Agreement (MSA) ins Leben gerufen. Alle Hersteller folgen dem von MSA vorgeschlagenen Standard zur Vereinheitlichung der Gehäusestruktur und der zugehörigen Schnittstellen optischer Transceiver, was der Standardisierung von Mobiltelefon-Ladeanschlüssen ähnelt. Für 100G umfassen die von MSA definierten Standards 100G PSM4 MSA, 100G CWDM4 MSA und 100G Lambda MSA.

Warum hat MSA zusätzlich zu den in IEEE vorgeschlagenen Standards der 100GBASE-Serie auch PSM4- und CWDM4-Standards vorgeschlagen? 100GBASE-SR4 und 100GBASE-LR4 sind die am häufigsten verwendeten 100G-Schnittstellenspezifikationen, die von IEEE definiert werden. Für große Verbindungsszenarien von Rechenzentren ist die von 100GBASE-SR4 unterstützte Entfernung jedoch zu kurz, um alle Verbindungsanforderungen zu erfüllen, und die Kosten von 100GBASE-LR4 sind zu hoch. Daher bringt MSA Verbindungslösungen für mittlere Entfernungen auf den Markt, und PSM4 und CWDM4 sind die Produkte dieser Revolution. Natürlich deckt die Leistungsfähigkeit von 100GBASE-LR4 die von CWDM4 vollständig ab, aber im Szenario von 2-km-Übertragungen ist die CWDM4-Lösung kostengünstiger und wettbewerbsfähiger.

100G QSFP28 LR4 und 100G QSFP28 CWDM4 sind im Prinzip ähnlich. Beide verwenden optische Geräte MUX und DEMUX, um vier parallele 25G-Kanäle im Wellenlängenmultiplex auf eine 100G-Glasfaserverbindung zu übertragen. Es gibt jedoch einige Unterschiede zwischen den beiden.

Im Namen von 100G QSFP28 LR4 bedeutet LR große Reichweite, also 10 km; 4 bedeutet vier Kanäle, also 4*25G, die zu einem optischen 100G-Transceiver kombiniert werden, der 10 km übertragen kann.

2.1 Optische MUX/DEMUX-Geräte, die von 100G QSFP28 LR4 verwendet werden, sind teurer

CWDM4 definiert ein 20-nm-CWDM-Intervall, da die Wellenlängen-Temperaturdriftcharakteristik des Lasers etwa 0,08 nm/°C beträgt, die Wellenlängenänderung im Arbeitsbereich von 0 bis 70 °C etwa 5,6 nm beträgt und der Kanal selbst auch etwas davon lassen muss Isolationsbänder.

Kanal 1: 1264,5 ~ 1277,5 nm

Kanal 2: 1284,5 ~ 1297,5 nm

Kanal 3: 1304,5 ~ 1317,5 nm

Kanal 4: 1324,5 ~ 1337,5 nm

Und 100G QSFP28 LR4 definiert das 4,5-nm-LAN-WDM-Intervall.

Kanal 1: 1294,53 ~ 1296,59 nm

Kanal 2: 1299,02 ~ 1301,09 nm

Kanal 3: 1303,54 ~ 1305,63 nm

Kanal 4: 1308,09 ~ 1310,19 nm

Je größer der Kanalabstand, desto geringer sind die Anforderungen an das optische MUX/DEMUX-Gerät, was Kosten sparen kann.

2.2 Der von 100G QSFP28 LR4 verwendete Laser ist teurer und verbraucht mehr Strom

100G QSFP28 CWDM4 verwendet DML (Direct Modulated Laser), während 100G QSFP28 LR4 EML (Electro-absorption Modulated Laser) verwendet. DML ist ein einzelner Laser und EML besteht aus zwei Geräten, einem DML und dem anderen dem EAM-Modulator. Das Prinzip von DML besteht darin, eine Signalmodulation durch Modulation des Injektionsstroms des Lasers zu erreichen. Da die Größe des Injektionsstroms den Brechungsindex des aktiven Bereichs des Lasers ändert, was zu einer Wellenlängenverschiebung (Chirp) und einer Dispersion führt, ist es sehr schwierig, eine Hochgeschwindigkeitssignalmodulation und eine Übertragung über große Entfernungen zu realisieren. 10 km reichen für DML nicht aus, daher kann ich nur zu EML wechseln.

Hinweis: Unter Zwitschern versteht man ein Signal, dessen Frequenz sich im Laufe der Zeit ändert (zunimmt oder abnimmt) und das dem Zwitschern von Vögeln ähnelt.

2.3 100G QSFP28 LR4  benötigt zusätzlichen TEC (Thermo Electric Cooler )

Da der Abstand zwischen benachbarten Kanälen des 100G QSFP28 LR4 nur 4,5 nm beträgt, muss der Laser zur Temperaturkontrolle auf dem TEC platziert werden. Der TEC-Treiberchip muss auf der Schaltung platziert werden und der Laser muss auch in das TEC-Material integriert werden, was zu höheren Kosten für LR4 als für CWDM4 führt.

Basierend auf den drei oben genannten Punkten kosten die optischen Transceiver des 100G-QSFP28-LR4-Standards mehr, sodass der von MSA vorgeschlagene 100G-CWDM4-Standard die Lücke, die durch die hohen Kosten von 100GBASE-LR4 innerhalb von 2 km entsteht, gut ergänzt.

3.  100G QSFP28 CWDM4  VS  LR4

● Funktionen 

100G QSFP28 CWDM4 entspricht dem Standard, der speziell für die Bereitstellung von 100G-  Datenverbindungen  innerhalb von 2 km vom Rechenzentrum entwickelt wurde. Die Schnittstelle des optischen Moduls QSFP28 CWDM4 entspricht der Spezifikation der optischen Duplex-Singlemode-2-km-100G-Schnittstelle, und die Übertragungsentfernung kann 2 km erreichen. Es ist das am weitesten verbreitete optische Modul der 100G QSFP28-Serie in Rechenzentren.

Im Vergleich dazu  verfügt 100G QSFP28 LR4 über alle Funktionen von QSFP28 CWDM und ist bei der Anwendung einer 2-km-Übertragung kostengünstiger und wettbewerbsfähiger.

● Funktionsprinzip

100G QSFP LR4 und CWDM4 sind in ihrer Funktionsweise grundsätzlich ähnlich. Beide multiplexen 4 parallele 25G-Kanäle über optische Geräte MUX und DEMUX auf eine 100G-Glasfaserverbindung. QSFP  LR4 überträgt  100G-Ethernet-Signale über 4 zentrale Wellenlängen, d. h.  1295,56 nm,  1300,05 nm,  1304,58 nm und  1309,14 nm. Die  beiden  Schnittstellenmodelle werden  wie folgt dargestellt : 

◮ QSFP28 LR4 Schematische Darstellung

◮ CWDM4 Schematisches  Diagramm

Kostenunterschiede

Obwohl es sich bei beiden um die gängigen optischen 100G-QSFP28-Anwendungen für IDC handelt, sind die Kosten zwischen den beiden Modulen unterschiedlich, was sich in den folgenden Aspekten widerspiegelt:

◇  Die  von  QSFP  CWDM4 eingesetzten optischen MUX/DEMUX  - Geräte   sind  günstiger  als die 100G QSFP28 LR4.

◇ Der Laser im LR4-Modul ist teurer und verbraucht mehr Strom.

◇ LR4 erfordert zusätzlichen TEC (halbleiterthermoelektrischer Kühler)

Basierend auf dem obigen  Vergleich sind optische Module, die  dem QSFP28 LR4-Standard  entsprechen, teurer ,  während  der  von MSA vorgeschlagene 100G QSFP28 CWDM4-Standard   die Lücke, die durch die hohen Kosten von QSFP28 LR4 innerhalb von 2 km  Übertragung entsteht, gut geschlossen hat .

4. 100G  QSFP28 PSM4  vs.  QSFP28 CWDM4

Funktionen für 100G PSM4 und CWDM4

Neben dem QSFP28 CWDM4-Transceiver  ist 100G QSFP28  PSM4  eine der alternativen Lösungen für mittlere Übertragungsentfernungen. Aber was sind die Vor- und Nachteile von PSM4 im Vergleich zu  CWDM4 ?

Der optische Transceiver QSFP28 PSM4 ist eine vierkanalige 100G-Verbindungslösung über ein paralleles SMF und wird hauptsächlich für 500-m-Verbindungsanwendungen verwendet. 8-Core-SMF baut vier unabhängige Kanäle (4 zum Senden und 4 zum Empfangen) für optische 100-Gbit/s-Verbindungen auf, und die Übertragungsrate jedes Kanals beträgt 25 Gbit/s.

Jede Signalrichtung nutzt vier unabhängige Kanäle derselben Wellenlänge von 1310 nm. Daher kommunizieren die beiden Transceiver normalerweise über 8-Faser  -MTP/MPO-Singlemode-Glasfaserkabel .  Die maximale Übertragungsentfernung von PSM4 beträgt 500 m .

● Funktionsprinzip für 100G PSM4

Die Funktionstheorie des 100G QSFP28 PSM4 entnehmen Sie bitte der folgenden Abbildung, um zu erfahren, wie es Signale überträgt.

◮ QSFP28  PSM4  Schematische Darstellung 

Kosten- und Technologieunterschiede

Kurz gesagt ist das optische 100G QSFP28 CWDM4-Modul mit einem integrierten Wellenlängenmultiplexer ausgestattet, wodurch es teurer ist als optische QSFP28 PSM4-Module. Allerdings benötigen CWDM4-Transceiver nur zwei Singlemode-Fasern für die bidirektionale Übertragung, was weitaus weniger ist als die 8 Singlemode-Fasern von PSM4. Und  QSFP28 CWDM4 überträgt 100G-Ethernet-Signale über  die vier Wellenlängen  1271 nm,  1291 nm, 1311 nm bzw. 1331 nm.

Mit zunehmender Verbindungsentfernung steigen die Gesamtkosten der PSM4-Lösung rapide an. Ob Sie sich für eine PSM4- oder CWDM4-Verbindungslösung entscheiden, sollte daher anhand Ihres tatsächlichen Bedarfs in der Anwendung entschieden werden. Die folgende Tabelle zeigt einige der technologischen Unterschiede zwischen den beiden Modulen.

◮ CWDM4 VS PSM4

Abschluss

Bei der Auswahl der miteinander verbundenen optischen Transceiver im 25G/100G-Rechenzentrum wird empfohlen, sich an den folgenden Standards zu orientieren:

∙Für 100G-Kurzstreckenverbindungsszenarien (TOR-LEAF), die 100 Meter nicht überschreiten, verwenden Sie optische 100GBASE-SR4 QSFP28-Transceiver;

∙Für 100G-Mittelstrecken-Verbindungsszenarien (LEAF-SPINE) von 100 Metern bis 500 Metern verwenden Sie optische 100G PSM4 QSFP28-Transceiver;

∙Für 100G-Mittel- und Fernverbindungsszenarien (LEAF-SPINE, SPINE-CORE) von 500 Metern bis 2 km verwenden Sie optische 100G CWDM4 QSFP28-Transceiver;

∙Für Fernverbindungsszenarien (CORE-MAN) von mehr als 2 km verwenden Sie optische 100GBASE-LR4 QSFP28-Transceiver.

Für Anbieter optischer Transceiver sind hohe Geschwindigkeit, geringer Stromverbrauch und niedrige Kosten die Hauptkriterien für zukünftige Anforderungen an optische Transceiver für Rechenzentren. Hinsichtlich der Übertragungsentfernung, des Modulationsmodus, der Betriebstemperatur und des Formfaktors gibt es unterschiedliche Lösungen, die anhand von Faktoren wie Anwendungsszenarien und Kosten ausgewählt werden müssen.