800G QSFP-DD VS OSFP 800G

No mundo acelerado de hoje, a demanda por transmissão de dados em alta velocidade atingiu níveis sem precedentes. O surgimento de aplicativos de IA e grandes modelos tornou a potência computacional uma infraestrutura essencial para o setor de IA. Com a necessidade cada vez maior de comunicação mais rápida, os módulos ópticos de alta velocidade se tornaram componentes essenciais dos servidores de IA. Este artigo investiga a evolução dos módulos ópticos 800G e seu vasto potencial na era da inteligência artificial.

A evolução dos módulos ópticos 800G.

Os módulos ópticos realizam a tarefa de conversão de sinais fotoelétricos em conexões de rede, sendo responsáveis pela conversão de sinais elétricos em sinais ópticos na extremidade de transmissão e, em seguida, pela transmissão por meio de fibras ópticas antes de converter os sinais ópticos novamente em sinais elétricos na extremidade de recepção. Com o desenvolvimento e a integração de dispositivos optoeletrônicos, seu desempenho e a largura de banda de transmissão estão melhorando continuamente. Os módulos ópticos agora exigem taxas de transmissão mais altas e tamanhos menores para se adaptarem a vários cenários de uso. Os métodos de empacotamento também estão evoluindo, com embalagens menores e menor consumo de energia, o que significa que os módulos ópticos podem atingir maior densidade de portas nos switches, permitindo que a mesma quantidade de energia acione mais módulos ópticos.

Demanda de largura de banda cada vez maior.

O crescimento da demanda por largura de banda teve um impacto significativo nos módulos ópticos de alta velocidade. Com o surgimento contínuo de novas tecnologias e a necessidade de transmissão de dados em larga escala, os módulos ópticos tradicionais de 100G, 200G e 400G não conseguem mais atender totalmente às demandas do mercado. Para atender aos requisitos cada vez maiores de largura de banda, os módulos ópticos de 800G estão se tornando a tendência.

O crescimento da tecnologia de LPO.

Na era dos módulos ópticos 800G, a tecnologia Linear-drive Pluggable Optics (LPO) surgiu como um destaque. A LPO utiliza componentes analógicos lineares no link de dados, eliminando a necessidade de projetos complexos de CDR ou DSP. Em comparação com as soluções DSP, a LPO reduz significativamente o consumo de energia e a latência, tornando-a altamente adequada para os requisitos de conectividade de dados de curta distância, alta largura de banda, baixo consumo de energia e baixa latência dos centros de computação de IA. À medida que os provedores de serviços em nuvem expandem seus recursos de computação, espera-se que as soluções de LPO, incluindo o 800G LPO, conquistem uma fatia significativa do mercado.

Embalagem do módulo óptico 800G.

Com o avanço contínuo da tecnologia, as formas de empacotamento dos módulos ópticos passaram por uma evolução significativa. Desde a embalagem GBIC inicial até a embalagem SFP menor, e agora até a atual 800G QSFP-DD e embalagens OSFP. Essa tendência de desenvolvimento não apenas reflete o aumento contínuo da velocidade dos módulos ópticos, mas também demonstra sua progressão em direção à miniaturização e aos recursos de hot-swap. Os cenários de aplicação dos módulos ópticos 800G estão se tornando cada vez mais difundidos, abrangendo vários campos, como Ethernet, CWDM/DWDM, conectores, canais de fibra e acesso com e sem fio.

Fator de forma QSFP-DD 800G

O módulo de alta velocidade plugável de fator de forma pequeno quadruplo de densidade dupla. Atualmente, o QSFP-DD é o empacotamento preferido para módulos ópticos de 800G, permitindo que os data centers aumentem e expandam com eficiência a capacidade da nuvem conforme necessário. Os módulos QSFP-DD utilizam uma interface elétrica de 8 canais, com cada canal capaz de atingir velocidades de até 25 Gb/s (modulação NRZ) ou 50 Gb/s (modulação PAM4), fornecendo uma solução agregada de até 200 Gb/s ou 400 Gb/s.

As vantagens do 800G QSFP-DD

• Ele é compatível com versões anteriores, suportando o empacotamento QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP.
• Ele utiliza um conector de gaiola integrado empilhado 2×1, que pode suportar sistemas de conector de gaiola de altura única e de altura dupla.
• Com o uso de conectores SMT e gaiolas 1xN, ele atinge uma capacidade térmica de pelo menos 12 watts por módulo. A maior capacidade térmica reduz os requisitos de resfriamento para os módulos ópticos, reduzindo assim alguns custos desnecessários.
• No projeto do QSFP-DD, o grupo de trabalho da MSA considerou totalmente a flexibilidade do usuário, incorporando o projeto ASIC que suporta várias taxas de interface e é compatível com versões anteriores (compatível com QSFP+/QSFP28), reduzindo, assim, os custos de porta e de implantação de equipamentos.

Fator de forma OSFP 800G

O OSFP é um novo tipo de módulo óptico, significativamente menor que o CFP8, mas um pouco maior que o QSFP-DD, com 8 canais elétricos de alta velocidade. Ele ainda suporta 32 portas OSFP por painel frontal de 1U e, quando combinado com dissipadores de calor integrados, pode melhorar muito o desempenho térmico.

Vantagens do OSFP 800G

• Os módulos OSFP são projetados com 8 canais, suportando diretamente uma taxa de transferência total de até 800 G, alcançando assim uma maior densidade de largura de banda.
• Como o pacote OSFP suporta mais canais e taxas de transmissão de dados mais altas, ele pode oferecer maior desempenho e distâncias de transmissão mais longas.
• Os módulos OSFP apresentam um excelente design térmico, capaz de suportar um maior consumo de energia.
• O OSFP foi projetado para suportar taxas ainda mais altas no futuro. Como os módulos OSFP são maiores, eles têm o potencial de suportar um consumo de energia mais alto, suportando assim taxas mais altas, como 1,6T ou mais.

Comparação do fator de forma do módulo óptico 800G

O QSFP-DD é normalmente a escolha preferida em aplicativos de telecomunicações, enquanto o OSFP é mais adequado para ambientes de data center. As principais diferenças entre os dois são:

• Tamanho: O OSFP é um pouco maior em tamanho.
• Consumo de energia: O OSFP tem um consumo de energia um pouco maior do que o QSFP-DD.
• Compatibilidade: O QSFP-DD é perfeitamente compatível com o QSFP28 e o QSFP+, enquanto o OSFP não é.

Tipos de módulos ópticos 800G

800G = 8100G = 4200G, portanto, com base na taxa de canal único, ela pode ser dividida em duas categorias: 100G e 200G de canal único. A arquitetura correspondente é mostrada na figura abaixo. Os módulos ópticos de 100G de canal único podem ser realizados rapidamente, enquanto os de 200G exigem mais dos componentes ópticos. Como a taxa máxima atualmente suportada pelas interfaces elétricas é 112 Gbps PAM4, no caso de 200G de canal único, é necessária uma caixa de engrenagens para a conversão.

No caso do multimodo, há dois padrões principais para módulos ópticos 800G, correspondentes a distâncias de transmissão inferiores a 100 m.

800G SR8

Ele emprega uma solução VCSEL com um comprimento de onda de 850 nm e uma taxa de canal único de 100 Gbps PAM4, exigindo 16 fibras. Ele pode ser visto como uma versão atualizada do SR4 de 400G, com o dobro do número de canais. Sua interface óptica é MPO-16 ou duas fileiras de MPO-12, conforme mostrado na figura abaixo. O módulo óptico 800G SR8 é normalmente usado para Ethernet 800G, links de data center ou interconexões 800G-800G.

800G SR4

A solução usa comprimentos de onda de 850nm/910nm para transmissão bidirecional, utilizando o DeMux no módulo para separar os dois comprimentos de onda. A taxa de canal único é de 100 Gbps PAM4 e requer 8 fibras. Em comparação com o SR8, o número de fibras nesse esquema é reduzido pela metade. Seu diagrama de blocos é mostrado abaixo:

Sua interface de fibra óptica é mostrada abaixo com o pino MPO-12.

No caso do modo único, há vários padrões para módulos ópticos 800G:

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

Todos os três padrões têm arquiteturas internas semelhantes, com 8 transmissores e 8 receptores, uma taxa de canal único de 100 Gbps e a necessidade de 16 fibras.

O módulo óptico 800G DR8 adota a tecnologia 100G PAM4 e a tecnologia paralela monomodo de 8 canais, a distância de transmissão por meio de fibra monomodo pode chegar a 500 m, geralmente aplicada em data centers, interconexões 800G-800G, 800G-400G, 800G-100G.

O 800G PSM8 adota a tecnologia CWDM com 8 canais ópticos, cada um com uma taxa de transmissão de 100 Gbps, suportando uma distância de transmissão de 100 m, o que o torna ideal para transmissão de longa distância e compartilhamento de recursos de fibra.

800G 2DR4 refere-se a duas interfaces "400G-DR4", a interface óptica 2DR4 é composta por dois MPO-12, conforme mostrado na figura abaixo, pode ser interconectada com o módulo óptico 400G DR4, sem cabo de ramificação de fibra, suporta 500 m de distância de transmissão, conveniente para atualizações de data center. MPO-16.

800G FR8

Essas duas soluções são atualizações de módulos ópticos 400G FR4 e LR4 usando comprimentos de onda CWDM4 de 1271/1291/1311/1331nm. O 2xFR4 suporta uma distância de transmissão de 2 km e o 2xLR4 suporta uma distância de transmissão de 10 km. Suas interfaces ópticas são interfaces CS duplas ou LC duplex duplas.

O impacto da Al na implantação do módulo óptico 800G

Primeiro, os servidores de IA exigem altas taxas de dados e baixa latência, o que requer switches no topo do rack que correspondam à largura de banda subjacente. Esses switches também podem exigir redundância de latência, o que requer módulos ópticos de alta velocidade. Por exemplo, o servidor NVIDIA DGX H100 vem com oito módulos de GPU H100, cada um dos quais requer dois módulos ópticos de 200G. Portanto, cada servidor requer pelo menos 16 módulos de 200G e as portas de switch correspondentes no topo do rack requerem pelo menos 4 módulos de 800G.

Em segundo lugar, os chips ópticos de 800G são mais econômicos e eficientes em termos de custo. Eles usam chips EML de 100G, enquanto os de 200G/400G usam chips ópticos de 50G. Os dados mostram que um chip óptico de 100G custa 30% menos do que dois chips ópticos de 50G na mesma taxa.

No entanto, os módulos ópticos de 400G continuam sendo importantes no setor. Embora não consigam atingir a velocidade dos módulos ópticos 800G, eles oferecem um aumento significativo na largura de banda em relação às tecnologias mais antigas e são a solução preferida de muitas organizações. Além disso, alguns aplicativos podem não precisar da funcionalidade completa da Ethernet 800G, o que torna a Ethernet 400G mais prática para eles.