Optická rozhraní 100Gbps

Standard 100GBASE-LR4 a QSFP28

100GBASE-LR4 standard je základním provedením 100Gbps optických transceiverů pro singlemode vlákna. 100GBASE-LR4 se již dnes běžně používá u formátů CFP, CFP2, CFP4, a především u velmi rozšířeného formátu QSFP28.

Modul Quad Small Form Factor Pluggable (QSFP) je kompaktní vysílač/přijímač (transceiver) určený pro datové komunikace. Tvarový faktor a elektrické rozhraní jsou specifikovány dohodou Multi-source (MSA) pod záštitou výboru SFF. Hlavní funkcí je vytvoření optického rozhraní u síťového hardwaru (jako jsou např. servery a přepínače). Jedná se o průmyslový formát společně vyvinutý a podporovaný mnoha dodavateli síťových komponentů. Umožňuje datové rychlosti od 4x 1Gbps pro QSFP a 4x 10Gbps pro QSFP+ a nejvyšší rychlost 4x 28Gbps pro QSFP28 (100Gbps).

QSFP+ (10)/ QSFP14/ QSFP28 - https://ta.snia.org/higherlogic/ws/public/documents?view
pro 10Gbps až 100Gbps (200Gbps)
standardizováno jako EIA-964 (Rev 4.8.; 31.10.2013)
SFF Comittee 8436 – specifikace pro QSFP+ 10Gps 4x
SFF-8436 se pak dělí do několika skupin

- SFF-8635 QSFP+ 10 Gb/s 4X Pluggable Transceiver Solution (QSFP10)
- SFF-8636 Common Management Interface
- SFF-8661 QSFP+ 28 Gb/s 4X Pluggable Module
- SFF-8662 QSFP+ 28 Gb/s 4X Connector (Style A)
- SFF-8663 QSFP+ 28 Gb/s Cage (Style A)
- SFF-8665 QSFP+ 28 Gb/s 4X Pluggable Transceiver Solution (QSFP28)
- SFF-8672 QSFP+ 28 Gb/s 4X Connector (Style B)
- SFF-8679 QSFP+ 4X Electrical Specification
- SFF-8682 QSFP+ 14 Gb/s 4X Connector
- SFF-8683 QSFP+ 14 Gb/s Cage
- SFF-8685 QSFP+ 14 Gb/s 4X Pluggable Transceiver Solution (QSFP14)

 QSFP28

- má stejný rozměr jako QSFP+ (QSFP+ modul pak lze použít v QSFP28 slotu)
- aktuálně nejrozšířenější formát
- kompaktní (ve srovnání s CFP)
- spíše pro kratší vzdálenosti (10 až 30 km max.)
- typické použití pro datacentra (MM)
- rychlost na jednu linku až 28Gbps
- jedná se o standard budoucnosti s předpokladem podpory většiny výrobců aktivních komponent
- až 36x 100Gbps v 1U
- má umožnit snadné nasazení 100G, tak jako to bylo u SFP+ a 10G

Konkrétně 100GBASE-LR4 QSFP28 vychází ze standardu IEEE P802.3ba. Stejně jako např. SFP transceivery i QSFP28 moduly jsou plně hotswapové a nabízí tak jednoduchý upgrade optických portů.

Transceiver na straně vysílače převádí 4 vstupní kanály každý 25Gbps (elektrický signál) na 4 kanály LAN WDM (optický signál) a poté je multiplexuje do jednoho kanálu/ vlákna pro optický přenos 100 Gbps. Naopak na straně přijímače modul demultiplexuje optický vstup 100Gbps do 4 kanálů optických signálů LAN WDM a poté je převede na 4 výstupní kanály elektrického signálu.

Centrální vlnové délky 4 LAN WDM kanálů jsou 1295.56, 1300.05, 1304.58 a 1309.14 nm, dle mřížky (GRIDu) vlnových délek LAN WDM definované v IEEE 802.3ba.

Samotný přenos dat tak funguje ve full duplex režimu pouze po dvou vláknech (LR4 moduly jsou vybaveny konektorem LC Duplex).

Vysoce výkonné chlazené vysílače LAN WDM EA-DFB (Electro-Absorption Modulator Integrated Distributed Feedback Laser) a vysoce citlivé PIN přijímače poskytují dostatečný výkon pro 100-gigabitové ethernetové aplikace až do 10km vzdálenosti (dle IEEE802.3ba Clause 88).

Funkční popis modulu QSFP28 LR4 poslední generace (3.gen)

Transceiver přijímá z metalické sběrnice 4 kanály s 25Gbps (elektrický signál), které jsou zpracovávány čtyřkanálovým integrovaným obvodem pro obnovu bitové synchronizace CDR (Clock and Data Recovery), který přeformuje a sníží jitter každého samostatného vstupního elektrického signálu. Následně každý ze čtyř IC ovladačů laserů EML konvertuje jeden ze čtyř kanálů na optický signál, který je dále přenášen každým ze čtyř chlazených laserů EML zapouzdřených do TOSA podjednotky (Transmiter Optical Sub Assembly). Každý laser pak svítí ve specifické vlnové délce dle IEEE802.3ba 100GBASE-LR4. Tyto 4 optické signály jsou následně opticky multiplexovány do jediného vlákna WDM multiplexerem. Optický výstupní výkon každého kanálu je udržován na konstantní hodnotě obvodem automatického řízení výkonu (APC). Výstup vysílače lze vypnout pomocí hardwarového signálu TX_DIS a /nebo dvouvodičového sériového rozhraní (I2C).

Přijímač pak přijímá optické signály LAN WDM se čtyřmi vlnovými délkami (WDM LAN). Optické signály jsou opticky demultiplexovány a každý z výsledných 4 kanálů optických signálů je přiveden do jednoho ze čtyř přijímačů. Ty jsou zapouzdřeny do ROSA podjednotky (Reciever Optical Sub Assembly). Každý přijímač převádí optický signál na elektrický signál.

Rekuperované elektrické signály jsou pak opět přečasovány/ obnoveny a zesíleny RX částí 4-kanálového CDR obvodu.

Přečasované a obnovené elektrické signály jsou pak již ve shodě s potřebami IEEE CAUI-4 metalickým rozhraním.

Každý přijatý optický signál je možné sledovat přes sadu monitorovacích funkcí diagnostiky (DMI). Sledovaná hodnota je hlášena prostřednictvím dvouvodičového sériového rozhraní I2C. Je-li jeden nebo více přijatých optických signálů slabší než prahová úroveň, spustí se hardwarový poplach RX_LOS.

Sériové hodiny (SCL) a sériová data (SDA) jsou vyžadovány pro 2-drátové komunikační rozhraní sériové sběrnice a umožňují hostitelům přístup k paměťové mapě QSFP28.

Blokový diagram LR4 QSFP28 transceiveru

Produkty ve formátu QSFP28 najdete na našem e-shopu zde.