Трансиверы 100G Single lambda

100G Single lambda – это международная спецификация оптических трансиверов, которые используют только одну длину волны для передачи сигнала 100G. Такая скорость достигается за счет использования кодирования PAM4 (четырехуровневая амплитудно-импульсная модуляция).

Как заявляют разработчики, основной целью спецификации 100G Single lambda является снижение стоимости передачи в приложениях 100G и 400G. Чтобы понять, каким образом можно этого достичь, необходимо понимать принцип работы подавляющего большинства 100G трансиверов.

На сегодняшний день наиболее распространенными стандартами являются 100GBASE-LR4, 100G-CWDM4, 100G-PSM4 и 100GBASE-SR4. Они обеспечивают передачу информации на скорости 100 Гбит/с при помощи набора из четырех передатчиков и четырех приемников, работающих в параллельном режиме на скорости 25 Гбит/с каждый. Четыре оптических канала передаются либо через разные волокна (100GBASE-SR4 с разъемом MPO-12), либо на разных длинах волн, при этом непосредственно внутри трансивера выполняется мультиплексирование/демультиплексирование сигналов в одно волокно. Для снижения общей стоимости было предложено перейти от стандартного кодирования NRZ к кодированию PAM4, удваивающему количество передаваемой информации. На рисунке 1 показаны уровни сигнала NRZ и PAM-4.

Рис 1. Уровни сигнала NRZ и PAM-4

Данное решение позволяет сократить количество используемых в трансиверах оптических приемников и передатчиков – с четырех до одного.

Если проанализировать затраты, формирующие стоимость трансивера, то окажется, что затраты на оптические компоненты составляют порядка 60% (по данным Lumentum).

Рис 2. Структура стоимости трансиверов 100G CWDM и 100G Single lambda

Сокращение числа оптических компонентов за счет повышения плотности передаваемой информации позволяет снизить затраты на производство 100G трансиверов, что существенно облегчает финансовую нагрузку на модернизацию и расширение пропускной способности сетей и благоприятно влияет на развитие телекоммуникационной отрасли в целом. На рисунке 2 изображены этапы развития 100G трансиверов – от стандарта 100GBASE-LR4 до Single lambda.

Рис 3. 100G трансиверы – от стандарта 100GBASE-LR4 к Single lambda

Трансиверы QSFP28-100G-LR4 традиционно работают на длинах волн LAN-WDM: 1295/1300/1305/1310 нм. Небольшой разнос длин волн в данной технологии повышает требования к качеству лазеров и их температурной стабильности, как следствие, – более высокая стоимость трансиверов.

Еще одна технология, разработанная с целью снижения стоимости трансиверов – 100GBASE-CWDM4. Использование классических длин волн CWDM – 1270/1290/1310/1330 нм, позволило значительно сэкономить средства, однако одним из минусов данной технологии является ограничение по дальности 2 км.

Следующим этапом развития 100GBASE стало появление трансиверов PSM4. В них уже нет разделения на несколько длин волн и для передачи данных используют 4 пары одномодовых оптических волокон с MPO коннекторами. На практике оказалось, что использование этих патчкордов не всегда удобно, поэтому модули 100GBASE-PSM4 не получили широкого распространения, хотя по сравнению с модулями SR4 обеспечивают передачу информации до 500 метров.

Первым стандартом трансивера Single lambda стал трансивер QSFP28-100G-DR1, передающий 100G по паре одномодовых волокон (duplex LC) на расстояние до 500 метров. Трансивер преобразует электрический сигнал с 4-х процессоров 25G в один сигнал 100G на одной длине волны, используя DSP (Digital Signaling Processor) и модуляцию PAM4. По мере развития спецификации Single lambda в широкой доступности также появились трансиверы FR1 (до 2 км) и LR1 (до 10 км).

Помимо неоспоримого преимущества спецификации 100G-Single lambda, а именно уменьшение стоимости модулей и, как следствие, уменьшение стоимости передачи 1 Гбит/с, еще одним бенефициаром оказался рынок высокоскоростных трансиверов 200G и 400G. Во-первых, по мере развития компонентой базы удалось разместить модули 200/400G в компактный форм-фактор QSFP – до этого такие скорости можно было достигнуть только в более громоздких форм-факторах CFP/CFP2. Во-вторых, появилась возможность создать коммутацию 400G ↔ 4x100G через брейкаут-патчкорды. Такое решение позволило экономически более эффективно модернизировать пропускную способность сети и обеспечить гибкость в принятии решений при построении топологии сетевого оборудования.

Рис 4. Коммутация 400G ↔ 4x100G через брейкаут-патчкорды

В настоящее время брейкаут на модулях QSFP56-DD 400G возможен как с помощью MPO-брейкаутов (обычно используется MPO-12), так и с использованием трансиверов с коннекторами SN.

Группа, ответственная за разработку спецификации 100G Single Lambda уже внесла обновление в стандарты IEEE 400G. В предыдущей редакции стандартов трансиверы 400G работают на 8 каналах 50G PAM4 в стеке длин волн LAN-WDM. Количество приемников и передатчиков, а также сложность мультиплексора и демультиплексора делают эти модули весьма дорогостоящими. Однако, принимая это во внимание, в новой редакции спецификации допускается применение в модулях 400G 4-х каналов по 100G PAM4 и сетки длин волн CWDM. Стоимость передачи 1 Гбит/с на модулях нового поколения становится существенно дешевле по сравнению с решениями 8 x 50G.

Дата публикации: декабрь 2021