Možnosti zvýšenia rýchlosti prenosu dát Vo všetkých oblastiach, v ktorých sa hovorí o optickom prenose, je viditeľný nárast takzvaného “G”. Ešte pred pár rokmi bolo hlavnou témou riadenie prenosu dát 10G, dnes sa 400G javí ako nevyhnutnosť. Je to spôsobené najmä diferenciáciou typov dátových centier, kde okrem známych centrálnych, ako sú podnikové a kolokačné, vznikli aj nové typy, ako sú okrajové, cloudové a hyperškálové. Najmä v druhom prípade sa očakáva nasadenie a správa najvyššej dostupnej prenosovej rýchlosti. Podľa prognózy spoločnosti CISCO sa približne 50 % všetkých serverov a prevádzky dátových centier bude využívať v hyperškálových dátových centrách. Chrbticová sieť bude vyžadovať pripojenie v rozsahu od 100G do 800G, zatiaľ čo prístup na poslednej míli bude zameraný na rozsah od 50G do 200G. Väčšina sa očakáva v jednom režime, avšak budú potrebné aj viacrežimové pripojenia s veľmi vysokou rýchlosťou. Počet gigabitov za sekundu v komunikačnom kanáli možno dosiahnuť rôznymi spôsobmi. Podčiarkuje to najmä obrovské množstvo rôznych dohôd o viacerých zdrojoch (MSA). Takmer na každom významnom podujatí v oblasti optických vlákien sa vytvorí nové alebo niekoľko nových, ktoré vydláždia cestu novej potenciálnej metóde. Rôzne koncepcie zvýšenia rýchlosti komunikačných kanálov sú založené na jednej alebo viacerých z nasledujúcich možností, pričom každá z nich má svoje špecifiká, obmedzenia a výzvy:
- Bitová rýchlosť – schopnosť aktívnej časti generovať bity
- Paralelizácia – znásobenie fyzických ciest používaných na prenos údajov
- Svetelný multiplex – viac vlnových dĺžok použitých v tom istom fyzickom vlákne
- Modulácia – viac bitov na symbol
- Priestorové multiplexovanie – viac prepravných ciest (jadier vlákien) v rámci jedného vlákna
- Polarizácia – použitie 1 alebo 2 polarizácií
Rozhrania závislé od média Ako bolo uvedené vyššie, rýchlosť prenosu dát 400G sa uvažuje v jednomódovej a viacmodovej verzii. Napriek tomu, že rýchlosť prenosu dát je rovnaká, na skutočné pripojenie k sieti sa používajú rôzne mediálne rozhrania. Medzi možnosti, ktoré treba zvážiť, patria konektory s jedným vláknom (typický príklad: konektor LC) alebo konektory s viacerými vláknami (typický príklad: konektor MPO). V prípade jednovidového pripojenia sa používa buď multiplex s delením vlnovej dĺžky (s PAM4 a konektorom s jedným vláknom), alebo PAM4 plus prevodovka a konektor s viacerými vláknami. V súčasnosti je multimódový prístup založený na viacvláknovom konektore s rôznym počtom vlákien, ktoré pokrývajú špecifické požiadavky. Signál môže byť tiež modulovaný PAM4, ale nie vo všetkých prípadoch. V tabuľke č. 1 je uvedený prehľad existujúcich možností.
Z hľadiska “horúcich” pripojiteľných transceiverov súperia o podiel na trhu dvaja rivali QSFP-DD a OSFP. Každý z nich má svoje výhody a nevýhody, ale oba majú spoločné obmedzenie – správnu funkčnosť do 2 000 m. Existuje ešte jedna možnosť, COBO, s 8 alebo 16 linkami s 50 gigabitovým PAM4 podporujúcim 400G alebo 800G. Pre aplikácie na veľké vzdialenosti je jediným vhodným riešením CFP8, ktorý má dostatočný výkon na pokrytie. V každom prípade musia byť vysielače prepojené vhodnou optickou kabelážou. Oficiálne špecifikácie vysielačov definujú tieto možnosti optického rozhrania: 
Keďže konektor SN (SENKO) a konektor MDC (USCONEC) sú pomerne nové, môžeme očakávať, že budú neskôr implementované do všetkých špecifikácií transceiverov. Spoločnosť COBO zvažuje rozhodnutie o zaradení rozšírených nosníkov a typov konektorov so vzduchovou medzerou za predpokladu, že spĺňajú stanovené požiadavky. Z uvedeného prehľadu jasne vyplýva, že hlavnú úlohu pri pripojení stále zohráva viacvláknový konektor. Kvalita optickej trasy V prípade projektov na zelenej lúke je výber konektorov definovaný zvolenými vysielačmi s ohľadom na potenciálny budúci prechod na vyššiu rýchlosť. V prípade už nainštalovanej infraštruktúry je ideálna situácia, keď sa vymenia len aktívne časti a kabeláž sa zachová. Príkladom môže byť prechod zo systému 40G využívajúceho 12(8) konektorov MPO (4+4) pracujúcich s rýchlosťou 10G na kanál na systém 100G pracujúci s rýchlosťou 25G alebo dokonca až na systém 400G využívajúci 50G PAM4 na dvoch vlnových dĺžkach. Ak to nie je možné, na využitie nových vysielačov s vyššou rýchlosťou možno použiť rôzne migračné moduly, zväzky hydra alebo špeciálne ventilátory. V oboch prípadoch – pri inštalácii na zelenej lúke alebo pri existujúcej inštalácii – je kvalita použitých konektorov nevyhnutnou súčasťou správne fungujúceho systému. Viacriadkové konektory s vysokým počtom vlákien (napríklad 2-riadkové 12F alebo 2-riadkové 16F) sú citlivejšie na celý proces ukončovania, čo má priamy vplyv na optické parametre. Zákazníci, ktorí sú zvyknutí pracovať s 12F MPO, často očakávajú to isté aj od konektorov s vyšším počtom vlákien. Tieto očakávania môže splniť vyladený proces založený na starostlivom výbere leštiacich techník a materiálov. V grafoch 1 až 6 sú uvedené skutočné rozdelenia hodnôt vložných strát hlavných optických rozhraní. Na porovnanie sú zobrazené aj tradičné konektory MPO (fyzický kontakt) a konektory MXC založené na šošovke (rozšírený lúč) v multimódovom variante. Treba spomenúť, že konektory s šošovkami sú čoraz atraktívnejšie, pretože ich výkonnostná úroveň sa približuje tradičným konektorom s fyzickým kontaktom. 
Výber najvhodnejšieho typu vysielača, ktorý je vhodný aj do budúcnosti, je pravdepodobne najzložitejšou úlohou pre projektantov a architektov dátových centier. My v spoločnosti Sylex robíme všetko pre to, aby sme ponúkali časti optického rozhrania na najvyššej možnej úrovni, a tak zabezpečili, že každý vybraný transceiver bude fungovať správne. Ďalšie informácie získate na adrese sales@sylex.sk. Odkazy [1] “COBO 8-Lane & 16-Lane On-Board Optics Specification Release 1.1”, Consortium for On-Board Optics (COBO), 2018. [2] “OSFP OCTAL SMALL FORM FACTOR PLUGGABLE MODULE”, OSFP MSA, 2019. [3] “QSFP-DD Hardware Specification”, QSFP-DD MSA, 2018. Eduard Koza – manažér výskumu a vývoja – Kontakt Eduard Koza je manažér výskumu a vývoja v spoločnosti Sylex. Začínal ako projektový inžinier pre vysoko výkonné medené zväzky. V roku 2000 rozšíril svoje aktivity o pasívne produkty na prepojenie optických vlákien a systémy na snímanie optických vlákien. Na začiatku tohto obdobia viedol najmä viaceré technologické transfery a zastrešoval implementáciu nových produktov do portfólia spoločnosti. Neskôr v spoločnosti zastával funkciu manažéra pre inžinierstvo a viedol technologické a inžinierske činnosti zodpovedné za prenos nápadov zákazníkov do finálnych produktov. Jeho súčasná pozícia zahŕňa riadenie novozavedených technických riešení, pričom využíva svoje poradenské schopnosti týkajúce sa prispôsobených produktov optických prepojení.
From the “hot” pluggable transceiver point of view, the two rivals QSFP-DD and OSFP are vying for market share. Each of them has its own pros and cons, but both have a common limitation – up to 2,000m proper functionality. There is one more option, the COBO one, with either 8 or 16 lanes with 50 gigabit PAM4 supporting 400G or 800G. For long distance applications the only suitable solution is CFP8, which has enough power to cover it.
In any case, the transceivers have to be interconnected with the appropriate fibre optic cabling. The official specifications of the transceivers define the following optical interface options:
As the SN connector (SENKO) and MDC connector (USCONEC) are quite new, we can expect that they will be implemented later to all the transceivers specs. COBO is weighing a decision to include the expanded beam and air-gap types of connectors, provided that they meet the defined requirements.
The overview above clearly shows that the multi-fibre connector still plays the major role for the connectivity.
Quality of optical path
For a greenfield projects, the choice of connectors is defined by the chosen transceivers with respect to the potential future migration to a higher speed. In the case of an already installed infrastructure, the ideal situation is where only the active parts are exchanged and the cabling is kept. An example would be a migration from the 40G system using 12(8) fibre MPO connectors (4+4) running at 10G per channel to a 100G system running at 25G or even up to a 400G system utilising 50G PAM4 at two wavelengths. If this is not possible, a variety of migration modules, hydra harnesses or special fanouts can be used to utilise the new higher-rate transceivers.
In both cases – greenfield or existing installation, the quality of the connectors used is an essential part of a properly working system. The high fibre count multi-row connectors (such as 2-row 12F or 2-row 16F) are more sensitive for the entire termination process, which has a direct impact on the optical parameters. Customers who are used to working with the 12F MPO performance level often expect the same from the higher fibre count connectors as well. A fine-tuned process based on the careful selection of polishing techniques and materials can fulfil these expectations. In charts 1 to 6 below, the real distributions of insertion loss values of the major optical interfaces are presented. For comparison, the traditional MPO (physical contact) and the lensed-based (expanded beam) MXC connectors in multimode option are also shown. It is worth mentioning that the lensed connectors are becoming more and more attractive as their performance level is getting closer to the traditional physical contact ones.
Selection of the most suitable and future-proof transceiver type is probably the most complicated task for designers and architects of data centres. We at Sylex are doing our utmost to offer the optical interface part at the highest possible level and in this way ensure that any selected transceiver will work properly.
For more information, contact us at sales@sylex.sk.
References
[1] “COBO 8-Lane & 16-Lane On-Board Optics Specification Release 1.1,” Consortium for On-Board Optics (COBO), 2018.
[2] “OSFP OCTAL SMALL FORM FACTOR PLUGGABLE MODULE,” OSFP MSA, 2019.
[3] “QSFP-DD Hardware Specification,” QSFP-DD MSA, 2018.
Eduard Koza – R&D Manager – Contact
Eduard Koza is R&D manager at Sylex. He started as a project engineer for high-performance copper harnesses. In 2000, he widened his activities to passive fiber optic interconnection products and fiber optic sensing systems. At the beginning of this period, he mainly led multiple technology transfers and covered the implementation of new products into the company portfolio.
Later, he held the role of Engineering manager in the company and headed the technology and engineering activities responsible for transferring customer ideas to the final products. His current position covers the management of newly introduced technical solutions, utilizing his consultancy skills related to customized fiber optic interconnection products.
