Подключаемые разъемы ввода-вывода будут развиваться от текущих спецификаций Ethernet 40G/100 Гбит/с и беспроводной EDR до версий 800 Гбит/с и выше.
За последние 50 лет скорость передачи данных значительно возросла. Возможность создания миллиардов транзисторов на одном чипе увеличивает скорость и вычислительную мощность экспоненциально. Ввод и вывод данных зависят от подключения разъема ввода/вывода. Разъемы ввода/вывода играют ключевую роль в системе. Если они не потрудуются за скоростью потока данных, они могут вызвать серьезные узкие места. Инженер должен убедиться, что порт ввода-вывода не ограничивает производительность высокоскоростной передачи.
Помимо возможности поддержки высокоскоростных скоростей передачи данных, компоненты также должны обеспечивать гибкость при проектировании продукта, что позволяет быстро конфигурировать или модернизировать систему. В качестве транзитного компонента для активных и пассивных кабелей и оптических волокон отличная производительность очень привлекательна.
Плотность панелей ввода/вывода является еще одним ключевым фактором в проектировании системы. Стандартное оборудование, устанавливаемое в стойку, требует, чтобы размер разъема ввода/вывода был не более 1RU (высота 1,75 дюйма), занимал как можно меньше места, максимальное количество каналов и обеспечивал пространство для вентиляционных отверстий охлаждения. Без выключения системы Возможность вытягивать и подключать интерфейс особенно важна в сетевых приложениях.
Стоит поощрять реализацию совместимости продуктов или стандартизации продукции между различными поставщиками. Стандартизированные подключаемые разъемы ввода/вывода малого размера обеспечивают экономичное решение.
Подключаемые интерфейсы ввода-вывода, в том числе небольшие подключаемые SFP и QSFP, прошли непрерывный итеративный процесс, а производительность и плотность панелей постоянно повылялись. Они обычно устанавливаются на печатную плату крепежной рамы, сконфигурированы с модулем, и имеют высокоскоростную производительность с возможностью горячей замены. Эта модульная концепция позволяет инженерам обмениваться непосредственно подключенными медными кабелями, активными оптическими кабелями и оптическими приемопередатчиками. Этот разъем обеспечивает механическое ограничение для модуля и обеспечивает рассеивание тепла и радиочастотную изоляцию для модуля.
Эти разъемы быстро превратились в малогабаритный подключаемый модуль, от оригинального SFP до новейших конфигураций QSFP и OSFP двойной плотности.
Первые электрические и механические спецификации интерфейса SFP были выпущены Комитетом SFF в 2001 году и продвигались через Организацию по соглашению с несколькими источниками (MSA), состоящую из промышленных пользователей и производителей разъемов. Используется для поддержки сетевых приложений в Gigabit Ethernet и Fibre Channel. Этот модуль с возможностью горячей замены обеспечивает скорость передачи данных до 1,0 Гбит/с на медных и оптоволоконных носителях. Первоначальная спецификация SFP была обновлена до SFP+ с пропускной способностью 10 Гбит/с при сохранении обратной совместимости. Последующие обновления увеличили пропускную способность до 28 Гбит/с. Последней версией SFP является оптический приемопередатчитель SFP56, который использует модуляцию PAM4 для обеспечения Ethernet-соединения 50 Гбит/с.
Будет продолжится разработка разъемов QSFP. QSFP предоставляет четыре высокоскоростных медных канала или оптических канала. Штабелированные и сгруппированные сепараторы увеличивают плотность портов.
Начальная оценка QSFP составляет 1 Гбит/с. Благодаря обновлению рейтинг каналов QSFP 4 может составлять 10 Гбит/с, а общая пропускная способность составляет 40 Гбит/с. При проектировании длины внутреннего канала сигнала, электромагнитных помех и компоновки печатных плат скорость канала QSFP28 может достигать 25 Гбит/с. QSFP56 может достигать канала 50 Гбит/с. Общая пропускная способность четырех каналов может поддерживать Ethernet 40 Гбит, 100 Гб и 200 Гб.
Спецификация 400GbE была выпущена в 2017 году. Два новых подключаемых интерфейса в настоящее время поддерживают 200 Гбит/с и 400 Гбит/с, лидируя в приложениях Ethernet.
Эта спецификация поддерживает 8-полосные электрические интерфейсы, и каждый канал может передавать NRZ 25 Гбит / с или 50 Гбит / sPAM4 модулированные сигналы. Общая пропускная способность каждого модуля может достигать 200 Гб или 400 Гбит / с. На стандартной панели преобразования 1RU можно установить до 36 разъемов QSFP-DD, а общий расход может достигать 14,4 Тбит/с.
Система взаимодействия QSFF-DD от Molex имеет 8-полосный электрический интерфейс, который может передавать до 28 Гбит / с NRZ или 56 Гбит / sPAM-4, а общая пропускная способность может достигать 200 или 400 Гбит / с.
Новый отсек QSFP-DD совместим со всеми предыдущими модулями QSFP. Максимальная мощность модуля составляет до 12 Вт.
Сепаратор, поддерживающий оптический модуль, опирается на внешний радиатор. Пассивные кабели QSFP-DD могут простираться от 3 метров до 10 километров. Разъем OSFP является новейшим оружием для высокоскоростных приложений в центрах обработки данных следующего поколения.
Разъемы OSFP компании Amphenol ICC совместимы с протоколами сигналов NRZ 25 Гбит/с и PAM4 50 Гбит/с, что позволяет кабелям обеспечивать общую пропускную способность 200G и 400G для каждой кабельной сборки.
OSFP похож на разъем QSFP-DD по производительности и форме, но есть некоторые отличия. Разъемы OSFP немного шире и глубже, чем QSFP. В макете можно установить до 32 портов OSFP. Оптические модули OSFP могут поддерживать до 15 Вт, в то время как QSFP-DD может поддерживать только 12 Вт. Радиатор интегрирован в модуль OSFP. Оба интерфейса могут обеспечить 8 каналов со скоростью 50 Гбит/с PAM4.
Некоторые новые спецификации интерфейса были выпущены для содействия разработке когерентной оптической передачи 400 Гб. Спецификация 400ZR, разработанная Форумом по оптической совместимости (OIF) и выпущенная в 2020 году, определяет требования к 120-километровому соединению точка-точка 400G. OpenZR+ MSA предоставляет спецификации для скорости передачи оптических кабелей 100G, 200G, 300G и 400G протяженностью до 480 километров. Обе спецификации определяют требования к подключаемому модему приемопередатчикам QSFP-DD или OSFP.
Ожидается, что каналы 400 Гбит/с обеспечат достаточную пропускную способность для поддержки требований сети, но недавние прогнозы Ethernet Alliance указывают на то, что трафик данных значительно увеличится в ближайшие пять лет. Поэтому IEEE запустил исследовательскую группу Ethernet для определения технической осуществимости, рыночного потенциала и сроков следующей итерации Ethernet. В настоящее время рассматриваются 800GbE и 1.6TbE. Google, Facebook, Microsoft, Intel, Cisco и Broadcom спорят о модуляции (PAM4, 6, 8), количестве каналов и максимальной пропускной способности, степени требуемой коррекции ошибок и управлении питанием / температурой.
Прогнозы показывают, что трафик рыночных данных достигнет 51,2 Тб в 2022 году, что потребует оптических интерфейсов 800G.
Новый подключаемый оптический кабель MSA 800G фокусируется на 2-километровых соединениях с центром обработки данных и использует сигнализацию на основе PAM4 для создания оптоволоконных каналов 8X100Gb и 4X200Gb с использованием QSFP112-DD или OSFP32.
Проектировщики систем сталкиваются с балансом между увеличением пропускной способности, целостностью сигнала, снижением энергопотребления, управлением температурой, увеличением плотности панелей ввода-вывода и т. Д., И, конечно же, необходимостью снижения затрат. Использование технологии передачи когерентного и оптического мультиплексирования с плотным разделением по длине волны (DWDM) сделает эту революцию возможной.
Мы ожидаем, что из-за спроса на более высокую пропускную способность соответствующие разъемы получат быстрый рост. Взрывной рост мобильных электронных продуктов, продолжающееся внедрение облачных сервисов, Интернета вещей, Индустрии 4.0, искусственного интеллекта и новых сетей 5G потребует постоянного обновления инфраструктуры центров обработки данных.
В будущем новые технологии, такие как совместная упаковочная оптика, могут стать более продвинутыми решениями для высокоскоростной передачи данных. МоФС недавно объявила о создании нового проекта по изучению применения совместной кофасной оптики в дата-центрах.
Улучшенная версия подключаемого разъема ввода-вывода будет соответствовать текущим потребностям Ethernet 40G/100 Гбит/с и будущим техническим требованиям 800 Гбит/с и выше.
