100G PAM4 QSFP28 ou CFP cohérent ?

La demande croissante de débits de données plus élevés pour le trafic mobile, les centres de données et les services cloud a propulsé les flux d'accès de 2,5 Gbit/s à 100 Gbit/s, et exige des débits supérieurs à 100 Gbit/s sans interruption. Dans les réseaux centraux actuels qui ont déployé des débits 100G, on trouve des émetteurs-récepteurs optiques QSFP28, notamment SR4, PSM4, CWDM4, LR4, ER4, etc., couvrant une distance de transmission maximale de 25 km. Il existe également des câbles AOC, DAC et breakout 100G, généralement destinés à des applications de plusieurs dizaines de mètres. Les modules CFP/CFP2 100G, notamment SR10, LR4 et ER4, prennent en charge des distances de transmission de 150 à 40 km. Ces dernières années, les opérateurs télécoms ont adopté les nouvelles technologies DWDM 100G pour leurs applications dorsales haute capacité et longue distance. Les émetteurs-récepteurs DWDM 100G cohérents sont les premiers à être déployés pour les applications longue distance 100G. De nouvelles technologies, comme la PAM4 (Pulse Amplitude Modulation), sont ensuite développées pour répondre aux exigences de longueur des réseaux métropolitains 100G. Cet article présente les enjeux des émetteurs-récepteurs DWDM cohérents et PAM4 100G.

 

Ces dernières années, l'adoption des technologies DWDM 100G s'est principalement concentrée sur les émetteurs-récepteurs optiques DWDM cohérents, notamment les CFP et CFP2. Jusqu'en 2016, Inphi (spécialiste du domaine) proposait des émetteurs-récepteurs DWDM 100G PAM4 QSFP28 enfichables prenant en charge l'interconnexion de centres de données (DCI) de 80 km. L'alternative aux émetteurs-récepteurs DWDM cohérents 100G suscite un vif intérêt. De plus, cette nouvelle option suscite également de vives discussions quant au choix. Connaître leurs caractéristiques et leurs applications adaptées peut faciliter le choix.

 

Il existe des différences significatives entre les émetteurs-récepteurs QSFP28 PAM4 et les émetteurs-récepteurs cohérents CFP/CFP2, mais ils présentent également des similitudes dans les applications 100G. Les sections ci-dessous détaillent ces modules optiques.

 

Avant l'annonce de PAM4, le format de modulation binaire NRZ (sans retour à zéro) était utilisé pour les systèmes de transmission longue distance 40G et 100G. PAM4 dispose de quatre niveaux distincts pour coder deux bits de données, doublant ainsi la bande passante d'une connexion. Actuellement, le schéma de modulation PAM4 à longueur d'onde unique est considéré comme le moyen le plus économique et le plus efficace d'intégrer 100G et au-delà dans les centres de données. L'émetteur-récepteur DWDM 100G utilisant la signalisation PAM4 est au format QSFP28. L'avantage est que les clients souhaitant construire un réseau DWDM intégré peuvent utiliser cet émetteur-récepteur directement dans le commutateur. De ce point de vue, il s'agit d'une solution simple et économique. Cependant, certaines conditions préalables sont requises : une amplification est nécessaire pour sortir des blocs et une compensation de dispersion est nécessaire pour dépasser 5 à 6 km. Par conséquent, un multiplexeur DWDM distinct, doté d'un système d'amplification et d'une compensation de dispersion, est nécessaire pour connecter les centres de données.

 

Dans un autre cas, si le module QSFP28 PAM4 est ajouté à un réseau DWDM existant, il doit s'agir d'un réseau disposant déjà de modules de compensation de dispersion (DCM) et d'un système d'amplification appropriés ; si ce n'est pas le cas, des modifications sont nécessaires lorsque le module QSFP28 PAM4 est ajouté ultérieurement.

 

Les optiques cohérentes numériques (DCO) CFP intègrent une puce de traitement du signal numérique (DSP) haute vitesse. Elles ne nécessitent pas de DCM distincts. C'est ce qui distingue les CFP des QSFP28. En revanche, elles intègrent une compensation électronique de dispersion. Bien que le DSP intégré consomme plus d'énergie et augmente le coût des composants, il dispense les fabricants de commutateurs d'ajouter des DSP à leurs équipements. Les CFP cohérents permettent des distances de transmission de plus de 1 000 km entre les sites.

 

L'optique cohérente analogique (ACO) CFP2 est deux fois plus petite que la CFP. Les émetteurs-récepteurs optiques DWDM cohérents CFP2 existants sont analogiques et nécessitent un DSP distinct sur la carte hôte pour exploiter pleinement les fonctionnalités cohérentes. Ce type de technologie est donc adapté aux fournisseurs de commutateurs qui en ont équipé un, mais cela entraîne des coûts et une consommation d'énergie supplémentaires sur la carte mère.

 

L'optique cohérente numérique (DCO) CFP2, dont la commercialisation est prévue dans les deux prochaines années, est plus optimisée que l'ACO CFP2 grâce à son DSP intégré. Ce composant sera accessible à tous les fournisseurs de commutateurs utilisant le CFP2 sans DSP. Grâce à différents CFP cohérents en option, les clients peuvent payer uniquement ce dont ils ont besoin, au moment où ils en ont besoin.

 

Cela dépend vraiment des applications. Selon une étude d'ACG (un cabinet d'analyse et de conseil spécialisé dans les réseaux des fournisseurs de services et le secteur des télécommunications), la solution PAM4 100G et la solution DWDM cohérente, associées à la norme IEEE 802.3ba, couvrent différentes portions de la portée de la fibre optique dans l'interconnexion des centres de données. Ainsi, lors du déploiement d'un réseau DWDM 100G longue distance avec des émetteurs-récepteurs DWDM, la distance de transmission requise et l'équipement disponible doivent être pris en compte lors du choix d'un module enfichable adapté.

 

Portées optiques cohérentes IEEE, PAM4, OIF

 

L'utilisation d'émetteurs-récepteurs enfichables pour le DWDM embarqué, où la fonctionnalité DWDM est intégrée à l'émetteur-récepteur et non à une plateforme de conversion DWDM distincte, offre la solution idéale en termes de coût et de simplicité. Le QSFP28 PAM4 100G et le CFP/CFP2 cohérent sont tous deux adaptés à cette approche. Ils peuvent être utilisés pour un réseau DWDM embarqué ou au sein d'une installation DWDM existante. Ils offrent tous les avantages des modules enfichables : installation simple, gestion aisée des pièces de rechange, coût de possession réduit et retour sur investissement rapide.