Como os transceptores de fibra óptica evoluirão para os futuros data centers

Nos data centers modernos, os transceptores de fibra óptica sempre desempenham um papel importante. E sua importância continuará a crescer nos próximos anos, pois o acesso a servidores e as interconexões entre switches exigem velocidades cada vez maiores para atender às crescentes demandas por largura de banda impulsionadas por streaming de vídeo, computação e armazenamento em nuvem ou virtualização de aplicativos. Então, quais desafios foram apresentados pelas aplicações de data center neles? E como os transceptores de fibra óptica evoluirão para os data centers do futuro?

Desafio no custo dos transceptores de fibra óptica

Em um data center de megaescala, existem milhares de dispositivos em execução. Supondo que um único data center de megaescala abrigue 100.000 servidores interconectados por uma malha horizontal altamente redundante, é necessário um número similarmente alto de links ópticos. O número de transceptores de fibra óptica é pelo menos o dobro do número de links ópticos, já que cada link deve ser terminado com transceptores de fibra óptica em ambas as extremidades. De fato, o número de transceptores de fibra óptica pode atingir números ainda maiores se forem utilizadas configurações de breakout óptico. Não há dúvida de que volumes tão grandes de transceptores de fibra óptica custam muito caro e não são propícios ao desenvolvimento do data center. Assim, as pessoas estão ansiosas por uma estratégia de baixo custo para transceptores de fibra óptica. No entanto, é um grande desafio para os fornecedores atingirem preços baixos, pois os preços atuais são de 5 a 10 vezes mais altos, mesmo em taxas de dados diferentes ou em um espaço de aplicação diferente.

Para ser honesto, é difícil alcançar reduções de custo, mesmo que seja apenas por meio de pequenos refinamentos em abordagens comprovadas de projeto e fabricação de transceptores. Mas flexibilizar especificações, como reduzir a temperatura máxima de operação, reduzir a faixa de temperatura operacional, encurtar a vida útil do produto e permitir o uso de correção antecipada de erros (FEC), pode ajudar a reduzir o custo dos transceptores de fibra óptica, pois permite que os fornecedores adotem projetos de menor custo com níveis mais elevados de integração óptica, encapsulamento não hermético, operação sem refrigeração ou testes simplificados.

Atualmente, o mercado de transceptores de fibra óptica está bastante maduro. Graças ao MSA (Acordo Multifonte), os usuários finais têm mais opções na hora de escolher os fornecedores, já que não precisam pagar mais para comprar os transceptores de fibra óptica diretamente dos fornecedores do sistema, mas ainda assim obtêm o mesmo desempenho.

Transição do transceptor de fibra óptica de 40G para 100G para o data center

Os data centers modernos de megaescala normalmente possuem portas de acesso de 10G que se conectam a fabrics de comutação de 40G. Contudo, as portas de acesso de 25G e as fabrics de comutação de 100G estão se acelerando em um futuro próximo. Em data centers, um fator importante para determinar as aplicações de transceptores de fibra óptica é o fator de forma. Os data centers atuais se consolidaram em torno de transceptores no fator de forma SFP (Small Form-factor Pluggable) para acesso a servidores e em torno de transceptores QSFP (Quad Small Form Pluggable) para interconexões entre switches. Além disso, cabos de cobre de conexão direta são normalmente usados ​​quando a distância até a porta de acesso é inferior a 5 m, enquanto cabos ópticos ativos (AOCs) podem ser usados ​​para alcances maiores.

O transceptor SFP+ (Enhanced Small Form-factor Pluggable) desempenha um papel fundamental na transmissão 10G, com suas vantagens de compacidade, desempenho e economia de custos. Eles são amplamente utilizados em portas de acesso 10G há muito tempo. No entanto, a situação mudará em um futuro próximo, quando a velocidade de acesso aumentar para 25G e as portas de acesso 10G adotarem o SFP28. Além disso, espera-se que o ecossistema em torno das faixas 25G seja alavancado em aplicações como redes corporativas de próxima geração, o que impulsionará a demanda por módulos SFP28 operando em fibra monomodo (SMF) para alcances de 10 km a 40 km.

O transceptor QSFP é um transceptor paralelo que aceita 4 pistas de entrada elétrica e opera a 4 x 10 Gbps. Hoje, o 40G QSFP+ é amplamente implantado em estruturas de comutação de data centers e está aumentando rapidamente à medida que os data centers implementam 40GbE, particularmente como uma interface 10G de alta densidade por meio de cabos breakout. No entanto, a IHS Infonetics divulgou uma pesquisa em maio deste ano que afirmou que os módulos QSFP28 serão implantados em altos volumes à medida que os data centers fizerem a transição de estruturas de comutação 40G para 100G a partir de 2016. O que é QSFP28? Como sabemos, os transceptores QSFP de primeira geração são equipados com quatro Tx e Rx e cada canal tem uma taxa de 10 Gbps. Mas agora cada canal QSFP pode transmitir e receber dados de até 28 Gbps graças ao desenvolvimento da tecnologia. Esse tipo de transceptor é chamado de QSFP28, que é uma nova tendência para aplicações 100G.

Na verdade, a primeira maneira de atingir 100G é "10GbE-40GbE-100GbE". Os primeiros transceptores de fibra óptica que foram enviados com transceptores de 100G eram CFP (100 Gbps, interface elétrica de pista 10 x 10G conforme definido em 802.3ba). Mas o CFP2 logo surgiu e atingiu a interface elétrica de pista 5 x 25G (ou 10 x 10G) enquanto reduzia o fator de forma pela metade do CFP. Mesmo assim, custa muito caro e sua pegada é grande demais para desencadear a implantação em massa. Depois do CFP2, o CFP4, que tem metade do tamanho do CFP2, foi lançado. Enquanto isso, há outro fator de forma, o QSFP28 mencionado acima, competindo com ele. Atualmente, CFP4 e QSFP28 parecem estar pescoço a pescoço. O QSFP28 tem a vantagem de densidade sobre o CFP4, mas o maior consumo máximo de energia do CFP4 lhe dá a vantagem em distâncias ópticas de maior alcance. Além disso, em data centers, há outra tendência de que quase todos os comprimentos de link sejam inferiores a 2 km. Assim, para intraconexão, bem como para o projeto de switch de agregação, embora ainda existam alguns problemas técnicos do QSFP28 a serem resolvidos, os transceptores QSFP28, que têm quase o mesmo tamanho do QSFP+, parecem ser uma escolha superior para aplicações em data centers.

Considerações sobre transceptores de fibra óptica em data centers além de 100G

Hoje, o burburinho da indústria óptica gira em torno de taxas de bits "além de 100G". Os próximos desenvolvimentos em data centers seguirão a tendência de 4x definida por 40G e 100G, por exemplo, 200G, 400G etc. Transceptores de fibra óptica também devem ser considerados além de 100G para atender às demandas. Uma das métricas mais importantes para switches de data center é a largura de banda do painel frontal, que é a largura de banda agregada de todos os transceptores que podem caber em um hardware de comutação de 19" de largura e 1RU de altura. Geralmente, um switch comum pode acomodar 32 portas QSFP no painel frontal. Se as portas forem QSFP+, a largura de banda correspondente no painel frontal é de 1,28 Tbps (32 x 40 Gbps). Com a atualização para QSFP28, essa largura de banda aumenta para 3,2 Tbps (32 x 100 Gbps).

E quanto ao caminho após o QSFP28? Espera-se que os ASICs (Circuitos Integrados de Aplicação Específica) de comutação de próxima geração tenham velocidades de porta nativas de 50G e 128 portas, o que corresponde a uma taxa de transferência líquida de 6,4 Tbps. Em outras palavras, para aplicações de 200G, módulos QSFP de 200G (QSFP56, 4 x 50 Gbps) resultariam em uma largura de banda do painel frontal de 6,4 Tbps (32 x 200 Gbps). No entanto, o padrão 200GbE ainda não existe. A conclusão do padrão 200GbE ocorreria posteriormente ao 400 GbE.

Para aplicações de 400G, os padrões formais devem ser concluídos em 2015, aproximadamente na mesma época em que a maioria das operadoras indica que iniciará a avaliação inicial e a implantação de interfaces de 400G. Como o módulo deve acomodar 16 pistas de entrada elétrica de 25G ou 8 pistas de 50G, o que excede as 4 pistas definidas para o QSFP, os transceptores de 400G terão tamanho maior que o QSFP. Além disso, atender ao limite de potência de 3,5W dos módulos QSFP parece inviável para algumas implementações de 400G. Assim, propostas para fatores de forma maiores para 400G podem ser antecipadas pela CFP MSA, que obteve grande sucesso em 100G com CFP, CFP2 e CFP4. Nesse caso, um requisito fundamental será que o tamanho permita pelo menos 16 portas no painel frontal para satisfazer uma taxa de transferência líquida de 6,4 Tbps (16 x 400 Gbps e possivelmente mais).

No geral, três soluções potenciais para transceptores de fibra óptica 400G são os objetivos atuais, do fácil ao difícil:

Dentre elas, a segunda solução, 400G-PSM4, parece ser a mais vantajosa. Embora o tempo de lançamento no mercado seja maior do que o da primeira solução, ainda é razoável. Além disso, apresenta o menor custo potencial em comparação com outras soluções, além de baixo consumo de energia.

Perspectiva do Transceptor de Fibra Óptica

Como componente-chave do data center, a perspectiva de desenvolvimento de transceptores de fibra óptica é ampla. A transição de interconexões de 40G para 100G é iminente. Enquanto isso, padrões além de 100G estão em andamento e vários caminhos possíveis foram propostos para a evolução. Para garantir o desenvolvimento de soluções que atendam aos futuros requisitos de custo e potência por gigabit dos data centers, mais novos conceitos de transceptores de fibra óptica são necessários. Além disso, os fornecedores de transceptores de fibra óptica devem acompanhar as demandas e trabalhar em estreita colaboração com os fabricantes de equipamentos de rede e operadores de data center. Acreditamos que pode haver mais soluções de fator de forma e interface de transceptores de fibra óptica no futuro e que os transceptores certamente se tornarão cada vez mais adequados para o futuro data center.

A Fiber-Mart oferece soluções completas de transceptores de fibra óptica que atendem às necessidades de aplicações de 1G a 100G. Recomendamos fortemente nossa série completa de transceptores 40GBASE QSFP+ e transceptores 100G CFP2 e CFP4. Além disso, a maioria dos transceptores básicos está disponível em estoque e à venda no atacado. Para mais informações, entre em contato conosco pelo e-mail [email protected] .