Optický transceiver QSFP+ je kompaktní, za provozu vyměnitelná světelná vložka používaná pro datovou komunikaci. Patří bez pochyb mezi milníky ve vývoji nejnovějších síťových technologií. Kompaktní, energeticky úsporné a především výkonné moduly QSFP vycházejí ze čtyřkanálového přenosu dat. Technologická cesta vyšlapaná moduly QSFP+ se dále rozvíjí v novějších generacích, jako jsou 100G QSFP28 nebo 400G QSFP-DD a 800G QSFP-DD/OSFP.

Co je QSFP+?

Co znamená označení QSFP+?

Už samotný název QSFP+ (Quad Small Form-factor Pluggable Plus) velmi dobře vystihuje specifika tohoto modulu:

  • „Quad“ znamená čtyřkanálový přenos dat,
  • „Small Form-Factor“ označuje malé rozměry modulu,
  • „Pluggable“ poukazuje na snadnou výměnu modulu ve switchi za provozu,
  • „Plus“ znamená vyšší přenosovou rychlost než jeho předchůdce (10G SFP+) – QSFP má kapacitu 40 Gb/s.

Kde se používají moduly QSFP+?

Moduly QSFP jsou optimální volbou všude tam, kde je klíčová úspora místa a energetická efektivita. Uplatní se jak v datových centrech, tak v operátorských sítích i v institucích, jako jsou úřady nebo univerzity. Optické transceivery QSFP+ jsou obzvlášť užitečné při modernizaci sítí založených na 10G, a to díky možnosti rozdělení signálu na 4x10G.

Úspora energie

Při návrhu přenosové sítě nebo správě datových center je téma energetické účinnosti neoddělitelné. Efektivní využití energie a chlazení jsou zásadní pro udržení optimálního výkonu a snížení provozních nákladů. Moduly QSFP+ tyto požadavky velmi dobře splňují. V závislosti na modelu a rychlosti spotřebují pouze zhruba 1,5 až 3,5 W.

Jak funguje optický transceiver QSFP+ a jaké používá optické konektory?

QSFP+ jako optický transceiver převádí elektrický signál na optický a naopak, čímž umožňuje přenos dat přes optické kabely. Moduly se vyznačují zpracováním čtyř oddělených datových kanálů, tzv. tras (lanes). Přenos po optickém vláknu probíhá prostřednictvím konektorů MPO (Multi-Fiber Push-On) nebo LC (Little Connector). Způsob přenosu se liší podle použitého konektoru.

Konektory MPO

V případě modulů s konektorem MPO probíhá přenos dat přes 12vláknový kabel, z něhož je aktivně využíváno pouze osm vláken: čtyři pro vysílání (TX) a čtyři pro příjem (RX) signálů. To umožňuje efektivní řízení kapacity a minimalizaci ztrát signálu.

Konektor MPO 12 vláken

Charakteristika konektorů MPO se čtyřmi páry TX a RX, tedy čtyřmi samostatnými kanály, umožňuje rozdělení signálu na čtyři oddělené 10G přenosy. Realizuje se to pomocí breakout kabelů, často označovaných jako „octopus“ kabely. Tento kabel umožňuje připojit modul 40G QSFP+ ke čtyřem 10G SFP+ v různých přepínačích.

Breakout kabel s konektorem MPO a čtyřmi konektory LC

Konektory LC

Jiným přístupem jsou moduly s optickým konektorem LC. Využívají technologii nazývanou Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM). V těchto modulech jsou použity čtyři optické signály (čtyři lasery), každý s jinou vlnovou délkou. Čtyři oddělené vlnové délky jsou systémem CWDM sloučeny do jednoho optického signálu a přenášeny optickým kabelem v procesu nazývaném multiplexing. Na druhém konci optického kabelu druhý modul QSFP+ tento proces obrátí (demultiplexing). Jeden optický signál převede zpět na čtyři oddělené elektrické kanály, které jsou dále vedeny do příslušného síťového zařízení. Výhodou těchto modulů je možnost využít pouze dvě vlákna pro přenos dat a tím také snadná migrace z 10G na 40G se zachováním stejného typu konektorů 2xLC. U modulů QSFP+ s konektorem MPO přechod z 10G na 40G už znamená nutnost zvýšit počet vláken z 2 na 8 a změnit typ rozhraní z 2xLC na MPO 12.

Schéma fungování modulů QSFP+ s konektorem LC

Typy optických modulů QSFP+

Různé potřeby vyžadují různá řešení. Typy modulů QSFP+ se v praxi liší především dosahem přenosu dat, ale také použitou technologií. Mezi nejpopulárnější patří:

  • 40G QSFP+ SR4 – multimodové moduly používající optické konektory MPO a lasery VCSEL pracující na vlnové délce 850 nm. Umožňují přenos dat na vzdálenost do 100 metrů přes multimodová vlákna typu OM3 a do 150 metrů pro typ OM4.
  • 40G QSFP+ LR4 – jednomodové moduly s konektory 2xLC/UPC. Využívají technologii CWDM, přenášejí signál ve čtyřech vlnových délkách v rozsahu 1270 nm až 1330 nm. V parametrech a popisu modulu se obvykle uvádí pouze průměrná vlnová délka, tj. 1310 nm. Podporují vzdálenosti do 10 kilometrů.
  • 40G QSFP+ ER4 – jednomodové moduly s konektory 2xLC/UPC. Analogické k QSFP+ LR4 s tím rozdílem, že přenášejí signál na delší vzdálenosti, přibližně do 30 km.
  • 40G QSFP+ LX4 – moduly rovněž s konektory 2xLC/UPC a využívající technologii CWDM. Fungují jak s multimodovými, tak s jednomodovými vlákny. Dosah těchto modulů na multimodových vláknech OM3 je 150 metrů a na jednomodových vláknech až 2 kilometry. Nabízejí tak flexibilitu a univerzálnost v síťových aplikacích.
  • 40G QSFP+ BiDi (Bi-Directional) – multimodové moduly s optickým konektorem 2xLC/UPC, využívající obousměrný přenos dat pomocí 2 vláken místo 8. Díky tomu představují ekonomické řešení pro mnoho aplikací. Podporují vzdálenosti do 100 metrů na vláknech OM3 a do 150 metrů na OM4.
  • 40G QSFP+ DAC – dvě vložky QSFP+ spojené měděným kabelem, určené pro krátká propojení na několik metrů uvnitř serverovny.

Vývoj technologie QSFP – směrem k vyšším rychlostem přenosu dat

Technologie QSFP během několika let prošla řadou změn směrem k vyšším přenosovým rychlostem. Svět je stále více závislý na datech, a proto roste význam co nejrychlejšího přenosu. Jak tento vývoj vypadal?

  • QSFP: první verze modulů QSFP podporující až 4 Gbps pomocí čtyř kanálů po 1 Gbps.
  • QSFP+: vylepšená verze QSFP podporující až 40 Gbps s vyšším výkonem a nižší spotřebou energie.
  • QSFP28: moduly podporující až 100 Gbps. Představují ideální řešení pro aplikace vyžadující vyšší rychlosti a lepší energetickou efektivitu.
  • QSFP-DD: verze QSFP podporující až 400 Gbps, využívající osm kanálů s rychlostí 50 Gbps každý. Díky své dvojité hustotě je QSFP-DD ideálním řešením pro budoucí datová centra s nejvyššími nároky na výkon. Na trhu jsou již dostupné i moduly QSFP-DD 800G.
  • QSFP56: optický transceiver s kapacitou 200G, který představuje mezistupeň mezi QSFP28 a QSFP-DD.

Průběžná evoluce rodiny modulů QSFP z nich činí nenahraditelný prvek moderních datových center a podporuje rozvoj síťové infrastruktury budoucnosti. Dá se očekávat, že tato technologie bude ještě mnoho let dále posilovat svou pozici.