QSFP+ Transceiver und ihre Entwicklung

Der QSFP+ optische Modul ist ein kleiner, heiß austauschbarer Glasfasertransceiver, der in der Datenkommunikation verwendet wird. Er stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung der neuesten Netzwerktechnologien dar. Dieses Modul ist nicht nur kompakt und energieeffizient, sondern bietet auch eine außergewöhnliche Leistung durch seine innovative Vier-Kanal-Datenübertragungstechnologie. Die von QSFP+ Modulen gelegte Grundlage hat zu weiteren Fortschritten in neueren Technologien wie 100G QSFP28 Modulen und noch fortschrittlicheren 400G QSFP-DD und 800G QSFP-DD/OSFP Modulen geführt.

 

Was versteht man unter QSFP+?

QSFP+ bedeutet Quad Small Form-factor Pluggable. Diese Abkürzung beschreibt die Schlüsselmerkmale des Moduls:

  • "Quad" steht für die Fähigkeit des Moduls, Daten über vier Kanäle zu übertragen.
  • "Small Form-Factor" betont das kompakte Format.
  • "Pluggable" hebt die einfache Austauschbarkeit in Switches hervor.
  • "Plus" signalisiert die gesteigerte Datenübertragungsgeschwindigkeit im Vergleich zum Vorgängermodell (10G SFP+), wobei QSFP+ Geschwindigkeiten von 40 Gbps ermöglicht.

Wann wird QSFP verwendet?

QSFP-Module sind die ideale Lösung für Umgebungen, in denen Platzersparnis und Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung sind. Sie sind vorteilhaft für Rechenzentren, Netzbetreiber sowie Institutionen wie Büros und Universitäten. QSFP+-Fasereinsätze sind besonders vorteilhaft bei der Aufrüstung eines Netzwerks auf 10G-Geschwindigkeiten, da sie das Signal in vier 10G-Kanäle aufteilen können.

 

Wie hoch ist die Wattzahl von QSFP?

Bei der Gestaltung eines Übertragungsnetzwerks oder der Verwaltung von Rechenzentren ist die Energieeffizienz ein entscheidender Faktor. Energieeffizienz und Kühlung sind wesentlich für die Aufrechterhaltung einer optimalen Leistung und die Senkung der Betriebskosten. QSFP+ Module erfüllen diese Anforderungen effektiv. Je nach Modell und Geschwindigkeit verbrauchen sie nur zwischen 1,5 und 3,5 Watt.

 

Wie funktioniert QSFP und welche Arten von Glasfaseranschlüssen gibt es?

QSFP+ Transceiver konvertieren elektrische Signale in optische Signale und umgekehrt, was die Datenübertragung über Glasfaserkabel ermöglicht. Diese optischen Module sind bekannt für ihre Fähigkeit, vier separate Informationskanäle, auch Pfade genannt, zu verarbeiten. Die Übertragung über Glasfasern erfolgt mit MPO- (Multi-Fiber Push-On) oder LC- (Little Connector) Steckverbindern. Abhängig von der Art des Steckverbinders werden die Signale auf unterschiedliche Weise übertragen.

 

MPO-Stecker

Bei MPO-Steckverbindermodulen wird die Datenübertragung über ein 12-Faser-Kabel durchgeführt, wobei nur acht der Fasern aktiv genutzt werden: vier für die Übertragung (TX) und vier für den Empfang (RX) von Signalen. Diese Gestaltung ermöglicht eine effiziente Verwaltung der Bandbreite und minimiert Signalverluste. MPO-Steckverbinder, die durch vier TX- und RX-Paare oder vier verschiedene Kanäle gekennzeichnet sind, erlauben es, das Signal mit Hilfe von Breakout-Kabeln in vier separate 10G-Übertragungen aufzuteilen. Diese Kabel ermöglichen es, 40G-QSFP+ Module mit vier 10G-SFP+ Modulen in unterschiedlichen Switches zu verbinden.

 

LC-Stecker

Eine alternative Methode ist die Verwendung von LC-Glasfasersteckverbinder-Modulen, die die Technologie des Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM) nutzen. Bei diesem Modultyp werden vier optische Signale (vier Laser) mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge verwendet. Diese vier separaten Wellenlängen werden vom CWDM-System zu einem einzigen optischen Signal kombiniert und über das Glasfaserkabel übertragen (Multiplexing). Am anderen Ende des Kabels wandelt ein zweites QSFP+ Modul dieses Signal wieder in vier separate elektrische Kanäle um (Demultiplexing), die dann an die entsprechenden Netzwerkgeräte weitergeleitet werden.

Ein großer Vorteil dieser Module besteht darin, dass für die Datenübertragung nur zwei Fasern benötigt werden, was die Migration von 10G- auf 40G-Übertragung mit denselben 2xLC-Steckverbindern erleichtert. Im Gegensatz dazu erfordert der Wechsel von 10G- auf 40G-Übertragung bei QSFP+ Modulen mit MPO-Steckverbindern eine Erhöhung der Faseranzahl von 2 auf 8 sowie einen Wechsel der Anschlüsse von 2xLC auf MPO 12.

Welche Arten von QSFP+ Modulen gibt es?

Unterschiedliche Anforderungen erfordern unterschiedliche Lösungen. Die QSFP+ Module variieren hauptsächlich hinsichtlich der Datenübertragungsdistanz und der verwendeten Technologie. Zu den gängigsten QSFP+ Modulen gehören:

  • QSFP+ SR4: Diese Multimode-Module verwenden MPO-Glasfasersteckverbinder und VCSEL-Laser, die bei 850 nm arbeiten. Sie können Daten über Entfernungen von bis zu 100 Metern mit OM3-Multimode-Glasfasern und bis zu 150 Metern mit OM4-Glasfasern übertragen.
  • QSFP+ LR4: Diese Singlemode-Module sind mit 2xLC/UPC-Steckverbindern ausgestattet und nutzen CWDM-Technologie, um Signale über vier Wellenlängen im Bereich von 1270 nm bis 1330 nm zu übertragen. Häufig wird in den Spezifikationen der durchschnittliche Wellenlängenwert von 1310 nm angegeben. Sie ermöglichen Übertragungen über Entfernungen von bis zu 10 Kilometern.
  • QSFP+ ER4: Diese Singlemode-Module, ebenfalls mit 2xLC/UPC-Steckverbindern, ähneln den QSFP+ LR4-Modulen, können jedoch Signale über längere Distanzen von bis zu 30 Kilometern übertragen.
  • QSFP+ LX4: Diese Module, die ebenfalls 2xLC/UPC-Steckverbinder verwenden, nutzen CWDM-Technologie und sind sowohl mit Multimode- als auch mit Singlemode-Fasern kompatibel. Ihr Arbeitsbereich beträgt 150 Meter mit OM3-Multimode-Fasern und bis zu Kilometer mit Singlemode-Fasern, was Flexibilität und Vielseitigkeit in Netzwerk-Anwendungen bietet.
  • QSFP+ BiDi (Bi-Directional): Diese Multimode-Module verwenden 2xLC/UPC-Glasfasersteckverbinder und ermöglichen eine bidirektionale Datenübertragung mit 2 statt 8 Fasern. Dies macht sie zu einer kostengünstigen Lösung für viele Anwendungen, da sie Entfernungen von bis zu 100 Metern mit OM3-Fasern und bis zu 150 Metern mit OM4-Fasern unterstützen.
  • DAC-Kabel 40Gbps QSFP+: Hierbei handelt es sich um zwei QSFP+-Module, die durch ein Kupferkabel verbunden sind und für kurze Verbindungen von mehreren Metern innerhalb eines Serverraums verwendet werden.

Entwicklung der QSFP-Technologie - für eine schnellere Datenübertragung als je zuvor

Die QSFP-Technologie hat sich im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt, um schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. In einer zunehmend datengetriebenen Welt wird die Bedeutung schneller Datenübertragung immer größer. Wie sah diese Entwicklung aus?

  • QSFP: Die erste Version der QSFP-Module, die Datenübertragungsraten von bis zu 4 Gbps durch vier 1-Gbps-Kanäle ermöglicht.
  • QSFP+: Eine verbesserte Version von QSFP, die Übertragungsraten von bis zu 40 Gbps bietet und sowohl die Leistung als auch den Energieverbrauch optimiert.
  • QSFP28: Module, die Übertragungsraten von bis zu 100 Gbps unterstützen und sich durch höhere Geschwindigkeiten und bessere Energieeffizienz auszeichnen.
  • QSFP-DD (Double Density): Die neueste Version, die Übertragungsraten von bis zu 400 Gbps ermöglicht, indem sie acht 50-Gbps-Kanäle nutzt. Ihr dual-dichtes Design macht sie ideal für zukünftige Rechenzentren, die höchste Leistung benötigen.

Die fortlaufende Weiterentwicklung der QSFP-Modulfamilie macht diese zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Rechenzentren und fördert den Ausbau der Netzwerkinfrastruktur der Zukunft. Es wird erwartet, dass diese Technologie in den kommenden Jahren weiter an Bedeutung gewinnen wird.