Moduły optyczne 40G QSFP+ bez tajemnic

Transceivery 40 Gbs występują w wersji wielomodowej oraz jednomodowej i znacząco różnią się od swoich poprzedników 10 Gbs. Moduły optyczne 40 Gbs są produkowane w innym typie obudowy, tj. QSFP+ (Quad Small Form-Factor Pluggable), dostępne są ze złączami MPO żeńskimi MPO/MTP 12-włóknowymi oraz LC (gdzie MTP jest ulepszoną wersją standardowego MPO; obie nazwy stosowane są zamiennie). W modułach tych nie mamy już do czynienia tylko z jednym laserem/diodą nadawczą jak we wkładkach 1 Gbs czy też 10 Gbs. W tym artykule przyjrzymy się im nieco bliżej i opiszemy podstawowe modele transceiverów 40 Gbs.

Czy wiecie, co było wcześniej: złącze MPO czy moduły optyczne 40 Gbs?

Otóż wcześniej pojawiło się złącze MPO, a dopiero potem zostało wykorzystane w module optycznym m.in. 40 Gbs. Pojawienie się tego typu złączki było odpowiedzią na chęć gęstego upakowania włókien w jednym gnieździe oraz objęcie jedną złączką w całości najpopularniejszej feruli MTP posiadającej 12 włókien. Dzięki temu w jednym gnieździe MPO mamy 12 włókien. Obecnie złącza MPO występują już nie tylko w formie MPO 12J, ale również MPO 24J, a nawet MPO 72J, dzięki czemu możemy tworzyć rozległe sieci bez konieczności istotnej rozbudowy istniejącej infrastruktury.

W standardowym złączu MPO 12-włóknowym wykorzystuje się tylko 8 zewnętrznych włókien, ponieważ do przesłania mamy tylko 4 kanały 10 Gbs, co odpowiada transmisji 40 Gbit w każdą stronę.

Moduły ze złączem MPO/MTP 12

Schemat złącza MPO 12J; piny czerwone przydzielone są do TX, czyli wysyłania sygnału, piny zielone przydzielone są do RX, czyli odbioru sygnału, natomiast piny białe nie są wykorzystywane.

Do połączenia dwóch modułów 40 Gbs używamy kabli MPO krosowanych, dzięki czemu sygnał nadawany (TX) przekazywany jest do diody odbiorczej (RX).

Moduły ze złączem MPO do transmisji danych wykorzystują 4 pary włókien optycznych, umożliwiają realizację połączeń z wykorzystaniem włókien zarówno wielomodowych, jak i jednomodowych. W przypadku wkładek wielomodowych QSFP+ SR4 pracują w oparciu o 4 lasery 850 nm Gbs, natomiast w przypadku wkładek jednomodowych QSFP+ LR4 PSM w oparciu o 4 lasery 1310 nm 10 Gbs. Po każdej z linii transmitowane są dane z prędkością 10 Gbs.

Schemat budowy lasera modułów optycznych 40 Gbs SR4

Wkładki 40G QSFP+ MPO - po stronie nadawczej nadajnik przekształca równoległe elektryczne sygnały wejściowe na równoległe sygnały optyczne za pomocą macierzy laserowej. Następnie równoległe sygnały optyczne są przesyłane jednocześnie przez włókna wielomodowe MTP. Po stronie odbiorczej odbiornik przekształca równoległe optyczne sygnały wejściowe za pośrednictwem układu fotodetektorów na równoległe elektryczne sygnały wyjściowe.

TYPY MODUŁÓW 40 Gbs

QSFP+ 40 Gbs SR4

Wkładki wielomodowe QSFP+ 40 Gbs SR4 MPO z laserami VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers - lasery o emisji powierzchniowej z pionową wnęką) pracujące na włóknie OM3 pozwalają uzyskać dystans 100 m, natomiast na włóknie OM4 - nawet 150 m.

QSFP+ 40 Gbs eSR4

Wkładki wielomodowe QSFP+ 40 Gbs eSR4 MPO z laserami CML (chirp-managed directly modulated laser) są zbudowane w oparciu o laser DFB o rozproszonym sprzężeniu zwrotnym oraz filtr optyczny. Ma to odzwierciedlenie w samej nazwie tego typu laseru, w której słowo „chirp” nie oznacza ćwierkania, ale zmianę częstotliwości chwilowej lub długości fali impulsu optycznego w czasie. Zalety stosowania lasera CML to: niskie zużycie energii, niewielkie wymiary oraz wysoka wydajność umożliwiająca osiąganie długich dystansów transmisyjnych. Wkładki eSR4 pracujące na włóknie OM3 pozwalają uzyskać dystans 300 m, natomiast na włóknie OM4 - nawet 400 m.

Wielomodowy moduł QSFP+ 40 Gbs SR4 może być również używany w trybie 4 × 10 Gbps w celu zapewnienia możliwości współpracy z modułami 10G SR. Łączność taką uzyskuje się za pomocą specjalnego kabla rozdzielającego wyposażonego po stronie modułu 40G-SR4 w złącze MPO, natomiast po stronie modułów 10G SR w złącza duplex LC (tzw. ośmiorniczka).

QSFP+ 40 Gbs LR4 PSM - moduł z kątowym złączem MPO

Wkładki jednomodowe QSFP+ 40 Gbs LR4 PSM pracują w oparciu o lasery DFB (distributed feedback laser), czyli lasery diodowe o rozproszonym sprzężeniu zwrotnym. Moduły te osiągają dystans nawet 10 km; z uwagi na zastosowanie laserów DFB są znacząco droższe od modułów 40G SR4.

Są to jedyne jednomodowe moduły optyczne ze złączem MPO.

Wkładka ta wybierana jest zazwyczaj z uwagi na nieocenioną, w niektórych aplikacjach, możliwość łatwego rozdzielenia 40 Gbs sygnału jednomodowego na 4 niezależne transmisje 10 Gbs (w tym celu wykorzystywane sąując pasywne kable rozdzielające, tzw. ośmiorniczki).

W tym modelu wkładki, aby zminimalizować odbicia wywołane połączeniem MPO, zastosowano nieco inne gniazdo MPO z końcówką kątową 8-stopniową i należy stosować żeńskie złącze MPO z 8-stopniową powierzchnią czołową (jak na poniższym rysunku).

Zamiast transceiverów QSFP+ 40 Gbs możemy zastosować również kable:

- 40 Gbs kable DAC (Passive Direct Attach Cable), czyli miedziane kable zakończone po obu stronach wtykiem QSFP+, które świetnie sprawdzą się w aplikacji 40 Gigabit Ethernet o krótkim zasięgu do kilku metrów. Ich zdecydowaną zaletą jest niska cena, natomiast wadą jest ograniczony zasięg; zaleca się stosowanie pasywnych kabli DAC na odległości nieprzekraczające 7 m.

- 40 Gbs kable AOC (Active Optical Cable), czyli kable światłowodowe zakończone po obu stronach modułami QSFP+, droższe od ich miedzianych odpowiedników, mogą przesyłać dane na większe odległości: do 300 m na włóknie OM3 oraz do 400 m na włóknie OM4.

- 40 Gbs kable Breakout DAC – pasywne kable pozwalające na połączenie urządzenia z portem QSFP+ z 4 urządzeniami z portami SFP+, na krótkim dystansie.