Moduł optyczny QSFP+ to kompaktowa, wymienna podczas pracy wkładka światłowodowa, używana do komunikacji danych. Bez wątpienia jest jednym z kamieni milowych w rozwoju najnowszych technologii sieciowych. Kompaktowe, energooszczędne, a przede wszystkim wydajne wkładki QSFP oparte są o szczególne rozwiązanie technologiczne w postaci czterokanałowej transmisji danych. Technologiczne szlaki przetarte przez moduły QSFP+ rozwijają się dalej w coraz to nowszych technologiach, takich jak moduły 100G QSFP28, czy także 400G QSFP-DD i 800G QSFP-DD/OSFP.

Co to jest QSFP+?

 

Co oznacza nazwa QSFP+?

Już sama nazwa QSFP+ (Quad Small Form-factor Pluggable Plus)  doskonale określa specyfikę tego modułu:

  • „Quad” oznacza czterokanałowy przesył danych,
  • „Small Form-Factor” niewielkie rozmiary modułu,
  • „Pluggable” łatwą wymienność modułu w switchu,
  • „Plus” większą prędkość przesyłania danych niż jego poprzednik (10G SFP+) – QSFP ma przepustowość 40 Gb/s.

 

Gdzie są wykorzystywane moduły QSFP+?

Moduły QSFP to optymalny wybór wszędzie tam, gdzie kluczowe są oszczędność miejsca i efektywność energetyczna. Sprawdzą się zarówno w centrach danych, jak i sieciach operatorskich oraz w instytucjach takich jak urzędy, czy uczelnie wyższe. Wkładki światłowodowe QSFP+ szczególnie przydatne podczas modernizacji sieci opartej o prędkości 10G ze względu na swoje możliwości rozdzielenia sygnału na 4x10G. 

 

Oszczędność energii

Projektując sieć transmisyjną, czy zarządzając centrami danych nie do pominięcia jest zagadnienie energooszczędności. Efektywne wykorzystanie energii i chłodzenie są kluczowe dla utrzymania optymalnej wydajności i obniżenia kosztów operacyjnych. Moduły QSFP+ doskonale odpowiadają na te potrzeby. W zależności od modelu i prędkości zużywają zaledwie od 1,5 do 3,5 wata. 

 

Jak działa moduł optyczny QSFP+ i jakie ma typy złącz światłowodowych?

QSFP+ jako moduł optyczny zamienia sygnał elektryczny na sygnał optyczny i odwrotnie, umożliwiając tym samym przesył danych przez kable światłowodowe. Moduły te wyróżniają się wykorzystywaną techniką przetwarzania czterech oddzielnych kanałów informacji, zwanych także ścieżkami. Transmisja przez światłowody odbywa się za pomocą złączy MPO (Multi-Fiber Push-On) lub LC (Little Connector). W zależności od typu złącza sygnały są przesyłane w różny sposób.

 

Złącza MPO

 

W przypadku modułów ze złączem MPO, przesył danych odbywa się poprzez 12-włóknowy kabel, z czego tylko osiem włókien jest aktywnie używanych: cztery do nadawania (TX) i cztery do odbierania (RX) sygnałów. Umożliwia to efektywne zarządzanie przepustowością i minimalizowanie strat sygnału. 

Schemat działania modułów QSFP+ ze złączem MPO

 

Charakterystyka złącz MPO z czterema parami TX i RX, czyli czterema różnymi kanałami, daje możliwość rozszycia sygnału na cztery oddzielne transmisje 10G. Odbywa się to za pomocą kabli typu breakout, zwanych także ośmiorniczkami. Kabel ten daje możliwość połączenia moduły 40G QSFP+ z czterema 10G SFP+ w różnych przełącznikach.

Kabel typu breakout ze złączem MPO i czterema złączami LC

Złącza LC

Innym podejściem do tematu są moduły ze złączem światłowodowym LC. Wykorzystują one technologię zwaną Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM). W modułach tego typu zastosowano cztery sygnały optyczne (cztery lasery) każdy o innej długości fali Cztery oddzielne długości fal są łączone w jeden sygnał optyczny przez system CWDM i przesyłane kablem światłowodowym w procesie zwanym multiplexingiem. Na drugim końcu kabla światłowodowego drugi moduł QSFP+ odwraca ten proces (demultiplexing). Przekształca jeden sygnał optyczny z powrotem na cztery oddzielne kanały elektryczne, które są następnie przesyłane do odpowiedniego sprzętu sieciowego. Zaletą tego typu modułów jest możliwość wykorzystania tylko dwóch włókien do przesyłania danych, a ty samym łatwa migracje z transmisji 10G do 40G z wykorzystaniem tego samego typu złącz 2xLC. W przypadku wkładek QSFP+ ze złączem MPO przejście z transmisji 10G na 40G wiąże się już z koniecznością zwiększenia ilości włókien potrzebnych do transmisji z 2 do 8 oraz zmianą typu gniazd wejściowego z 2xLC na MPO 12.

Schemat działania modułów QSFP+ ze złączem LC

 

Typy modułów optycznych QSFP+

Różne potrzeby wymagają różnych rozwiązań. Typy modułów QSFP+ różnią się od strony praktycznej przede wszystkim dystansem przesyłu danych, ale także zastosowaną w nich technologią. Z najpopularniejszych można wyróżnić:

  • 40G QSFP+ SR4 - Moduły wielomodowe używające złączy światłowodowych MPO i laserów VCSEL działających na długości fali 850 nm. Mogą przesyłać dane na odległość do 100 metrów przez światłowody wielomodowe typu OM3 i do 150 metrów dla typu OM4.
  • 40G QSFP+ L4 - Jednomodowe moduły ze złączami 2xLC/UPC. Wykorzystują technologię CWDM, przesyłając sygnał po czterech długościach fal w zakresie 1270 nm do 1330 nm. Najczęściej w parametrach i w opisie modułu podaje się tylko uśrednioną wartość dla długości fali tj. 1310 nm. Obsługują odległości do 10 kilometrów.
  • 40G QSFP+ ER4 - Jednomodowe moduły ze złączami 2xLC/UPC. Analogicznie do QSFP+ LR4 z tą różnicą, że przesyłają sygnał na większe odległości do ok. 30 km.
  • 40G QSFP+ LX4 - Moduły również ze złączami 2xLC/UPC i wykorzystujące technologię CWDM. Działają jednak zarówno ze światłowodami wielomodowymi, jak i jednomodowymi. Zasięg działania tych wkładek na światłowodach wielomodowych OM3 to 150 metrów, a na światłowodach jednomodowych to odległość do 2 kilometrów. Pozwalają na elastyczność i wszechstronność w zastosowaniach sieciowych.
  • 40 OQSFP+ BiDi (Bi-Directional) - Moduły wielomodowe ze złączem światłowodowym 2xLC/UPC, wykorzystujące dwukierunkową transmisję danych za pomocą 2 włókien zamiast 8. Czyni je to ekonomicznym rozwiązaniem dla wielu aplikacji. Obsługują odległości do 100 metrów na światłowodach OM3 i do 150 metrów na OM4.
  • 40G QSFP+ DAC - Dwie wkładki QSFP+ połączone miedzianym kablem, służące do krótkich połączeń kilku metrowych wewnątrz serwerowni.

 

Rozwój technologii QSFP – w kierunku coraz szybszej transmisji danych

Technologia QSFP w trakcie kilku lat swojego rozwoju przeszła wiele zmian w kierunku coraz to większych prędkości przesyłania danych. Świat coraz bardziej bazuje na danych, dlatego coraz szybsza transmisja danych zyskuje coraz bardziej na znaczeniu. Jak wyglądał ten rozwój?:

  • QSFP: Pierwsza wersja modułów QSFP obsługująca do 4 Gbps za pomocą czterech kanałów 1 Gbps.
  • QSFP+: Ulepszona wersja QSFP, obsługująca do 40 Gbps, z lepszą wydajnością i zmniejszonym zużyciem energii.
  • QSFP28: Moduły obsługujące do 100 Gbps. Stanowią idealne rozwiązanie dla zastosowań wymagających większych prędkości i lepszej efektywności energetycznej. 
  • QSFP-DD: Wersja QSFP obsługująca do 400 Gbps, wykorzystująca osiem kanałów o prędkości 50 Gbps każdy. Dzięki swojej podwójnej gęstości QSFP-DD jest idealnym rozwiązaniem dla przyszłych centrów danych wymagających najwyższej wydajności. Obecnie na rynku są już dostępne także moduły QSFP-DD 800G. 
  • QSFP56: Moduł optyczny o przepustowości 200G, będący pośrednikiem między QSFP28 a QSFP-DD

Ciągła ewolucja rodziny modułów QSFP sprawia, że stają się niezastąpionym elementem nowoczesnych centrów danych. Wspierają tym samym rozwój infrastruktury sieciowej przyszłości. Można się spodziewać, że ta technologia jeszcze przez wiele lat będzie tylko zyskiwać na popularności.