Módulos 400G: Comparación del 400GBASE-LR8 y el 400GBASE-LR4

La creciente demanda de ancho de banda, capacidad y baja latencia ha impulsado que los centros de datos en la nube empiecen a migrar sus velocidades de 25G/100G a 100G/400G. Esta transición ha puesto a los transceptores ópticos 400G en el foco de atención, especialmente los modelos OSFP, QSFP-DD y CFP8. En este artículo compararemos los transceptores 400G QSFP-DD LR4 y 400G QSFP-DD LR8 de FS, cuyo diseño único soporta una transmisión óptica de alta velocidad y de largo alcance (de ahí LR, long range). En la siguiente tabla enumeramos las características principales de estos dos dispositivos.

Estos módulos soportan enlaces de 400G Ethernet en centros de datos con una distancia máxima de 10 km a través de fibra monomodo y con conectores LC dúplex. Ofrecen unas funciones de calidad superior y han sido diseñados para resistir las condiciones externas de funcionamiento más duras, ya sea en cuanto a la temperatura, la humedad o las interferencias electromagnéticas. A pesar de tener muchas similaridades, estos dos transceptores tienen distintos modos de transmisión, lo que repercute sobre el consumo de energía, la integridad de la señal, etc.

Diferencias entre el 400GBASE-LR4 y el 400GBASE-LR8

El 400GBASE-LR8 tiene 8 láseres modulados por electro-absorción (EML, electroabsorption modulated laser) de 50 Gb/s con modulación PAM4. Por su lado, el 400GBASE-LR4 tiene 4 láseres EML de 100 Gb/s con modulación PAM4. ¿Qué diferencia hay entre la velocidad de 50 Gb/s con modulación PAM4 y la de 100 Gb/s con modulación PAM4?

Tasa de baudios

Los baudios son una unidad que representa la velocidad de los símbolos y tienen una importancia significativa para la transmisión de 400G. La tasa de baudios NO es lo mismo que la tasa de bits: la modulación PAM4 transporta 2 bits por símbolo. Así pues, la tasa de bits de 50 Gb/s (Gigabits por segundo) con modulación PAM4 tendrá una línea de transmisión de 25 GBd/s (Gigabaudios por segundo). A su vez, la tasa de bits de 100 Gb/s con modulación PAM4 tiene una tasa de baudios 50 Gigabaudios por segundo.

Si comparamos dos transceptores con los mismos componentes fotónicos, embalaje, ASIC/DSP y electrónica analógica, el módulo que soporte una mayor longitud de onda o una mayor tasa de bits por segundo reducirá el coste por bit, el consumo de energía y la huella. Por lo tanto, el QSFP-DD LR4 400G tiene un mejor rendimiento que el QSFP-DD LR8 400G en términos de coste por bit y consumo de energía.

Óptica paralela

Los transceptores de 400G (QSFP-DD y OSFP) tienen siempre 8 carriles de 50 Gb/s con modulación PAM4 en el lado eléctrico. En el lado óptico, el transceptor QSFP-DD LR8 400G tiene 8 láseres de 50 Gb/s con modulación PAM4. En cambio, el QSFP-DD LR4 400G tiene 4 láseres de 100 Gb/s con modulación PAM4 en el lado óptico, por lo que requiere una conversión eléctrica (Gearbox) de 8×50 Gb/s -> 4×100 Gb/s. En cuanto al coste de producción, los módulos LR8 400 G son más caros porque tienen más láseres.

Ventajas y desventajas

Aunque el 400GBASE-LR8 (8×50 Gb/s PAM4) lleva más tiempo en el mercado y está ratificado en el marco del IEEE 802.3bs, se prefiere 400GBASE-LR4 (4x 100 Gb/s PAM4) por sus ventajas de coste. El LR8 400G ofrece mejores presupuestos de enlace en algunos casos, pero el coste total del láser es mayor y el embalaje óptico es más complejo, lo que provoca un menor rendimiento y mayores costes de producción. El 400GBASE-LR4 transmite los datos a una velocidad de 100 Gb/s con modulación PAM4 por carril, esto reduce considerablemente el alcance óptico máximo y plantea retos extremos a la integridad de la señal. En los módulos LR4 de 400G será necesario un mecanismo de corrección de errores en recepción (FEC, forward error correction) potente para que la comunicación tenga una tasa de error binario (BER, Bit error rate) correcta para una conexión normal de 400G. Por ejemplo, el transceptor 400G QSFP-DD LR4 de FS tiene una FEC de host que le permite soportar una transmisión de fibra de hasta 10 km.

Aplicaciones presentes y futuras

El crecimiento explosivo del tráfico en los centros de datos en la nube ha provocado un aumento de la demanda de módulos ópticos de 400G. Caracterizados por su bajo consumo, alta densidad y alta velocidad, los transceptores QSFP-DD LR4 y QSFP-DD LR8 de FS son óptimos para la transmisión de larga distancia en los centros de datos de próxima generación.

En este artículo hemos explicado las diferencias entre estos dos módulos, la aplicación de un transceptor u otro dependerá de las necesidades de los centros de datos en el futuro. Los módulos 4x100G tienen un menor consumo de energía, un hardware más sencillo y soportan distintas para satisfacer los requisitos varias rejillas WDM, sin embargo, suponen un reto en términos de alcance. Los transceptores 400GBASE-LR4 tienen el potencial de convertirse en la opción preferida para reducir los costes. De hecho, es posible que se vayan realizando actualizaciones graduales al puerto eléctrico de los 400GBASE-LR4 para que soporte el formato 4x100G con modulación PAM4, esto supondría la eliminación del conversor (Gearbox) y la consiguiente reducción de costes y consumo de energía.