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Retos y oportunidades en la prueba de transceptor 400G

Larry

Traductor Don Juan
23 de diciembre de 2019

Los requisitos de ancho de banda más altos y las velocidades más rápidas están aumentando la demanda de módulos Ethernet y ópticos de 400G en las interconexiones de grandes centros de datos. Varios fabricantes de equipos de red, proveedores de servicios en la nube y proveedores de transceptores ópticos han estado compitiendo por el mercado 400G de manera rápida y enojada. En los próximos años, una gran cantidad de nuevos productos entrarán al mercado para cumplir con los requisitos de ancho de banda. Pero cómo garantizar productos calificados no es fácil, especialmente el transceptor óptico de componentes de interconexión clave. Este artículo se centrará en los desafíos de las pruebas de transceptores 400G y los elementos clave en las pruebas de módulos ópticos 400G.

Retos de la prueba de transceptor 400G

Tanto 200G como 400G Ethernet han traído varios tipos nuevos de transceptores ópticos, y el grupo IEEE y MSA (acuerdos de múltiples fuentes) han definido los factores de forma específicos: QSFP-DD, OSFP y CFP8. Las interfaces eléctricas de estos transceptores utilizan 16 carriles eléctricos de 28 Gb/s por señalización de carril con modulación NRZ (sin retorno a cero), o los nuevos 4 u 8 carriles de 56 Gb/s por señalización de carril con PAM4 (4- modulación de amplitud de pulso de nivel).

Dependiente del medio físico Host eléctrico I/F Modo Números de fibra Distancia Método de codificación
400GBASE-SR16 16x 25Gb/s Monomodo 16 100 metros NRZ
400GBASE-DR4 8x 50Gb/s Monomodo 4 500 metros PAM4
400GBASE-FR8 8x 50Gb/s
16x 25Gb/s
Monomodo 8 WDM 2 kilometers PAM4
400GBASE-LR8 8x 50Gb/s
16x 25Gb/s
Monomodo 8 WDM 10 kilometros PAM4
200GBASE-DR4 8x 50Gb/s Monomodo 4 500 metros PAM4
200GBASE-FR4 8x 50Gb/s Monomodo 4 WDM 2 kilometers PAM4
200GBASE-LR4 8x 50Gb/s Monomodo 4 WDM 10 kilometros PAM4

Las velocidades más altas y la utilización de la modulación PAM4 aportan grandes mejoras en el rendimiento, pero también dan como resultado una alta complejidad en la capa física y causan errores de transmisión de señal fácilmente.

El primer problema es que la mayor velocidad del carril en las interfaces eléctricas 400G significa más ruido (también llamado relación señal/ruido) en la transmisión de la señal. Y la alta relación señal/ruido provoca un aumento de la tasa de error de bit (BER), que a su vez afecta la calidad de la señal.

Además, en la capa de apariencia física, para los módulos ópticos 400G, sus interfaces de alta velocidad incluyen más interfaces de entrada eléctrica, interfaces de salida eléctrica, interfaces de entrada óptica, interfaces de salida óptica y otras interfaces de administración de potencia y baja velocidad. Todo el rendimiento de estas interfaces debe realizarse bajo una queja de los estándares 400G. Sin embargo, el tamaño de los transceptores 400G es similar a los transceptores 100G existentes, la integración de esas interfaces necesita una tecnología de fabricación más sofisticada, así como las pruebas de rendimiento correspondientes para garantizar la calidad de esos módulos.

Al mismo tiempo, el complejo de la prueba del transceptor 400G también presenta nuevos desafíos para los proveedores de módulos ópticos. Para garantizar la calidad del transceptor a los usuarios, los proveedores deben otorgar una gran importancia al equipo de prueba del transceptor y a la técnica de I + D. Lo que deben hacer es asegurarse de que los nuevos productos que admiten la actualización 400G reduzcan los costos asociados de desarrollo y pruebas de fabricación que pueden obstaculizar los modelos de precios competitivos.

Elementos clave en la prueba de transceptor 400G

Aunque los estándares de Ethernet 400G han sido aprobados durante años, toda la industria, incluidos los OEM y los operadores de redes/centros de datos, todavía están abordando problemas básicos de conectividad, intentando resolver problemas desde la confiabilidad del transceptor hasta la aleta de enlace, desde un error de trama excesivo hasta una pérdida excesiva de paquetes. Para los proveedores de transceptores, las pruebas de calidad del producto son fundamentales para construir conexiones confiables con los clientes. Echemos un vistazo a los diversos elementos de prueba principales en el proceso de prueba del transceptor 400G.

Pruebas de rendimiento de ER y nivel de potencia óptica

ER (relación de extinción) es un indicador importante para medir el rendimiento de los transmisores ópticos 400G, y también el más difícil. ER es la relación de logaritmos de potencia óptica cuando el láser emite el nivel alto y bajo después de que las señales eléctricas se modulan a señales ópticas. La prueba ER puede mostrar si un láser funciona en el mejor punto de polarización y dentro del rango óptimo de eficiencia de modulación. OMA (amplitud de modulación óptica externa) puede medir las diferencias de potencia cuando el láser del transceptor se enciende y apaga, lo que prueba el rendimiento de trabajo del transceptor en otro aspecto. Tanto la ER como la potencia promedio se pueden medir mediante osciloscopios ópticos convencionales.

Reenvío de pruebas de rendimiento

El transceptor 400G es una integración más complicada en comparación con los módulos QSFP28 y QSFP + existentes, lo que también impone requisitos más altos para la prueba de su rendimiento de reenvío. RFC 2544 define el siguiente indicador de prueba de rendimiento de línea de base para redes y dispositivos: rendimiento, retraso y tasa de pérdida de paquetes. En este procedimiento de prueba, las interfaces eléctricas y ópticas se probarán y se asegurarán de que la calidad de la señal que transmitieron y recibieron no se distorsionará.

Prueba de diagrama de ojo

A diferencia del diagrama de ojo único de la modulación NRZ en transceptores ópticos 100G, el diagrama de ojo PAM4 tiene tres ojos. Y PAM4 duplica la eficiencia de soporte de bits en comparación con NRZ, pero todavía tiene problemas de ruido, linealidad y sensibilidad. IEEE propone usar PRBS13Q para probar el diagrama óptico del ojo PAM4. Los principales indicadores de prueba son la altura y el ancho de los ojos. Al verificar la altura y el ancho del ojo en el resultado de la prueba, los usuarios pueden decir que la calidad de la linealidad de la señal del transceptor 400G es buena o no.

Comparison of waveforms and eye diagrams between NRZ and PAM4 signals.png

Prueba de fluctuación

Las pruebas de fluctuación de fase están diseñadas principalmente para la fluctuación de fase de salida de los transmisores y la tolerancia a la fluctuación de fase de los receptores. El Jitter incluye Jitter aleatorio y Jitter determinista porque el jitter determinista es predecible en comparación con el jitter aleatorio, puede diseñar su transmisor y receptor para eliminarlo. En un entorno de prueba real, la prueba Jitter se opera junto con la prueba del diagrama del ojo para verificar el rendimiento del transmisor y receptor 400G.

Prueba de tasa de error de bit en condiciones de trabajo reales

En este procedimiento de prueba, el transceptor óptico 400G se conectará a los interruptores 400G para probar su rendimiento de trabajo, BER y capacidad de tolerancia a errores en un entorno real. Como se mencionó anteriormente, el aumento de BER en los carriles del transceptor óptico 400G es mayor debido a la mayor velocidad, lo que conduce a problemas de transmisión en la mayoría de los enlaces 400G. Por lo tanto, la tecnología FEC (corrección de errores hacia adelante) se aplica para mejorar la calidad de transmisión de la señal.

FEC agrega un número predeterminado de bits redundantes en una transmisión de datos que son bits de verificación de errores (que los codifican con los datos). El receptor de la transmisión de datos utiliza los bits de verificación de errores para decodificar y corregir los bits con errores. FEC proporciona una manera de enviar y recibir datos en entornos de señalización extremadamente ruidosos, haciendo posible una transmisión de datos sin errores en el enlace 400G como sea posible.

Por lo tanto, en este proceso de prueba de condición real, se debe probar la BER original del transceptor óptico y la BER corregida por FEC, verificar si todo el rendimiento del enlace se ve afectado cuando se produce un símbolo de error aleatorio predeterminado o una desviación de frecuencia.

Oportunidades en la prueba de transceptor 400G

Impulsado por 5G, inteligencia artificial (IA), realidad virtual (VR), Internet de las cosas (IoT) y vehículos autónomos, aunque hay múltiples problemas técnicos de prueba de transceptores que deben resolverse, la tendencia en auge del mercado de Ethernet 400G no puede detenerse . Muchos fabricantes como Cisco, Arista, Fisinar, etc. y proveedores de soluciones de prueba como Keysight e Ixia, han promovido sus propias soluciones de productos 400G en el mercado. En esta situación, para algunos proveedores de módulos ópticos más pequeños, la prueba del transceptor 400G es uno de los puntos clave que deben considerar, porque la forma de mejorar la calidad de los productos 400G y la velocidad de suministro determinará la cantidad de ganancias que obtienen del mercado 400G. Conozca más sobre el mercado de Ethernet 400G actual y el futuro para prepararse para la próxima era de alta velocidad.

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