Modules 400G : Comparaison entre 400GBASE-LR8 et 400GBASE-LR4

Les demandes croissantes de bande passante, de capacité et de latence réduite alimentent la migration vers des vitesses de réseau plus rapides pour les centres de données en nuage. Au cours des dernières années, les vitesses de liaison dans les centres de données sont passées de 25G/100G à 100G/400G.

Les émetteurs-récepteurs optiques (transceivers ou modules optiques) 400G ont suscité une grande attention, notamment les OSFP, QSFP-DD et CFP8. Les QSFP-DD 400G LR4 et QSFP-DD 400G LR8 sont conçus de manière unique, prenant en charge non seulement la transmission optique à haut débit mais aussi la transmission longue portée (LR), comme le montre le tableau suivant.

Ces deux modules sont conçus pour les liaisons Ethernet 400G des centres de données atteignant jusqu'à 10 km sur SMF avec des connecteurs LC duplex. En plus de leurs fonctions supérieures, les produits sont conçus pour répondre aux conditions de fonctionnement externes les plus difficiles, notamment la température, l'humidité et les interférences électromagnétiques. Cependant, les modules 400G LR4 et LR8 sont différents dans leurs modes de transmission, ce qui entraîne une diversité dans la consommation d'énergie, l'intégrité du signal, etc.

Différences entre 400GBASE-LR4 et 400GBASE-LR8

Le 400GBASE-LR8 est construit avec 8x lasers EML fonctionnant à 50Gbps PAM4 alors que le 400GBASE-LR4 est construit avec 4x lasers EML fonctionnant à 100Gbps PAM4. Mais quelle est la différence entre PAM4 50Gbps et PAM4 100Gbps ?

Débit en bauds

Le baud est une unité représentant le débit de symboles et devient très important pour la transmission 400G. Il est important de faire la différence entre le débit en bauds et le débit en bits. Parce que PAM4 transporte 2 bits par symbole. 50Gbps PAM4 (50 gigabits par seconde avec la modulation PAM4) aura une ligne de transmission à 25GBdps (Gigabaud par seconde). Cela signifie que le débit de symboles pour le PAM4 50Gbps reste à 25 Gigabauds, tandis que le débit de symboles pour le PAM4 100Gbps est de 50 Gbauds.

Dans le cas d'un même emballage, de composants photoniques, d'ASIC/DSP et d'électronique analogique, les émetteurs-récepteurs avec une capacité de longueur d'onde supérieure ou plus de bits par seconde peuvent réduire le coût par bit, la consommation d'énergie et l'encombrement. Par conséquent, le 400G QSFP-DD LR4 est plus performant que le 400G QSFP-DD LR8 en termes de coût par bit et de consommation d'énergie.

Optique parallèle

Les transceivers 400G (QSFP-DD et OSFP) ont 8 voies de 50Gbps PAM4 du côté électrique. Du côté optique, le 400G QSFP-DD LR8 possède 8 lasers de 50Gbps PAM4, et le 400G QSFP-DD LR4 possède 4 lasers de 100Gbps PAM4, nécessitant une conversion électrique (Gearbox) de 8× 50Gbps PAM4 à 4× 100Gbps PAM4. Le nombre relativement élevé de lasers dans les modules 400G LR8 entraîne des coûts de production plus élevés.

Avantages et inconvénients

Bien que le 400GBASE-LR8 (8× 50Gbps PAM4) soit maintenant mature et ratifié sous IEEE 802.3bs, le 400GBASE-LR4 (4x 100Gbps PAM4) est privilégié pour ses avantages en termes de coûts. Le 400G LR8 offre des budgets de liaison améliorés dans certains cas, mais le coût total du laser est plus élevé et le packaging optique est plus complexe, ce qui entraîne un rendement plus faible et des coûts de production plus élevés. Dans le 400GBASE-LR4, les données sont transmises à 100Gbps PAM4 par voie, ce qui réduit considérablement la portée optique maximale et pose des défis extrêmes à l'intégrité du signal. Un mécanisme FEC puissant sera nécessaire dans les modules 400G LR4 pour amener la communication à un BER correct pour une connexion 400G normale. Par exemple, le module QSFP-DD 400G LR4 FS dispose d'un FEC hôte pour supporter une transmission sur fibre de 10 km.

Applications actuelles et futures

La croissance explosive du trafic dans les centres de données en nuage a entraîné une demande accrue de modules optiques 400G. Dotés d'une faible consommation, d'une haute densité et d'une grande vitesse, les QSFP-DD LR4 et LR8 FS sont idéals pour les transmissions sur longue distance dans les centres de données de nouvelle génération.

En raison des différences mentionnées ci-dessus, l'application de ces deux modules changera en fonction des besoins des centres de données à l'avenir. Par rapport aux modules 8× 50G, les modules 4× 100G consomment moins d'énergie, réduisent la complexité du matériel et assouplissent les exigences relatives au réseau xWDM, même s'ils présentent un défi en termes de portée. Par conséquent, le 400GBASE-LR4 pourrait être généralisé pour réduire les coûts à l'avenir. Dans le même temps, le port électrique du 400GBSAE-LR4 peut également être progressivement mis à niveau sous la forme de 4× 100G PAM4 afin de réduire la consommation d'énergie et les coûts en éliminant la boîte de vitesses.