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Sfide e opportunità nel test del ricetrasmettitore 400G

12 gennaio 2021

I crescenti requisiti di larghezza di banda e la velocità più elevata aumentano la necessità di utilizzare moduli Ethernet 400G e ottici nelle grandi interconnessioni dei data center. Diversi produttori di apparecchiature di rete, fornitori di servizi cloud e fornitori di ricetrasmettitori ottici hanno corso verso il mercato dei 400G in modo rapido e furioso. E una quantità enorme di nuovi prodotti entrerà sul mercato per soddisfare la domanda di larghezza di banda nei prossimi anni. Ma non è facile garantire un prodotto qualificato, soprattutto per quanto riguarda i componenti chiave di interconnessione - i ricetrasmettitori ottici. Questo articolo si concentrerà sulle sfide del test del ricetrasmettitore 400G e sugli elementi chiave del test del modulo ottico 400G.

Le sfide del test del ricetrasmettitore 400G

Sia la rete Ethernet 200G che quella 400G hanno portato a diversi nuovi tipi di ricetrasmettitori ottici, e il gruppo IEEE e MSA (accordi multi-source) ha definito i fattori di forma specifici: QSFP-DD, OSFP, e CFP8. Le interfacce elettriche di questi ricetrasmettitori utilizzano sia 16 corsie elettriche di 28Gb/s per segnalazione di corsia con modulazione NRZ (non ritorno a zero), sia le più recenti 4 o 8 corsie di 56Gb/s per segnalazione di corsia con modulazione PAM4 (4 livelli di ampiezza dell'impulso).

Dipendente dal mezzo fisico Ospita I/F elettrico Modalità No. di fibre Raggiungibilità Metodo di codifica
400GBASE-SR16 16x 25Gb/s Monomodale 16 100 metri NRZ
400GBASE-DR4 8x 50Gb/s Monomodale 4 500 metri PAM4
400GBASE-FR8 8x 50Gb/s
16x 25Gb/s
Monomodale 8 WDM 2 chilometri PAM4
400GBASE-LR8 8x 50Gb/s
16x 25Gb/s
Monomodale 8 WDM 10 chilometri PAM4
200GBASE-DR4 8x 50Gb/s Monomodale 4 500 metri PAM4
200GBASE-FR4 8x 50Gb/s Monomodale 4 WDM 2 chilometri PAM4
200GBASE-LR4 8x 50Gb/s Monomodale 4 WDM 10 chilometri PAM4

Le velocità più elevate e l'utilizzo della modulazione PAM4 portano grandi miglioramenti nella velocità di trasmissione, ma comportano anche un'elevata complessità a livello fisico, e causano facilmente errori di trasmissione del segnale.

Il primo problema è che la maggiore velocità di corsia nelle interfacce elettriche a 400G significa più rumore (chiamato anche rapporto segnale-rumore) nella trasmissione del segnale. E l'alto rapporto segnale-rumore causa un aumento del bit error rate (BER), che a sua volta influisce sulla qualità del segnale.

Inoltre, sul piano dell'aspetto fisico, per i moduli ottici da 400G, le sue interfacce ad alta velocità includono più interfacce di input elettrico, interfacce di output elettrico, interfacce di input ottico, interfacce di output ottico, e altre interfacce di gestione della potenza e della bassa velocità. Tutte le prestazioni di queste interfacce dovrebbero essere sottoposte ad un reclamo secondo gli standard 400G. Tuttavia, le dimensioni dei ricetrasmettitori 400G sono simili a quelle dei ricetrasmettitori 100G esistenti, pertanto l'integrazione di queste interfacce necessita di una tecnologia di produzione più sofisticata, nonché di corrispondenti test di prestazione per garantire la qualità di questi moduli.

Allo stesso tempo, il complesso del test del ricetrasmettitore 400G porta anche nuove sfide per i fornitori di moduli ottici. Per garantire la qualità del ricetrasmettitore per gli utenti, i fornitori devono attribuire grande importanza alle apparecchiature di prova del ricetrasmettitore e alla ricerca e sviluppo tecnico. Ciò che dovrebbero affrontare è come assicurarsi che i nuovi prodotti che supportano l'aggiornamento del 400G smorzino i costi associati allo sviluppo e ai test di produzione che possono ostacolare i modelli a prezzi competitivi.

Elementi chiave nel test del ricetrasmettitore 400G

Sebbene gli standard Ethernet 400G siano stati approvati per anni, l'intero settore, compresi gli OEM e gli operatori di rete/data center, sta ancora affrontando i problemi di connettività di base, cercando di risolvere i problemi dall'affidabilità dei ricetrasmettitori al link flap, dall'eccessivo errore del frame all'eccessiva perdita di pacchetti. Per i fornitori di ricetrasmettitori, i test di qualità del prodotto sono fondamentali per costruire connessioni affidabili con i clienti. Diamo un'occhiata ai diversi elementi di prova principali del processo di test dei ricetrasmettitori 400G (Oppure visita Programma di test dei ricetrasmettitori QSFP-DD 400G per ottenere informazioni più dettagliate sui test).

Test di prestazioni ER e test di potenza ottica

Il rapporto di estinzione (ER) è un indicatore importante ed anche il più difficile per misurare le prestazioni dei trasmettitori ottici a 400G. ER è il rapporto di logaritmi di potenza ottica quando il laser emette il livello alto e il livello basso dopo che i segnali elettrici sono modulati a segnali ottici. Il test ER può mostrare se un laser funziona al miglior punto di polarizzazione ed entro il campo di efficienza di modulazione ottimale. L'ampiezza di modulazione ottica esterna (OMA) può misurare le differenze di potenza quando il laser del ricetrasmettitore si accende e si spegne, il che prova le prestazioni di lavoro del ricetrasmettitore in un altro aspetto. Sia l'ER che la potenza media possono essere misurati da oscilloscopi ottici tradizionali.

Test dello spettro ottico

Il test dello spettro ottico è diviso in tre parti, principalmente testando la lunghezza d'onda centrale, il rapporto di soppressione del modo laterale (SMSR) e l'ampiezza dello spettro dei ricetrasmettitori 400G. Questi tre parametri sono tutti essenziali per mantenere una alta qualità di trasmissione e di prestazioni dei moduli. Maggiore è il valore del rapporto di soppressione della modalità laterale, migliori sono le prestazioni del laser del modulo. Guardate il seguente video per vedere come FS testa lo spettro ottico per i ricetrasmettitori QSFP-DD 400G.

Inoltro dei test di prestazione

Il ricetrasmettitore 400G ha un'integrazione più complicata rispetto ai moduli QSFP28 e QSFP+ esistenti, che pone anche requisiti più elevati per la verifica delle sue prestazioni di inoltro. L'RFC 2544 definisce il seguente indicatore di base per il test delle prestazioni delle reti e dei dispositivi: throughput, ritardo e tasso di perdita di pacchetti. In questa procedura di test, le interfacce elettriche e ottiche saranno testate e si assicurerà che la qualità del segnale da esse trasmesso e ricevuto non subisca distorsioni.

Test del diagramma a occhio

A differenza del diagramma a occhio singolo della modulazione NRZ in ricetrasmettitori ottici 100G, il diagramma a occhio PAM4 ha tre occhi. Inoltre PAM4 raddoppia l'efficienza del cuscinetto bit rispetto a NRZ, ma ha ancora problemi di rumore, linearità e sensibilità. IEEE propone di utilizzare PRBS13Q per testare il diagramma ottico a occhio PAM4. I principali indicatori di prova sono l'altezza e la larghezza dell'occhio. Controllando l'altezza e la larghezza dell'occhio nel risultato del test, gli utenti possono dire se la qualità della linearità del segnale del ricetrasmettitore 400G sia buona o meno.

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

Il seguente video mostra come FS testa il modello di occhio dei ricetrasmettitori QSFP-DD-SR8 400G con l'Anritsu MP2110A All-in-One BERT e l'oscilloscopio di campionamento per garantire la qualità del segnale dei ricetrasmettitori QSFP-DD.

Test Jitter

I test di jitter sono progettati principalmente per il jitter in uscita dei trasmettitori e la tolleranza al jitter dei ricevitori. Il Jitter include il Jitter casuale e il Jitter deterministico in quanto il jitter deterministico è prevedibile se confrontato con il jitter casuale, pertanto è possibile progettare il trasmettitore e il ricevitore per eliminarlo. In un ambiente di test reale, il test del Jitter viene eseguito insieme al test del diagramma ad occhio per verificare le prestazioni del trasmettitore e del ricevitore a 400G.

Test del tasso di errore dei bit in condizioni di lavoro reali

In questa procedura di test, il ricetrasmettitore ottico a 400G sarà collegato agli switch 400G per testarne le prestazioni di funzionamento, il BER e la capacità di tolleranza agli errori in un ambiente reale. Come già detto, l'aumento del BER nelle corsie dei ricetrasmettitori ottici 400G è maggiore a causa della maggiore velocità, che porta a problemi di trasmissione nella maggior parte dei collegamenti 400G. Pertanto, la tecnologia FEC (forward error correction) viene applicata per migliorare la qualità della trasmissione del segnale. Il modo in cui FS testa il BER dei moduli 400G QSFP-DD viene visualizzato nel seguente video per garantire la stabilità e l'affidabilità della trasmissione.

La FEC aggiunge un numero predeterminato di bit ridondanti in una trasmissione dati che sono bit di controllo degli errori (codificandoli con i dati). I bit di controllo degli errori vengono poi utilizzati dal destinatario della trasmissione dati per decodificare e correggere i bit errati. La FEC fornisce un modo per inviare e ricevere dati in ambienti di segnalazione estremamente rumorosi, rendendo possibili trasmissioni di dati senza errori in un collegamento a 400G.

Test di temperatura

Ogni modulo ricetrasmettitore 400G viene fornito con un intervallo di temperatura di funzionamento definito dal fornitore. Se la temperatura supera il normale intervallo di temperatura, i moduli non funzioneranno bene o addirittura non funzioneranno normalmente, causando ritardi o guasti alla rete. Quindi il test di temperatura è essenziale anche per le prestazioni di trasmissione dei ricetrasmettitori. Questo per garantire l'affidabilità di questi ricetrasmettitori ad alta velocità 400G utilizzati all'interno della rete di comunicazione ad alta velocità e dei centri dati. Il video qui sotto mostra come FS testa i suoi moduli QSFP-DD 400G a diverse temperature.

Pertanto, in questo processo di test delle condizioni reali, il BER originale del ricetrasmettitore ottico e il BER corretto dalla FEC devono essere testati, controllando se le prestazioni dell'intero collegamento sono influenzate quando si verifica un simbolo di errore casuale predeterminato o una deviazione di frequenza.

Opportunità nel test del ricetrasmettitore 400G

Guidati da 5G, intelligenza artificiale (AI), realtà virtuale (VR), Internet delle cose (IoT) e veicoli autonomi, anche se ci sono molteplici problemi tecnici di test di ricetrasmissione che devono essere risolti, la tendenza al boom del mercato Ethernet 400G non può fermarsi. Molti produttori come Cisco, Arista, Fisinar, ecc. e fornitori di soluzioni di test come Keysight e Ixia, hanno promosso sul mercato le proprie soluzioni di prodotto 400G. In questa situazione, per alcuni fornitori di moduli ottici più piccoli, il test del ricetrasmettitore 400G è uno dei punti chiave che dovrebbero essere presi in considerazione, perché il modo in cui migliorare la qualità dei prodotti 400G e la velocità di fornitura determinerà quanto profitto otterranno dal mercato 400G. Scopri di più sulla corrente del mercato Ethernet 400G e sul futuro per prepararti alla prossima era ad alta velocità.

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