Insteekbare I/O-connectoren zullen evolueren van de huidige 40G/100Gb/s Ethernet- en draadloze EDR-specificaties naar 800Gb en hogere versies.
In de afgelopen 50 jaar zijn de gegevensoverdrachtsnelheden aanzienlijk toegenomen. De mogelijkheid om miljarden transistors op een enkele chip te maken, verhoogt de snelheid en verwerkingskracht exponentieel. Gegevensinvoer en -uitvoer zijn afhankelijk van de aansluiting van de I/O-connector. I/O-connectoren spelen een sleutelrol in het systeem. Als ze de snelheid van de datastroom niet bijhouden, kunnen ze ernstige knelpunten veroorzaken. De technicus moet ervoor zorgen dat de I/O-poort de hogesnelheidstransmissieprestaties niet beperkt.
Naast het kunnen ondersteunen van hoge datasnelheden, moeten componenten ook flexibiliteit bieden voor productontwerp, waardoor snelle systeemconfiguratie of upgrades mogelijk zijn. Als doorvoercomponent voor actieve en passieve kabels en optische vezels zijn uitstekende prestaties zeer aantrekkelijk.
I/O-paneeldichtheid is een andere belangrijke factor in het systeemontwerp. Standaard rackgemonteerde apparatuur vereist dat de grootte van de I/O-connector zo klein is als 1RU (1,75" hoog), zo min mogelijk ruimte inneemt, het aantal kanalen maximaliseert en ruimte biedt voor koelopeningen. Zonder het systeem af te sluiten De mogelijkheid om de interface te trekken en aan te sluiten is vooral belangrijk bij netwerktoepassingen.
Het is de moeite waard om productcompatibiliteit of productstandaardisatie tussen verschillende leveranciers te stimuleren. Gestandaardiseerde insteekbare kleine I/O-connectoren bieden een kosteneffectieve oplossing.
Pluggable I/O-interfaces, waaronder kleine pluggable SFP en QSFP, hebben een continu iteratief proces doorlopen en de prestaties en paneeldichtheid zijn continu verbeterd. Ze worden meestal geïnstalleerd op de printplaat van het bevestigingsframe, geconfigureerd met de module en hebben snelle, hot-swappable prestaties. Dit modulaire concept stelt ingenieurs in staat om direct aangesloten koperen kabels, actieve optische kabels en optische transceivers uit te wisselen. Deze connector zorgt voor mechanische opsluiting voor de module en zorgt voor warmteafvoer en radiofrequentie-isolatieprestaties voor de module.
Deze connectoren hebben zich snel ontwikkeld tot een kleine pluggable module, van de originele SFP tot de nieuwste dual-density QSFP- en OSFP-configuraties.
De eerste elektrische en mechanische specificaties van de SFP-interface werden in 2001 vrijgegeven door het SFF-comité en gepromoot via de Multi-Source Agreement Organization (MSA), bestaande uit industriële gebruikers en connectorfabrikanten. Wordt gebruikt om netwerktoepassingen in Gigabit Ethernet en Fibre Channel te ondersteunen. Deze hot-swappable module maakt overdrachtssnelheden tot 1,0 Gb/s mogelijk in koper- en glasvezelmedia. De oorspronkelijke SFP-specificatie is geüpgraded naar SFP+ met een bandbreedte van 10Gb/s met behoud van achterwaartse compatibiliteit. Latere upgrades hebben de bandbreedte verhoogd tot 28Gb/s. De nieuwste versie van SFP is de SFP56 optische transceiver, die PAM4-modulatie gebruikt om een 50Gb/s Ethernet-verbinding te bieden.
QSFP-connectoren zullen verder worden ontwikkeld. QSFP biedt vier snelle koperen kanalen of optische kanalen. Gestapelde en gegroepeerde kooien verhogen de poortdichtheid.
De initiële classificatie van QSFP is 1Gb/s. Door de upgrade kan de classificatie van QSFP 4-kanalen 10 Gb/s zijn en is de totale bandbreedte 40 Gb/s. Door de interne signaalpadlengte, EMI en PCB-lay-out te ontwerpen, kan de QSFP28-kanaalsnelheid oplopen tot 25 Gb/s. QSFP56 kan een kanaal van 50 Gb/s bereiken. De totale bandbreedte van de vier kanalen kan 40Gb, 100Gb en 200Gb Ethernet ondersteunen.
De 400GbE-specificatie werd uitgebracht in 2017. Twee nieuwe pluggable interfaces ondersteunen momenteel 200Gb en 400Gb, en lopen voorop in Ethernet-toepassingen.
Deze specificatie ondersteunt 8-baans elektrische interfaces en elk kanaal kan 25Gb/s NRZ of 50Gb/sPAM4 gemoduleerde signalen verzenden. De totale bandbreedte van elke module kan 200Gb of 400Gb/s bereiken. Er kunnen maximaal 36 QSFP-DD-connectoren worden geïnstalleerd op een standaard 1RU-conversiepaneel en het totale debiet kan 14,4 Tb/s bereiken.
Het QSFF-DD-interconnectiesysteem van Molex heeft een 8-baans elektrische interface die tot 28Gb/s NRZ of 56Gb/sPAM-4 kan verzenden, en de totale bandbreedte kan oplopen tot 200 of 400Gb/s.
De nieuwe QSFP-DD-kooi is compatibel met alle eerdere QSFP-modules. Het maximale vermogen van de module is maximaal 12 watt.
De kooi die de optische module ondersteunt, is afhankelijk van een extern koellichaam. QSFP-DD passieve kabels kunnen zich uitstrekken van 3 meter tot 10 kilometer. De OSFP-connector is het nieuwste wapen voor high-speed toepassingen in het datacenter van de volgende generatie.
De OSFP-connectoren van Amphenol ICC zijn compatibel met 25Gb/s-lane-kanaal NRZ- en 50G/lane-kanaal PAM4-signaalprotocollen, waardoor kabels 200G en 400G totale bandbreedte voor elke kabelassemblage kunnen leveren.
OSFP lijkt qua prestaties en vorm op de QSFP-DD-connector, maar er zijn enkele verschillen. OSFP-connectoren zijn iets breder en dieper dan QSFP. Er kunnen maximaal 32 OSFP-poorten in de lay-out worden geïnstalleerd. Optische OSFP-modules kunnen tot 15 watt ondersteunen, terwijl QSFP-DD slechts 12 watt kan ondersteunen. Het koellichaam is geïntegreerd in de OSFP-module. Beide interfaces kunnen 8 kanalen leveren aan 50Gb/s PAM4.
Er zijn enkele nieuwe interfacespecificaties vrijgegeven om de ontwikkeling van coherente optische 400Gb-transmissie te bevorderen. De 400ZR-specificatie, ontwikkeld door het Optical Interoperability Forum (OIF) en uitgebracht in 2020 definieert de vereisten voor een 120 kilometer lange point-to-point 400G-verbinding. OpenZR+ MSA geeft specificaties voor de transmissiesnelheid van 100G, 200G, 300G en 400G optische kabels, met een lengte tot 480 kilometer. Beide specificaties definiëren de vereisten voor QSFP-DD of OSFP inplugbare transceivermodules.
De verwachting is dat 400Gb-kanalen voldoende bandbreedte zullen bieden om de netwerkvereisten te ondersteunen, maar de recente voorspellingen van de Ethernet Alliance geven aan dat het dataverkeer de komende vijf jaar aanzienlijk zal toenemen. Daarom lanceerde IEEE een Ethernet-onderzoeksgroep om de technische haalbaarheid, het marktpotentieel en de timing van de volgende iteratie van Ethernet te bepalen. Momenteel worden 800GbE en 1.6TbE overwogen. Google, Facebook, Microsoft, Intel, Cisco en Broadcom maken ruzie over modulatie (PAM4, 6, 8), het aantal kanalen en maximale bandbreedte, de mate van foutcorrectie die nodig is en energie-/thermisch beheer.
Prognoses laten zien dat het marktdataverkeer in 2022 51,2 Tb zal bereiken, waarvoor 800G optische interfaces nodig zijn.
De nieuwe 800G glasvezel pluggable MSA richt zich op 2 km datacenterverbindingen en gebruikt PAM4-gebaseerde signalering om 8X100Gb en 4X200Gb glasvezelkanalen tot stand te brengen met behulp van QSFP112-DD of OSFP32.
Systeemontwerpers worden geconfronteerd met de balans tussen bandbreedtetoename, signaalintegriteit, vermogensreductie, thermisch beheer, verhoogde input/output-paneeldichtheid, enz., en natuurlijk de noodzaak van kostenreductie. Het gebruik van coherente en optische dichte golflengteverdeling multiplexing (DWDM) transmissietechnologie zal deze revolutie mogelijk maken.
We verwachten dat door de vraag naar hogere bandbreedte de bijbehorende connectoren snel zullen groeien. De explosieve groei van mobiele elektronische producten, de aanhoudende acceptatie van clouddiensten, het internet der dingen, Industrie 4.0, kunstmatige intelligentie en opkomende 5G-netwerken zullen voortdurende upgrades van de datacenterinfrastructuur vereisen.
In de toekomst kunnen opkomende technologieën, zoals collaboratieve verpakkingsoptica, geavanceerdere oplossingen worden voor gegevensoverdracht met hoge snelheid. OIF kondigde onlangs de oprichting aan van een nieuw project om de toepassing van gezamenlijke co-packaged optica in datacenters te bestuderen.
De verbeterde versie van de pluggable I/O-connector zal voldoen aan de huidige 40G/100Gb/s Ethernet-behoeften en de toekomstige technische vereisten van 800Gb en hoger.
