Koji kablovi rade za optičke prijemnike?

Uređivanje tipova kablova na interfejse optičkih prijemnika

Kako SFP+, QSFP28, OSFP i COBO interfejsovi diktiraju kompatibilnost kabla

Različiti optički prijemnici kao što su SFP+, QSFP28, OSFP i COBO dolaze sa svojim specifičnim zahtjevima kada su u pitanju fizički prostor, električne veze i upravljanje toplotom, što sve utiče na to koje vrste kablova mogu zapravo raditi s njima. SFP+ portovi upravljaju brzinama od 10G do 25G i uzimaju ili LC dupleksna vlakna ili one pasivne ili aktivne Direct Attach Copper (DAC) kablove koje većina ljudi poznaje. Prelazak na QSFP28 za 100G znači da se treba nositi sa gustoćnijim MPO-12 vlaknima ili DAC kablovima koji zahtijevaju vrlo pažljivo usklađivanje impedance. Tu je i noviji OSFP standard koji podržava velike propusne širine od 400G do 800G kroz dublje spremnike i bolje sisteme hlađenja. Za to su potrebni ili MPO-16 kablovi ili specijalni twinax bakreni kablovi koji mogu da obrade preko 56 Gbps po trasi. I konačno imamo COBO, skraćenica za Konzorcijum za optičku opremu, koji ide još dalje uklanjanjem plug-in konektora. Umjesto toga, optika se integriše direktno na ploču štampanih kola prekidača, što znači da tehničari trebaju prilagođene kablove na nivou ploče umjesto samo zamjene dijelova u terenu. Pokušavanje da se prisiljava na pogrešan tip kabla, recimo stavljanje OSFP kabla u QSFP28 port, često rezultira oštećenom opremom zbog razlika u veličini između komponenti, nešto što OSFP MSA specifikacija verzija 3.0 definitivno upozorava.

Električni i optički integritet signala: Zašto izbor kabla utiče na budžet i BER veze

Izbor kablova igra ključnu ulogu u održavanju integriteta signala, posebno kada je u pitanju budžet za vezu i brzina grešaka bita (BER). Bakreni kablovi za direktno priključivanje (DAC) imaju tendenciju da pate od značajnog gubitka ulaska, ponekad dostižući oko 30 dB po kilometru pri brzinama poput 25 Gbps. Ovi bakreni kablovi se takođe lako pokvariti zbog elektromagnetnih smetnji (EMI), što ograničava njihovu pouzdanu radnu udaljenost na oko 7 metara maksimalno. Optičko vlakno nudi mnogo bolju performancu u pogledu gubitka signala. Jednomodno vlakno (SMF) obično pokazuje samo oko 0,4 dB po km, dok multimodno vlakno (MMF) generalno pada negdje između 2,5 i 3,5 dB po km u zavisnosti od specifične klase vlakna i operativne talasne dužine. Ali postoji problem sa MMF-om na većim brzinama - modala disperzija počinje da postaje glavni doprinos BER problemima kada prođemo preko 25G brzina, posebno kada udaljenosti prelaze 100 metara. Nedavna istraživanja objavljena u IEEE Photonics Journalu još 2023. godine pokazala su da OM5 vlakna smanjuju BER za otprilike 60% u poređenju sa starijim OM3 vlaknima kada rade na 400G preko 150 metara. Ovo ističe složenu interakciju između svojstava propusnosti vlakna, karakteristika disperzije i koliko su naši prijemnici zapravo osjetljivi. Kada se ukupan gubitak signala nakuplja izvan onoga što prijemnik može da održi (kao što su oni uobičajeni QSFP28 moduli kojima je potrebna snaga signala najmanje -12 dBm), problemi nastaju zbog stvari poput prekomernih gubitaka kabla ili reflektovanja koji uzrokuju drhtanje. To na kraju dovodi do paketa koji se trajno izgube. Dakle, inženjeri ne bi trebali gledati samo na osnovne brzine prenosa podataka kada procjenjuju sisteme. Oni stvarno moraju da provere stvarne parametre kabla kao što su nivoa atenuiranja, mjerenja povratnih gubitaka i disperzije u odnosu na proizvođačeve specifične zahteve za budžet za vezu i standarde testiranja usaglašenosti, umjesto da se oslanjaju samo na oglašavane mogućnosti brzine.

Kablovi od optičkih vlakana za optičke prijemnike dugog dometa

Jednomodno vlakno (SMF) protiv multimodno vlakno (MMF): razdaljina, propusnost i razmjena disperzije

Kada gledamo optičke veze preko 300 metara, odlučivanje između jednomodevnog vlakna (SMF) i multimodevnog vlakna (MMF) zapravo se svodi na tri glavna faktora: koliko daleko signal treba da ide, koliko disperzije sistem može da podnese i šta ima smisla iz perspektive budžeta. SMF ima ovu malu veličinu jezgra od oko 8 do 10 mikrometara što znači da nosi samo jedan način širenja. Ovo eliminiše one problematične probleme sa disperzijom modala i omogućava signalima da putuju preko 100 kilometara bez potrebe za ponovilima, zbog čega se telekom kompanije i operatori metro mreže toliko oslanjaju na njega. Osim toga, SMF se može pohvaliti prilično impresivnim niskim stopama atenuiranja od oko 0,4 dB po kilometru kada radi na talasnim dužinama od 1550 nm. Kada se kombinuju sa modulima za kompenzaciju disperzije ili koherentnom optikom, možemo produljiti te udaljenosti još više. S druge strane, MMF vlakna imaju mnogo veće jezgre, u rasponu od 50 do 62,5 mikrometara. Olakšavaju povezivanje sa VCSEL baziranim prijemnicima, ali dolaze sa vlastitim glavoboljama zbog modale disperzije koja ograničava stvarne radne udaljenosti. Na primjer, OM4 vlakna mogu da nas dovedu do 150 metara brzinom 400G-SR8, dok starije OM3 vlakna ne mogu da prođu 70 metara. Obje vrste vlakana bave se problemima hromatske disperzije, iako SMF-ova slatka tačka na talasnoj dužini oko 1310 nm u kombinaciji sa uspostavljenim metodama kompenzacije daje mu prednost u maržama performansi. Čak i MMF sa razvrstanim indeksom pokušava da se bori protiv modala širenja kroz poboljšanja dizajna, ali na kraju se suočava sa onim neizbježnim kompromisima u vezi sa propagacijom signala na više puteva.

OM3/OM4/OM5 MMF izborni vodič za primenu optičkih prijemnika u data centru

Za podatkovne centre ograničene na udaljenosti ispod 150 metara, OM3, OM4 i OM5 multimodna vlakna pružaju sve bolje performanse kada se koriste sa paralelnim optičkim prijemnicima kao što su SR4, SR8 ili SWDM4. Da pogledamo detalje. OM3 može da upravlja sa 10 Gigabit Ethernet signalima za do 300 metara, dok podržava 40 ili 100GbE veze unutar 100 metara. OM4 ide dalje proširivši ove rasponove na oko 400 metara za 10GbE i 150 metara za 40/100GbE jer ima mnogo veću efektivnu klasifikaciju modalnog propusnog opsega od 4.700 MHz·km. Onda je tu OM5 koji održava kompatibilnost sa OM4 hardverom ali donosi nešto ekstra na stol. Proširuje mogućnosti propusnosti između talasnih dužina 850 i 953 nanometara, što omogućava pokretanje multipleksiranja dijeljenja talasnih dužina kratkih talasnih talasa (SWDM) za brzine u rasponu od 40 do 400GbE koristeći samo jedan par vlakana umjesto više njih. Na talasnoj dužini od 953 nm, OM5 nudi minimalnu efektivnu modalnu propusnost od 6.000 MHz·km, tako da pune operacije 400G-SWDM4 dobro rade na udaljenosti od 150 metara sa smanjenim brojem vlakana i jednostavnijim aranžmanima kabla. Iako OM5 obično košta oko 20 posto više od OM4, ova investicija se isplati jer priprema mreže za nadolazeće tehnologije prijemnika bez potrebe za skupim projektima preobvezovanja kasnije. Jedna stvar koja vrijedi napomenuti je da je odgovarajuća podudaranja veoma važna. Sve ove vrste vlakana moraju biti pažljivo kombinirane sa specifičnim emiterima prijemnika poput VCSEL optimiziranog multimodnog vlakna, a ne sa starijim LED opcijama. Također je važno osigurati ispravna podešavanja talasne dužine tokom instalacije kako bi se spriječili problemi sa kašnjenjem diferencijalnog načina koji bi se mogli s vremenom pogoršati.

Kablovi na bazi bakra za međusobne veze optičkih prijemnika kratkog dometa

Za optičke prijemnike koji su povezani ispod 7 metara, kao što su veze unutar rakova ili susednih kabineta, kablovi na bazi bakra pružaju uvjerljive prednosti u troškovima, efikasnosti energije i jednostavnosti. Oni eliminišu potrebu za optičko-električnom konverzijom, smanjujući latenciju i broj komponenti, zadržavajući vjernost signala u okviru njihove operativne omotnice.

Direktno priključeni bakreni kablovi: trošak, snaga i toplotne granice do 7 m

DAC kablovi kombinuju dvosječne bakrene provodnike sa modulima za prijemnik kao što su SFP+ i QSFP28 kako bi obezbedili pasivne veze sa vrlo niskom latencijom. Ovi kablovi obično dolaze oko 30 do 50 posto jeftiniji po portu u poređenju sa kupovinom optičkih prijemnika i kablova za vlakna odvojeno. Budući da u njima nema aktivnih komponenti, DAC ne troši nikakvu dodatnu snagu i jedva proizvodi toplotu, što olakšava prilikom projektovanja sistema za hlađenje gostih serverskih stojala i prekidača. Ali, ima i zamka. Način na koji šalju signale električno znači da pate od gubitka signala koji se pogoršava kako se frekvencije povećavaju, plus smetnje između susednih žica postaju problem. To ograničava koliko daleko mogu pouzdano raditi na oko sedam metara za brzine NRZ 25G i samo tri metra za 56G PAM4 veze. Kada prođemo pet metara, elektromagnetna smetnja postaje pravi problem, posebno ako su u blizini napajanja koji se uključuju i isključuju ili drugih izvora radio frekvencije. I kako se brzina prenosa podataka povećava zajedno sa dužinom kabla, sami kablovi počinju da se zagrevaju, pa većina proizvođača preporučuje da se dodaju radionice za bilo šta iznad 25G kada se neprekidno radi na punom kapacitetu.

Aktivni optički kablovi (AOC): alternative sa niskom kašnjenjem i otpornim na EMI sa proširenim dometom

Aktivni optički kablovi dolaze sa malim optičkim komponentama unutar njihovih konektora, posebno VCSEL-ovima i fotodiodama, koji zapravo pretvaraju električne signale u svjetlost u sredini samog kabla. To znači da zadržavaju istu jednostavnu funkcionalnost kao i obični DAC kablovi, ali mogu se protezati na mnogo dalju udaljenost, bilo gdje od 30 metara sve do 100 metara, u zavisnosti od brzine kojom se podaci moraju kretati i kakve vrste modulacije signala se koriste. Ovi kablovi imaju veoma nisku kašnjenje, manje od pola nanosekunde kašnjenja, i ne mogu biti poremećeni ni elektromagnetnim smetnjama. To ih čini savršenim za mjesta kao što su tvornice pune mašina ili područja blizu snažne radio frekvencije. Iako AOC košta oko 20 do 30 posto više od standardnih pasivnih DAC-a, uštede novac s vremenom jer stvaraju manje toplote. Potrošnja energije obično se kreće između 1,5 i 2,5 W u poređenju sa oko 3 do 4 W za aktivne DAC-ove pri sličnim brzinama. Plus, pošto ovi kablovi bolje rešavaju vibracije i nisu pogođeni problemima sa uzemljanjem, oni rade posebno dobro u aplikacijama kao što su visokofrekvencijski trgovinski sistemi ili uređaji za računarstvo na ivici gdje svaka mikrosekunda računa za performanse.

Često se postavljaju pitanja

Koji su glavni faktori koji određuju kompatibilnost kabla sa interfejsima optičkih prijemnika kao što su SFP+, QSFP28, OSFP i COBO?

Kompatibilnost kabla određuje se zahtjevima za fizički prostor, električne veze i upravljanje toplotom specifičnim za svaki interfejs optičkog prijemnika. Koristi se pravi tip kabla da bi se izbjegla oštećenja opreme zbog razlika u veličini između komponenti.

Kako se bakreni kablovi za direktno priključivanje (DAC) uspoređuju sa optičkim vlaknima u pogledu integriteta signala?

Bakrene DAC-ove imaju veći gubitak ustavljanja i podložne su elektromagnetnim smetnjama, što ograničava njihovu radnu udaljenost. Jednomodno optičko vlakno nudi bolje performanse sa manjim gubitkom signala i dužim dometom, iako se multimodno optičko vlakno može raspršiti pri većim brzinama.

Koje su prednosti aktivnih optičkih kablova (AOC) u odnosu na kablove direktno priključene bakre (DAC)?

Aktivni optički kablovi koriste optičke komponente unutar kabla za pretvaranje električnih signala u svjetlost, omogućavajući duže udaljenosti bez elektromagnetnih smetnji. Oni održavaju nisku latenciju i troškovno su efikasniji u smislu potrošnje energije i proizvodnje toplote tokom vremena, u poređenju sa DAC-ovima.