Los conectores de E/S conectables evolucionarán de las actuales especificaciones Ethernet de 40G/100 Gb/s y EDR inalámbricas a las versiones de 800 Gb y superiores.
En los últimos 50 años, las tasas de transferencia de datos han aumentado significativamente. La capacidad de crear miles de millones de transistores en un solo chip aumenta la velocidad y la potencia de procesamiento exponencialmente. La entrada y salida de datos dependen de la conexión del conector de E/S. Los conectores de E/S desempeñan un papel clave en el sistema. Si no se mantienen al día con la velocidad del flujo de datos, pueden causar cuellos de botella graves. El ingeniero debe asegurarse de que el puerto de E/S no limite el rendimiento de la transmisión de alta velocidad.
Además de ser capaces de soportar velocidades de datos de alta velocidad, los componentes también necesitan proporcionar flexibilidad para el diseño del producto, lo que permite una rápida configuración o actualizaciones del sistema. Como componente de tránsito para cables activos y pasivos y fibras ópticas, el excelente rendimiento es muy atractivo.
La densidad del panel de E/S es otro factor clave en el diseño del sistema. El equipo estándar montado en rack requiere que el tamaño del conector de E/S sea tan pequeño como 1RU (1,75" de alto), ocupe el menor espacio posible, maximice el número de canales y proporcione espacio para los respiraderos de refrigeración. Sin apagar el sistema La capacidad de tirar y conectar la interfaz es particularmente importante en las aplicaciones de red.
Vale la pena alentar a realizar la compatibilidad del producto o la estandarización del producto entre diferentes proveedores. Los conectores de E/S de pequeño tamaño conectables estandarizados proporcionan una solución rentable.
Las interfaces de E/S conectables, incluidas las pequeñas SFP y QSFP conectables, han pasado por un proceso iterativo continuo, y el rendimiento y la densidad del panel se han actualizado continuamente. Por lo general, se instalan en la PCB del marco de fijación, configurados con el módulo, y tienen un rendimiento de alta velocidad e intercambiable en caliente. Este concepto modular permite a los ingenieros intercambiar cables de cobre conectados directamente, cables ópticos activos y transceptores ópticos. Este conector proporciona confinamiento mecánico para el módulo y proporciona disipación de calor y rendimiento de aislamiento de radiofrecuencia para el módulo.
Estos conectores se han convertido rápidamente en un módulo conectable de pequeño tamaño, desde el SFP original hasta las últimas configuraciones QSFP y OSFP de doble densidad.
Las primeras especificaciones eléctricas y mecánicas de la interfaz SFP fueron publicadas por el Comité SFF en 2001 y promovidas a través de la Organización de Acuerdos de Múltiples Fuentes (MSA) compuesta por usuarios de la industria y fabricantes de conectores. Se utiliza para admitir aplicaciones de red en Gigabit Ethernet y Fibre Channel. Este módulo intercambiable en caliente permite velocidades de transmisión de datos de hasta 1,0 Gb/s en medios de cobre y fibra óptica. La especificación SFP original se actualizó a SFP+ con un ancho de banda de 10 Gb/s manteniendo la compatibilidad con versiones anteriores. Las actualizaciones posteriores han aumentado el ancho de banda a 28 Gb/s. La última versión de SFP es el transceptor óptico SFP56, que utiliza modulación PAM4 para proporcionar una conexión Ethernet de 50 Gb/s.
Los conectores QSFP se desarrollarán aún más. QSFP proporciona cuatro canales de cobre de alta velocidad o canales ópticos. Las jaulas apiladas y agrupadas aumentan la densidad del puerto.
La calificación inicial de QSFP es de 1Gb/s. A través de la actualización, la clasificación de los canales QSFP 4 puede ser de 10 Gb/s, y el ancho de banda total es de 40 Gb/s. Al diseñar la longitud de la ruta de señal interna, la disposición de EMI y PCB, la velocidad de canal QSFP28 puede ser tan alta como 25Gb/s. QSFP56 puede alcanzar el canal de 50Gb/s. El ancho de banda total de los cuatro canales puede admitir Ethernet de 40 Gb, 100 Gb y 200 Gb.
La especificación 400GbE se lanzó en 2017. Dos nuevas interfaces conectables actualmente admiten 200 Gb y 400 Gb, liderando el camino en aplicaciones Ethernet.
Esta especificación admite interfaces eléctricas de 8 carriles, y cada canal puede transmitir señales moduladas NRZ de 25 Gb/s o 50 Gb/sPAM4. El ancho de banda total de cada módulo puede alcanzar los 200 Gb o 400 Gb/s. Se pueden instalar hasta 36 conectores QSFP-DD en un panel de conversión 1RU estándar, y el caudal total puede alcanzar los 14,4 Tb/s.
El sistema de interconexión QSFF-DD de Molex tiene una interfaz eléctrica de 8 carriles que puede transmitir hasta 28Gb/s NRZ o 56Gb/sPAM-4, y el ancho de banda total puede alcanzar los 200 o 400Gb/s.
La nueva jaula QSFP-DD es compatible con todos los módulos QSFP anteriores. La potencia máxima del módulo es de hasta 12 vatios.
La jaula que soporta el módulo óptico se basa en un disipador de calor externo. Los cables pasivos QSFP-DD pueden extenderse de 3 metros a 10 kilómetros. El conector OSFP es la última arma para aplicaciones de alta velocidad en el centro de datos de próxima generación.
Los conectores OSFP de Amphenol ICC son compatibles con los protocolos de señal NRZ de canal de carril de 25 Gb/s y canal de carril PAM4 de 50 G/carril, que permiten a los cables proporcionar un ancho de banda total de 200G y 400 G para cada conjunto de cables.
OSFP es similar al conector QSFP-DD en rendimiento y forma, pero hay algunas diferencias. Los conectores OSFP son ligeramente más anchos y profundos que QSFP. Se pueden instalar hasta 32 puertos OSFP en el diseño. Los módulos ópticos OSFP pueden soportar hasta 15 vatios, mientras que QSFP-DD solo puede soportar 12 vatios. El disipador de calor está integrado en el módulo OSFP. Ambas interfaces pueden proporcionar 8 canales a 50 Gb/s PAM4.
Se han publicado algunas nuevas especificaciones de interfaz para promover el desarrollo de una transmisión óptica coherente de 400 Gb. La especificación 400ZR desarrollada por el Optical Interoperability Forum (OIF) y lanzada en 2020 define los requisitos para una conexión 400G punto a punto de 120 kilómetros de largo. OpenZR+ MSA proporciona especificaciones para la velocidad de transmisión de los cables ópticos 100G, 200G, 300G y 400G, con una longitud de hasta 480 kilómetros. Ambas especificaciones definen los requisitos del módulo transceptor conectable QSFP-DD u OSFP.
Se espera que los canales de 400 Gb proporcionen suficiente ancho de banda para soportar los requisitos de red, pero las previsiones recientes de la Alianza Ethernet indican que el tráfico de datos aumentará sustancialmente en los próximos cinco años. Por lo tanto, IEEE lanzó un grupo de investigación de Ethernet para determinar la viabilidad técnica, el potencial de mercado y el momento de la próxima iteración de Ethernet. Actualmente, se están considerando 800GbE y 1.6TbE. Google, Facebook, Microsoft, Intel, Cisco y Broadcom están discutiendo sobre la modulación (PAM4, 6, 8), el número de canales y el ancho de banda máximo, el grado de corrección de errores requerido y la administración de energía / térmica.
Las previsiones muestran que el tráfico de datos del mercado alcanzará los 51,2 Tb en 2022, lo que requerirá interfaces ópticas de 800G.
El nuevo MSA conectable de fibra óptica 800G se centra en conexiones de centros de datos de 2 km y utiliza señalización basada en PAM4 para establecer canales de fibra de 8X100Gb y 4X200Gb utilizando QSFP112-DD u OSFP32.
Los diseñadores de sistemas se enfrentan al equilibrio entre el aumento del ancho de banda, la integridad de la señal, la reducción de la potencia, la gestión térmica, el aumento de la densidad del panel de entrada /salida, etc., y, por supuesto, la necesidad de reducir los costos. El uso de la tecnología de transmisión de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) coherente y óptica hará posible esta revolución.
Esperamos que debido a la demanda de mayor ancho de banda, los conectores correspondientes ganen un rápido crecimiento. El crecimiento explosivo de los productos electrónicos móviles, la adopción continua de servicios en la nube, el Internet de las Cosas, la Industria 4.0, la inteligencia artificial y las redes 5G emergentes requerirán actualizaciones continuas de la infraestructura del centro de datos.
En el futuro, las tecnologías emergentes como la óptica de embalaje colaborativo pueden convertirse en soluciones más avanzadas para la transmisión de datos de alta velocidad. OIF anunció recientemente el establecimiento de un nuevo proyecto para estudiar la aplicación de la óptica conjunta co-empaquetada en centros de datos.
La versión mejorada del conector de E/S conectable satisfará las necesidades actuales de Ethernet de 40G/100Gb/s y los requisitos técnicos futuros de 800Gb y superiores.
