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Una red de 400G es una red Ethernet en la que los enlaces funcionan a una velocidad de 400 gigabits por segundo. La norma IEEE en la que se basa, la IEEE Std 802.3bs-2017, se aprobó el 6 de diciembre de 2017, y en enmiendas posteriores se añadieron más opciones ópticas. Hoy en día, los enlaces de 400G son habituales en las capas de backbone de los centros de datos, en los clústeres de GPU para IA y en las interconexiones entre centros de datos.
La mayoría de las guías sobre 400G se limitan a los conmutadores y los transceptores. Nosotros vamos un paso más allá, hasta la fibra. Si ya has decidido implementar 400G y ahora necesitas elegir los módulos ópticos, el cableado MPO o LC y los conectores adecuados sin desperdiciar el presupuesto de pérdidas ni alargar el ciclo de entrega, este artículo está pensado para ti.
Panel de conexiones LC MPO Switch de 400 g

Cómo funciona el Ethernet de 400G

Un puerto de 400G no transmite una única señal de 400 Gb/s por un solo hilo de fibra óptica. Los datos se dividen en canales paralelos, y cada canal se codifica y se protege mediante corrección de errores hacia adelante (FEC).

  • Velocidad de línea frente a velocidad de datos. La velocidad MAC es de 400 Gb/s. Tras aplicar la codificación 256b/257b y añadir la corrección de errores (FEC) Reed-Solomon RS(544,514), la señal 400GBASE-R funciona a una velocidad nominal de 425 Gb/s. Los 25 Gb/s adicionales corresponden a la sobrecarga, no al ancho de banda utilizable.
  • Carriles. Las diferentes ópticas de 400G utilizan distintos esquemas de canales. Algunas emplean ocho canales de 50G PAM4, mientras que otras utilizan cuatro canales de 100G PAM4. Los canales se transmiten bien por fibras independientes (ópticas paralelas), bien por longitudes de onda distintas en un mismo par de fibras (ópticas WDM).
  • PAM4. Los componentes ópticos de 400G de corto alcance que se utilizan actualmente emplean la modulación PAM4, que transmite dos bits por símbolo en cuatro niveles de señal. Esto deja menos margen que la señalización NRZ más antigua, por lo que la corrección de errores (FEC) está siempre activada. Es también la razón por la que un conector muy sucio o un acoplamiento defectuoso se detecta más rápidamente a 400G que a 10G.

La carcasa del módulo es una opción independiente de la interfaz óptica. QSFP-DD y OSFP Son los dos formatos principales de 400G, y el QSFP112 aparece en algunos adaptadores de red más recientes. Una misma interfaz óptica, como por ejemplo la DR4, puede presentarse en más de un formato. Por lo tanto, al realizar el pedido, hay que hacer coincidir tres elementos: el conmutador o la bahía de la tarjeta de red, el formato y la interfaz óptica.

El lugar que ocupa hoy en día el 400G: 100G, 400G y 800G

El 400G se sitúa entre los enlaces de 100G que aún conectan muchos servidores y los enlaces de 800G que están empezando a aparecer en los nuevos clústeres de IA.

  • Columna vertebral y agregación. Una opción habitual de actualización consiste en una red troncal de 400G que mantiene los conmutadores de hoja y los servidores de 100G existentes, utilizando una distribución de 400G a 4×100G (que se explica más adelante).
  • Clústeres de IA. En un sistema NVIDIA DGX H100, la red de cálculo se gestiona a través de ocho adaptadores ConnectX-7, cada uno con una velocidad de hasta 400 Gb/s, conectados a través de cuatro puertos OSFP. Los conmutadores Quantum-2 InfiniBand y Spectrum-4 SN5600 de NVIDIA albergan dos puertos de 400 Gb/s en cada bahía OSFP de doble puerto. Ya han llegado adaptadores de 800 Gb/s, como el ConnectX-8, pero una gran parte de la base instalada sigue funcionando con puertos de 400G. Puedes obtener más información sobre cómo los clústeres de GPU utilizan estas conexiones en nuestro Guía de redes con GPU.
  • Interconexión entre centros de datos. 400ZR es una interfaz DWDM coherente definida por la OIF para enlaces punto a punto amplificados de hasta 120 km. Se trata de una tecnología diferente a la de los componentes ópticos de corto alcance que estamos analizando aquí, por lo que no debes incluirla en tu plan de cableado interior.
400 g: MPO paralelo frente a WDM LC

Óptica de 400G y la fibra que cada uno necesita

Esta es la decisión que determinará tu cableado, por lo que hemos comparado las interfaces IEEE 400G que es más probable que encuentres en un centro de datos.

Interfaz de 400GNorma del IEEEFibra y coberturaFibras y conectorPérdida de inserción máxima del canal
400GBASE-SR8802,3 cm (2020)OM3 70 m, OM4 100 m16 fibras, MPO1,8 dB (OM3), 1,9 dB (OM4)
400GBASE-SR4.2802,3 cmOM3 70 m, OM4 100 m, OM5 150 m8 fibras, MPO (bidireccional, 850/910 nm)1,7 dB (OM3), 1,8 dB (OM4), 2,0 dB (OM5)
400GBASE-DR4802.3bs (2017)Modo único, 500 m8 fibras, MPO3,0 dB
400GBASE-FR4802.3cu (2021)Modo único, 2 kmLC dúplex, 4 longitudes de onda CWDM4,0 dB
400GBASE-LR4-6802,3 cuModo único, 6 kmLC dúplex6,3 dB
Fuente: Resúmenes del Consorcio Tecnológico de Fibra Óptica TIA sobre las aplicaciones de la norma IEEE 802.3.
Comparativa de conectores de fibra óptica de 400 g

De esta tabla destacaríamos tres cosas:

  1. La óptica paralela utiliza MPO; la óptica WDM utiliza LC dúplex. Los modelos SR8, SR4.2 y DR4 transmiten cada canal por sus propias fibras, por lo que necesitan conectores MPO/MTP. Los modelos FR4 y LR4-6 combinan cuatro longitudes de onda en un único par de fibras, por lo que basta con un cable de conexión LC dúplex estándar.
  2. Cuenta las fibras, no solo el conector. El SR8 utiliza 16 fibras, por lo que necesita un conector MPO de 16 fibras (normalmente MPO-16). Un conector MPO de 12 fibras no funcionará. Los modelos DR4 y SR4.2 utilizan ocho fibras. En un conector MPO de 12 fibras, están activas cuatro fibras de transmisión y cuatro de recepción, mientras que las cuatro posiciones centrales permanecen vacías.
  3. Los conectores MPO monomodo suelen ser del tipo APC. Los módulos DR4 de 400G de los principales fabricantes especifican MPO-12/APC. Cisco indica “MPO-12 SMF APC” para su QSFP-400G-DR4, y los componentes ópticos DR4 de NVIDIA utilizan una superficie de contacto de 8 grados con APC para desviar los reflejos hacia atrás. Los conectores APC y UPC nunca deben acoplarse; consulte nuestra Guía comparativa entre APC y UPC.

Para obtener una guía general sobre cómo emparejar los cables de conexión con los puertos de los transceptores, consulta Cómo elegir cables de conexión de fibra para módulos ópticos. Para conocer los conceptos básicos de la MPO, lee el Guía de conectores MPO.

El éxito de «400G»: qué funciona y qué no

La función «Breakout» permite que un puerto de 400G dé servicio a varios puertos de menor velocidad. Es una de las características más útiles de la tecnología 400G y, al mismo tiempo, una de las fuentes de problemas más habituales.

Lo que funciona. Un puerto DR4 transporta cuatro carriles independientes de 100G a través de cuatro pares de fibra, por lo que puede dividirse en cuatro enlaces de 100G de una sola longitud de onda. Cisco, por ejemplo, indica que su QSFP-400G-DR4 admite “4x100G-DR1/FR1 y 2x200G-DR2”. Conéctalo mediante un cable MPO-12/APC a un cable de ramificación dúplex de cuatro conectores LC, o bien conecta un tronco MPO a un panel de conexiones que se ramifique hacia los puertos LC.

Lo que no funciona.

  • Los circuitos FR4 y LR4 no se pueden desconectar de forma pasiva. Sus cuatro canales comparten un par de fibras en diferentes longitudes de onda, por lo que no hay nada que dividir con un cable de distribución.
  • Los canales DR4 no son compatibles con 100G-LR4. Un módulo óptico de 100G-LR4 también multiplexa cuatro longitudes de onda en un solo par. No se trata de la interfaz de 100G de una sola longitud de onda que espera un canal DR4. Haz que el extremo remoto sea compatible con los módulos ópticos de clase DR1/FR1/LR1 que admita el fabricante de tu conmutador.
  • «Breakout» es tanto un tipo de conexión como un cable. El puerto del conmutador debe configurarse en modo «breakout». Si solo se activan dos de los cuatro enlaces de 100G, comprueba primero el modo del puerto. A continuación, comprueba uno por uno cada par de fibras para detectar si hay problemas de polaridad, si la cara terminal está sucia o si alguna fibra está dañada.

Manténlo ordenado. Un rack lleno de cables de derivación se desordena rápidamente. Elige longitudes de cable que se adapten al rack, en lugar de una longitud predeterminada. Si tienes muchas derivaciones, plantéate tender troncales MPO hasta un panel de conexiones y realizar las conexiones del lado LC in situ. Cada par conectado adicional consume parte del presupuesto de pérdidas, así que planifícalo primero sobre el papel.

Por ejemplo, suministramos un Cable de derivación de MPO-8 a 4×LC, monomodo, de APC a UPC.

400 g de placa de conexión «breakout-dr4» frente a «fr4»

Lista de comprobación de la capa física antes de poner en marcha el 400G

Según nuestra experiencia, la mayoría de los problemas con los enlaces de 400G en una instalación nueva se deben a la capa pasiva. Revisa estos puntos antes de encender los módulos ópticos.

  1. Número de fibras y tamaño del MPO. Conecta las interfaces de 8 fibras (DR4, SR4.2) y las de 16 fibras (SR8 y las interfaces 800G que se indican a continuación) al MPO adecuado. Recuerda que “MPO-12” en un enlace DR4 significa ocho fibras activas.
  2. Tipo de fibra y cara de extremo. Utiliza fibra monomodo OS2 con APC para DR4, multimodo OM3/OM4/OM5 para SR8 y SR4.2, y fibra monomodo dúplex LC para FR4/LR4-6. No mezcles APC y UPC en ningún punto del canal.
  3. Fijado frente a no fijado. Los conectores MPO se acoplan emparejando uno con pines (macho) con otro sin pines (hembra). Los puertos de los transceptores suelen tener pines, por lo que los extremos de los cables de conexión que se enchufan en ellos deben carecer de pines. Comprueba esto en cada troncal, adaptador y cable de conexión.
  4. Método de polaridad. La norma TIA define tres métodos de polaridad: A, B y C. Estos métodos no son compatibles entre sí. Elige un método para todo el canal y asegúrate de que los troncales, los adaptadores y los cables de conexión lo sigan.
  5. Presupuesto de pérdidas. Los límites del IEEE son muy estrictos. Un canal DR4 permite un total de 3,0 dB, de los cuales 2,75 dB se asignan a conexiones y empalmes. El SR8 sobre OM4 solo permite 1,9 dB para todo el canal. Cada panel de conexiones añade pares acoplados, por lo que es importante utilizar cables MPO/MTP de baja pérdida en el cableado estructurado de 400G. Suma las conexiones previstas y compáralas con el límite del canal antes de realizar el pedido.
  6. Revisar y limpiar. La norma IEC 61300-3-35 establece cómo inspeccionar las caras finales en busca de contaminación y defectos. Inspeccione, limpie si es necesario y, a continuación, vuelva a inspeccionar. La norma también señala que la inspección visual no sustituye a la medición de la pérdida de inserción y la pérdida de retorno, por lo que también debe comprobarse el enlace.
  7. Etiqueta todo. Etiqueta ambos extremos de cada tronco y cada ramificación indicando el puerto, el número de fibras y la polaridad. La próxima persona que tenga que solucionar un problema en un canal a las 2 de la madrugada te lo agradecerá.

Para obtener una guía detallada sobre cómo realizar un pedido, consulta Cómo especificar cables de conexión MPO/MTP.

Planificación del cableado de 400G para 800G

Son pocos los equipos que instalan 400G sin preguntarnos por el 800G. La respuesta depende de la ruta que sigan los componentes ópticos de 800G.

  • El MPO-12/APC puede acumularse. El transceptor OSFP de doble puerto 800G de NVIDIA para conmutadores equivale, en la práctica, a dos motores 400G DR4 en un solo módulo, con dos conectores MPO-12/APC. Su óptica ConnectX-8 800G DR4 también utiliza MPO-12/APC, con cuatro carriles de 200G. Por lo tanto, una infraestructura de monomodo MPO-12/APC bien diseñada puede dar servicio a estos componentes. Comprueba primero las especificaciones de alcance y pérdida del módulo, ya que las velocidades de canal más altas pueden conllevar límites diferentes.
  • Las interfaces de 16 fibras necesitan 16 fibras. IEEE 802.3df (2024) define 800GBASE-DR8 como 16 fibras monomodo hasta 500 m (canal de 3,0 dB) y 800GBASE-SR8 como 16 fibras multimodo hasta 100 m en OM4 (canal de 1,8 dB). Si tus troncales solo admiten ocho fibras utilizables por enlace, estas interfaces necesitarán un nuevo cableado.
  • ¿Qué hacer ahora?. Elige un número de fibras en el tronco que deje margen para el crecimiento, mantén la fibra monomodo OS2 para cualquier conexión que vaya más allá de una fila, estandariza un único método de polaridad y lleva un registro de la pérdida de señal medida en los enlaces. Ese registro te indicará si una actualización a 800G puede reutilizar la infraestructura existente o si se necesitan nuevos cables.

Adquisición de conectividad pasiva de 400G de YingFeng

YingFeng cuenta con más de 25 años de experiencia en la fabricación de fibra óptica, cuyos orígenes se remontan a 1982, y dispone de dos centros de producción en Ningbo y Dongguan. Para proyectos de 400G y 800G, suministramos:

Ofrecemos servicios OEM/ODM y disponemos de muestras previa solicitud. Envíenos los modelos de sus transceptores y el número de puertos, y le sugeriremos un cable de conexión adecuado y una lista de conexiones.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué es el Ethernet de 400 Gbps?

Ethernet de 400 Gbps (400GbE) es la velocidad de Ethernet definida por el IEEE de 400 gigabits por segundo, normalizada por primera vez en la norma IEEE 802.3bs-2017. Transmite datos a través de 4 u 8 canales PAM4, por fibra multimodo o monomodo, dependiendo del tipo de fibra óptica.

Ambos. Los modelos SR8 y SR4.2 funcionan con fibra multimodo OM3/OM4/OM5 en distancias de hasta 70-150 m. Los modelos DR4, FR4 y LR4-6 funcionan con fibra monomodo en distancias de 500 m, 2 km y 6 km, respectivamente.

DR4 utiliza un conector MPO con ocho fibras monomodo activas, normalmente del tipo MPO-12/APC.

Sí, siempre que se trate de un puerto DR4 y el conmutador admita el modo «breakout». Cada canal se conecta a un módulo óptico de 100G de una sola longitud de onda, como DR1 o FR1. Los módulos ópticos FR4 y LR4 no se pueden conectar mediante cables pasivos.

La tecnología 800G está llegando a los nuevos clústeres de IA, pero los puertos de 400G siguen estando muy extendidos. Gran parte de los equipos de 800G siguen dividiéndose en 2×400G. El cableado basado en MPO-12/APC monomodo suele poder reutilizarse, mientras que las interfaces de 16 fibras, como 800GBASE-DR8, requieren enlaces de 16 fibras.

Referencias externas