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Come funziona l'Ethernet a 400G
Una porta da 400G non trasmette un unico segnale da 400 Gb/s lungo un singolo filamento di fibra ottica. I dati vengono suddivisi in canali paralleli e ciascun canale viene codificato e protetto tramite la correzione degli errori in avanti (FEC).
- Velocità di linea vs. velocità di trasmissione dati. La velocità MAC è di 400 Gb/s. Dopo l'applicazione della codifica 256b/257b e della correzione di errore Reed-Solomon RS(544,514), il segnale 400GBASE-R opera a una velocità nominale di 425 Gb/s. I 25 Gb/s in più rappresentano l'overhead, non la larghezza di banda utilizzabile.
- Corsie. Le diverse ottiche da 400G utilizzano configurazioni di lane diverse. Alcune utilizzano otto lane da 50G PAM4, altre quattro lane da 100G PAM4. Le lane vengono trasportate su fibre separate (ottiche parallele) oppure su lunghezze d'onda separate all'interno di una coppia di fibre (ottiche WDM).
- PAM4. Le ottiche 400G a breve portata attualmente in uso adottano la modulazione PAM4, che trasporta due bit per simbolo su quattro livelli di segnale. Ciò lascia un margine inferiore rispetto alla precedente segnalazione NRZ, pertanto la FEC è sempre attiva. Questo è anche il motivo per cui un connettore particolarmente sporco o un accoppiamento non corretto si manifestano più rapidamente a 400G rispetto a quanto avveniva a 10G.
L'alloggiamento del modulo è una scelta indipendente dall'interfaccia ottica. QSFP-DD e OSFP sono i due principali formati 400G, e il QSFP112 è presente su alcune schede di rete più recenti. La stessa interfaccia ottica, ad esempio la DR4, può essere disponibile in più di un formato. Pertanto, al momento dell'ordine, è necessario far corrispondere tre elementi: lo switch o l'alloggiamento della scheda di rete, il formato e l'interfaccia ottica.
Il ruolo attuale del 400G: 100G, 400G e 800G
Il 400G si colloca a metà strada tra i collegamenti a 100G che ancora oggi collegano molti server e quelli a 800G che stanno facendo la loro comparsa nei nuovi cluster di intelligenza artificiale.
- Colonna vertebrale e aggregazione. Un percorso di aggiornamento comune prevede l'utilizzo di uno spine da 400G che mantiene gli switch leaf e i server da 100G esistenti, ricorrendo a un breakout da 400G a 4×100G (descritto di seguito).
- Cluster di intelligenza artificiale. In un sistema NVIDIA DGX H100, la rete di calcolo passa attraverso otto schede ConnectX-7 con velocità fino a 400 Gb/s ciascuna, accessibili tramite quattro porte OSFP. Gli switch InfiniBand Quantum-2 e Spectrum-4 SN5600 di NVIDIA ospitano due porte da 400 Gb/s in ogni alloggiamento OSFP a doppia porta. Sono ora disponibili adattatori da 800 Gb/s come il ConnectX-8, ma gran parte della base installata continua a funzionare con porte da 400G. Per saperne di più su come i cluster di GPU utilizzano questi collegamenti, consultate il nostro Guida alla rete GPU.
- Interconnessione tra data center. 400ZR è un'interfaccia DWDM coerente definita dall'OIF per collegamenti punto-punto amplificati con lunghezza massima di 120 km. Si tratta di una tecnologia diversa da quella delle soluzioni ottiche a corto raggio di cui stiamo parlando in questa sede, quindi è bene escluderla dal progetto di cablaggio interno all'edificio.
Ottiche da 400G e la fibra di cui ognuno ha bisogno
È questa la scelta che determina la configurazione del vostro cablaggio; per questo abbiamo messo a confronto le interfacce IEEE 400G che potreste trovare più spesso all’interno di un data center.
| Interfaccia 400G | Standard IEEE | Fibra e copertura | Fibre e connettore | Perdita di inserzione massima del canale |
|---|---|---|---|---|
| 400GBASE-SR8 | 802,3 cm (2020) | OM3 70 m, OM4 100 m | 16 fibre, MPO | 1,8 dB (OM3), 1,9 dB (OM4) |
| 400GBASE-SR4.2 | 802,3 cm | OM3 70 m, OM4 100 m, OM5 150 m | 8 fibre, MPO (bidirezionale, 850/910 nm) | 1,7 dB (OM3), 1,8 dB (OM4), 2,0 dB (OM5) |
| 400GBASE-DR4 | 802.3bs (2017) | Monomodale, 500 m | 8 fibre, MPO | 3,0 dB |
| 400GBASE-FR4 | 802.3cu (2021) | Monomodale, 2 km | LC duplex, 4 lunghezze d'onda CWDM | 4,0 dB |
| 400GBASE-LR4-6 | 802,3 cu | Monomodale, 6 km | LC duplex | 6,3 dB |
Da questa tabella trarremmo tre conclusioni:
- I componenti ottici paralleli utilizzano MPO; quelli WDM utilizzano connettori LC duplex. SR8, SR4.2 e DR4 trasmettono ogni canale su fibre dedicate, pertanto richiedono connettori MPO/MTP. FR4 e LR4-6 combinano quattro lunghezze d'onda su una singola coppia di fibre, pertanto è sufficiente un cavo di collegamento LC duplex standard.
- Conta le fibre, non solo il connettore. L'SR8 utilizza 16 fibre, quindi richiede un connettore MPO a 16 fibre (di solito MPO-16). Un connettore MPO a 12 fibre non è compatibile. I modelli DR4 e SR4.2 utilizzano otto fibre. In un connettore MPO a 12 fibre, sono attive quattro fibre di trasmissione e quattro di ricezione, mentre le quattro posizioni centrali rimangono vuote.
- I connettori MPO monomodali sono solitamente di tipo APC. I moduli DR4 da 400G dei principali fornitori specificano lo standard MPO-12/APC. Cisco indica “MPO-12 SMF APC” per il proprio QSFP-400G-DR4, mentre i componenti ottici DR4 di NVIDIA utilizzano una superficie terminale APC a 8 gradi per deviare i riflessi posteriori. I connettori APC e UPC non devono mai essere accoppiati; consultare la nostra Guida: APC vs UPC.
Per una guida generale sull’abbinamento dei cavi di collegamento alle porte dei ricetrasmettitori, consultare Come scegliere i cavi di collegamento in fibra ottica per i moduli ottici. Per le nozioni di base sull’MPO, leggi il Guida ai connettori MPO.
Breakout da 400G: cosa funziona e cosa no
La funzione "Breakout" consente a una porta da 400G di servire diverse porte a velocità inferiore. Si tratta di una delle caratteristiche più utili della tecnologia 400G, ma anche di una delle cause più comuni di problemi.
Cosa funziona. Una porta DR4 trasporta quattro lane indipendenti da 100G su quattro coppie di fibre, quindi può essere suddivisa in quattro collegamenti da 100G a lunghezza d'onda singola. Cisco, ad esempio, indica che il proprio QSFP-400G-DR4 supporta “4x100G-DR1/FR1 e 2x200G-DR2 breakout”. È possibile collegarlo tramite un cavo di breakout da MPO-12/APC a quattro LC duplex, oppure collegare un trunk MPO a un pannello di permutazione che si dirama verso le porte LC.
Cosa non funziona.
- FR4 e LR4 non possono essere separati in modo passivo. Le loro quattro linee condividono un unico paio di fibre su diverse lunghezze d'onda, quindi non c'è nulla da suddividere con un cavo di derivazione.
- Le linee DR4 non sono compatibili con lo standard 100G-LR4. Anche un modulo ottico 100G-LR4 multiplexa quattro lunghezze d'onda su un unico paio. Non si tratta dell'interfaccia 100G a lunghezza d'onda singola prevista da un canale DR4. Assicurati che l'estremità remota sia compatibile con i moduli ottici di classe DR1/FR1/LR1 supportati dal produttore dello switch.
- "Breakout" è sia un'impostazione della porta che un cavo. La porta dello switch deve essere configurata in modalità "breakout". Se si attivano solo due dei quattro collegamenti da 100G, verificare innanzitutto la modalità della porta. Successivamente, controllare una alla volta ciascuna coppia di fibre per verificare la polarità, la presenza di un'estremità sporca o di una fibra danneggiata.
Tieni tutto in ordine. Uno rack pieno di cavi di derivazione diventa subito disordinato. Scegliete lunghezze dei cavi adatte allo spazio disponibile nel rack, anziché una lunghezza predefinita. Se avete molte derivazioni, valutate la possibilità di collegare i cavi MPO a un pannello di permutazione e di effettuare i collegamenti sul lato LC in loco. Ogni coppia accoppiata in più consuma una parte del budget di perdita, quindi pianificate prima tutto su carta.
Ad esempio, forniamo un Cavo di derivazione da MPO-8 a 4×LC, monomodale, da APC a UPC.
Lista di controllo del livello fisico prima di attivare il 400G
In base alla nostra esperienza, la maggior parte dei problemi relativi ai collegamenti a 400G in un impianto di nuova realizzazione deriva dal livello passivo. Verificate questi punti prima di alimentare i dispositivi ottici.
- Numero di fibre e dimensioni dell'MPO. Abbinare le interfacce a 8 fibre (DR4, SR4.2) e quelle a 16 fibre (SR8 e le interfacce 800G riportate di seguito) al connettore MPO corretto. Si ricordi che “MPO-12” in un collegamento DR4 indica otto fibre attive.
- Tipo di fibra e faccia terminale. Utilizzare cavi OS2 monomodali con connettori APC per il DR4, cavi multimodali OM3/OM4/OM5 per l’SR8 e l’SR4.2 e cavi monomodali duplex con connettori LC per l’FR4/LR4-6. Non mescolare connettori APC e UPC in nessuna parte del canale.
- Fissato vs. non fissato. I connettori MPO si accoppiano tra un connettore con pin (maschio) e uno senza pin (femmina). Le porte dei ricetrasmettitori sono solitamente dotate di pin, pertanto le estremità dei cavi di collegamento che vi si inseriscono devono essere prive di pin. Verificare questo aspetto per ogni trunk, adattatore e cavo di collegamento.
- Metodo della polarità. Lo standard TIA definisce tre metodi di polarità: A, B e C. Questi metodi non sono compatibili tra loro. Scegliere un unico metodo per l'intero canale e assicurarsi che i cavi principali, gli adattatori e i cavi di collegamento lo rispettino.
- Bilancio delle perdite. I limiti IEEE sono molto restrittivi. Un canale DR4 consente 3,0 dB in totale, di cui 2,75 dB sono destinati a connessioni e giunzioni. L'SR8 su OM4 consente solo 1,9 dB per l'intero canale. Ogni pannello di permutazione aggiunge coppie accoppiate; ecco perché i cavi MPO/MTP a bassa perdita sono fondamentali nel cablaggio strutturato a 400G. Prima di effettuare l’ordine, sommate le connessioni previste e confrontatele con il limite del canale.
- Controllare e pulire. La norma IEC 61300-3-35 descrive come ispezionare le estremità per verificare la presenza di contaminazioni e difetti. Ispezionare, pulire se necessario, quindi ispezionare nuovamente. La norma sottolinea inoltre che l'ispezione visiva non sostituisce la misurazione della perdita di inserzione e della perdita di ritorno, pertanto è necessario testare anche il collegamento.
- Etichetta tutto. Etichetta entrambe le estremità di ogni cavo principale e di ogni diramazione indicando la porta, il numero di fibre e la polarità. La prossima persona che dovrà risolvere un problema su una linea alle 2 del mattino ti ringrazierà.
Per una guida dettagliata su come effettuare un ordine, consultare Come specificare i cavi di collegamento MPO/MTP.
Pianificazione del cablaggio a 400G in vista dell'800G
Sono poche le aziende che installano la tecnologia 400G senza chiederci informazioni sull’800G. La risposta dipende dal percorso che seguono i componenti ottici da 800G.
- L'MPO-12/APC può essere riportato all'anno successivo. Il ricetrasmettitore OSFP a doppia porta da 800G di NVIDIA per switch è in pratica costituito da due motori DR4 da 400G in un unico modulo, dotato di due connettori MPO-12/APC. Anche le sue ottiche ConnectX-8 800G DR4 utilizzano l’interfaccia MPO-12/APC, con quattro lane da 200G. Un impianto monomodale MPO-12/APC ben progettato può quindi supportare questi componenti. Verificate innanzitutto le specifiche relative alla portata e alla perdita del modulo, poiché velocità di trasmissione più elevate possono comportare limiti diversi.
- Le interfacce a 16 fibre richiedono 16 fibre. IEEE 802.3df (2024) definisce lo standard 800GBASE-DR8 come 16 fibre monomodali fino a 500 m (canale da 3,0 dB) e lo standard 800GBASE-SR8 come 16 fibre multimodali fino a 100 m su OM4 (canale da 1,8 dB). Se i vostri trunk trasportano solo otto fibre utilizzabili per collegamento, queste interfacce richiederanno un nuovo cablaggio.
- Cosa fare adesso. Scegliete un numero di fibre per il trunk che lasci margine di crescita, utilizzate cavi OS2 monomodali per qualsiasi collegamento che vada oltre una fila, standardizzate l'uso di un unico metodo di polarità e tenete un registro delle perdite di segnale misurate sui collegamenti. Tale registro vi consentirà di stabilire se un aggiornamento a 800G possa riutilizzare l'infrastruttura esistente o se siano necessari nuovi cavi.
Approvvigionamento di connettività passiva a 400G da YingFeng
YingFeng vanta oltre 25 anni di esperienza nella produzione di fibre ottiche, con attività produttive che risalgono al 1982, e dispone di due stabilimenti produttivi a Ningbo e Dongguan. Per i progetti a 400G e 800G forniamo:
- Cavi di collegamento MPO/MTP in configurazioni da 8, 12, 16 e 24 fibre, comprese le versioni a bassa perdita. Sono prodotti in camera bianca, con una capacità produttiva mensile di 300.000 assemblaggi.
- Cavi di collegamento duplex LC per i collegamenti FR4 e LR4-6, e adattatori per fibra ottica per i pannelli di permutazione.
- Kit di connettori e componenti singoli per le aziende specializzate nella produzione di cavi assemblati, con attrezzature su misura disponibili per componenti specifici dei clienti.
Offriamo servizi OEM/ODM e, su richiesta, mettiamo a disposizione dei campioni. Inviateci i modelli dei vostri ricetrasmettitori e il numero di porte e vi proporremo un cavo di collegamento adeguato e un elenco dei connettori.
Domande frequenti
Che cos'è l'Ethernet a 400 Gbps?
L'Ethernet a 400 Gbps (400GbE) è la velocità Ethernet definita dallo standard IEEE pari a 400 gigabit al secondo, standardizzata per la prima volta nella norma IEEE 802.3bs-2017. Trasmette i dati su 4 o 8 linee PAM4, su fibra multimodale o monomodale a seconda del tipo di cavo ottico.
La tecnologia 400G utilizza fibra monomodale o multimodale?
Entrambe. SR8 e SR4.2 funzionano su fibra multimodale OM3/OM4/OM5 per distanze fino a 70–150 m. DR4, FR4 e LR4-6 funzionano su fibra monomodale rispettivamente per 500 m, 2 km e 6 km.
Quale connettore utilizza il 400G DR4?
DR4 utilizza un connettore MPO con otto fibre monomodali attive, in genere del tipo MPO-12/APC.
Una porta da 400G può essere suddivisa in 4×100G?
Sì, se si tratta di una porta DR4 e lo switch supporta la modalità breakout. Ogni lane è collegata a un modulo ottico 100G a lunghezza d'onda singola, come DR1 o FR1. I moduli ottici FR4 e LR4 non possono essere collegati tramite cavi passivi in modalità breakout.
Il 400G verrà sostituito dall'800G?
La tecnologia 800G sta facendo il suo ingresso nei nuovi cluster di intelligenza artificiale, ma le porte 400G continuano a essere ampiamente diffuse. Gran parte delle apparecchiature a 800G si suddivide ancora in 2×400G. Il cablaggio basato su MPO-12/APC monomodale può spesso essere riutilizzato, mentre le interfacce a 16 fibre, come l’800GBASE-DR8, richiedono collegamenti a 16 fibre.
Riferimenti esterni
- Task force IEEE P802.3bs: https://www.ieee802.org/3/bs/
- TIA FOTC, sintesi delle applicazioni IEEE 802.3: https://www.tiafotc.org/ieee-802-3-ethernet-standards-update/
- Accordo di implementazione OIF 400ZR: https://www.oiforum.com/
