Os conectores de E / S plugáveis evoluirão das especificações atuais de 40 G / 100 Gb / s Ethernet e EDR sem fio para 800 Gb e versões superiores.
Nos últimos 50 anos, as taxas de transferência de dados aumentaram significativamente. A capacidade de criar bilhões de transistores em um único chip aumenta a velocidade e a potência de processamento exponencialmente. A entrada e a saída de dados dependem da conexão do conector de E / S. Os conectores de E / S desempenham um papel fundamental no sistema. Se eles não acompanharem a velocidade do fluxo de dados, podem causar sérios gargalos. O engenheiro deve garantir que a porta de E / S não limite o desempenho da transmissão de alta velocidade.
Além de serem capazes de suportar taxas de dados de alta velocidade, os componentes também precisam fornecer flexibilidade para o design do produto, permitindo a configuração rápida do sistema ou atualizações. Como um componente de trânsito para cabos ativos e passivos e fibras ópticas, o excelente desempenho é muito atraente.
A densidade do painel de E / S é outro fator chave no projeto do sistema. O equipamento padrão montado em rack requer que o tamanho do conector de E / S seja tão pequeno quanto 1RU (1,75" alto), ocupe o mínimo de espaço possível, maximize o número de canais e forneça espaço para ventilações de resfriamento. Sem desligar o sistema A capacidade de puxar e conectar a interface é particularmente importante em aplicativos de rede.
Vale a pena encorajar a realização de compatibilidade de produtos ou padronização de produtos entre diferentes fornecedores. Conectores de E / S padronizados e plugáveis de pequeno porte fornecem uma solução econômica.
Interfaces de E / S plugáveis, incluindo SFP e QSFP plugáveis pequenos, passaram por um processo iterativo contínuo e o desempenho e a densidade do painel foram continuamente atualizados. Eles geralmente são instalados na placa de circuito impresso da estrutura de fixação, configurados com o módulo e têm desempenho de alta velocidade e troca a quente. Este conceito modular permite que os engenheiros troquem cabos de cobre conectados diretamente, cabos ópticos ativos e transceptores ópticos. Este conector fornece confinamento mecânico para o módulo e fornece dissipação de calor e desempenho de isolamento de radiofrequência para o módulo.
Esses conectores desenvolveram-se rapidamente em um módulo plugável de tamanho pequeno, do SFP original às configurações QSFP e OSFP de densidade dupla mais recentes.
As primeiras especificações elétricas e mecânicas da interface SFP foram lançadas pelo Comitê SFF em 2001 e promovidas por meio da Multi-Source Agreement Organization (MSA) composta por usuários da indústria e fabricantes de conectores. Usado para oferecer suporte a aplicativos de rede em Gigabit Ethernet e Fibre Channel. Este módulo hot-swappable permite taxas de transmissão de dados de até 1,0 Gb / s em cobre e fibra óptica. A especificação SFP original foi atualizada para SFP + com uma largura de banda de 10 Gb / s, mantendo a compatibilidade com versões anteriores. As atualizações subsequentes aumentaram a largura de banda para 28 Gb / s. A versão mais recente do SFP é o transceptor óptico SFP56, que usa modulação PAM4 para fornecer uma conexão Ethernet de 50 Gb / s.
Os conectores QSFP serão desenvolvidos posteriormente. QSFP fornece quatro canais de cobre de alta velocidade ou canais ópticos. As gaiolas empilhadas e agrupadas aumentam a densidade da porta.
A classificação inicial do QSFP é 1 Gb / s. Por meio da atualização, a classificação dos canais QSFP 4 pode ser de 10 Gb / s, e a largura de banda total é de 40 Gb / s. Ao projetar o comprimento do caminho do sinal interno, layout de EMI e PCB, a taxa de canal QSFP28 pode ser tão alta quanto 25 Gb / s. O QSFP56 pode atingir o canal de 50 Gb / s. A largura de banda total dos quatro canais pode suportar Ethernet de 40 Gb, 100 Gb e 200 Gb.
A especificação 400GbE foi lançada em 2017. Duas novas interfaces plugáveis suportam atualmente 200Gb e 400Gb, liderando o caminho em aplicativos Ethernet.
Esta especificação oferece suporte a interfaces elétricas de 8 vias e cada canal pode transmitir sinais modulados de 25 Gb / s NRZ ou 50 Gb / sPAM4. A largura de banda total de cada módulo pode chegar a 200 Gb ou 400 Gb / s. Até 36 conectores QSFP-DD podem ser instalados em um painel de conversão de 1RU padrão e a taxa de fluxo total pode chegar a 14,4 TB / s.
O sistema de interconexão QSFF-DD da Molex tem uma interface elétrica de 8 vias que pode transmitir até 28 Gb / s NRZ ou 56 Gb / sPAM-4, e a largura de banda total pode chegar a 200 ou 400 Gb / s.
A nova gaiola QSFP-DD é compatível com todos os módulos QSFP anteriores. A potência máxima do módulo é de até 12 watts.
A gaiola que suporta o módulo óptico depende de um dissipador de calor externo. Os cabos passivos QSFP-DD podem se estender de 3 metros a 10 quilômetros. O conector OSFP é a arma mais recente para aplicativos de alta velocidade no data center de próxima geração.
Os conectores OSFP da Amphenol ICC são compatíveis com os protocolos de sinal NRZ de canal de 25 Gb / s e PAM4 de canal de 50 G / via, que permitem que os cabos forneçam largura de banda total de 200 G e 400 G para cada conjunto de cabo.
OSFP é semelhante ao conector QSFP-DD em desempenho e forma, mas existem algumas diferenças. Os conectores OSFP são ligeiramente mais largos e profundos que o QSFP. Até 32 portas OSFP podem ser instaladas no layout. Módulos ópticos OSFP podem suportar até 15 watts, enquanto QSFP-DD só pode suportar 12 watts. O dissipador de calor está integrado no módulo OSFP. Ambas as interfaces podem fornecer 8 canais a 50 Gb / s PAM4.
Algumas novas especificações de interface foram lançadas para promover o desenvolvimento de transmissão óptica coerente de 400 Gb. A especificação 400ZR desenvolvida pelo Optical Interoperability Forum (OIF) e lançada em 2020 define os requisitos para uma conexão ponto-a-ponto 400G de 120 quilômetros. OpenZR + MSA fornece especificações para a taxa de transmissão de cabos ópticos 100G, 200G, 300G e 400G, com um comprimento de até 480 quilômetros. Ambas as especificações definem os requisitos do módulo transceptor conectável QSFP-DD ou OSFP.
Espera-se que os canais de 400 Gb forneçam largura de banda suficiente para suportar os requisitos de rede, mas as previsões recentes da Ethernet Alliance indicam que o tráfego de dados aumentará substancialmente nos próximos cinco anos. Portanto, o IEEE lançou um grupo de pesquisa Ethernet para determinar a viabilidade técnica, o potencial de mercado e o momento da próxima iteração da Ethernet. Atualmente, 800GbE e 1.6TbE estão sendo considerados. Google, Facebook, Microsoft, Intel, Cisco e Broadcom estão discutindo sobre modulação (PAM4, 6, 8), o número de canais e largura de banda máxima, o grau de correção de erros necessário e gerenciamento de energia / térmico.
As previsões mostram que o tráfego de dados de mercado atingirá 51,2 Tb em 2022, o que exigirá interfaces ópticas de 800G.
O novo MSA plugável de fibra óptica 800G concentra-se em conexões de data center de 2 km e usa sinalização baseada em PAM4 para estabelecer canais de fibra 8X100Gb e 4X200Gb usando QSFP112-DD ou OSFP32.
Os projetistas de sistemas enfrentam o equilíbrio entre o aumento da largura de banda, integridade do sinal, redução de energia, gerenciamento térmico, aumento da densidade do painel de entrada / saída, etc. e, claro, a necessidade de redução de custos. O uso de tecnologia de transmissão de multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM) coerente e óptica tornará essa revolução possível.
Esperamos que, devido à demanda por maior largura de banda, os conectores correspondentes obtenham um rápido crescimento. O crescimento explosivo de produtos eletrônicos móveis, a adoção contínua de serviços em nuvem, a Internet das Coisas, Indústria 4.0, inteligência artificial e redes 5G emergentes exigirão atualizações contínuas da infraestrutura do data center.
No futuro, as tecnologias emergentes, como a óptica de empacotamento colaborativo, podem se tornar soluções mais avançadas para transmissão de dados em alta velocidade. A OIF anunciou recentemente o estabelecimento de um novo projeto para estudar a aplicação de óptica co-empacotada conjunta em data centers.
A versão aprimorada do conector de E / S plugável atenderá às necessidades atuais de Ethernet de 40 G / 100 Gb / s e aos requisitos técnicos futuros de 800 Gb e superiores.
