Даташины оптических модулей: шесть чисел, от которых зависит линк

Один приёмник, пять опубликованных чисел

Три коммерческих предложения на одну и ту же позицию приходят в один день: 400GBASE-DR4, 500 м, MPO-12. Чувствительность приёмника: −5,9 дБм у первого, −4,4 дБм у второго, −3,9 дБм у третьего. Отсортированные по этой колонке, выигрывает первое, и закупщик экономит пару долларов на порт.

Ни одно из трёх не лжёт. Они просто измеряют разные величины, и 2 дБ между ними — это разница определений, а не возможностей.

Даташит трансивера — это коммерческий документ с прикрученными инженерными единицами. Шесть чисел определяют, будет ли линк чистым на третий год: мощность передачи, TDECQ, чувствительность при правильном BER, overload, окно длины волны, температура корпуса. Остальное — украшение, и кое-что из этого — ловушка. Вот эти шесть в порядке «укуса» — плюс арифметика, разоблачающая таблицу, собранную ради красивого вида.

Один и тот же приёмник 400G DR4 можно описать пятью способами, и все они соответствуют одному и тому же пункту IEEE 802.3bs.

Поставьте −5,9 и −3,9 рядом в таблице — и вы только что изобрели 2 дБ запаса, которого не существует. В этом вся проблема сравнения предложений по одной колонке: модуль, который выглядит дешевле, — это часто просто модуль поставщика, выбравшего самое льстивое определение.

Моё правило после слишком многих таких случаев: если число чувствительности приходит без битовой ошибки, без температуры и без квалификатора («OMA», «average», «with SECQ»), это не спецификация — просто число, случайно оказавшееся на странице.

Мощность передачи — самое слабое число на странице

Большинство таблиц открываются Tx min/max средней мощности, потому что эти две ячейки легко измерить и легко сравнить. И они же наименее информативны. Сам IEEE 802.3bs помечает строку минимальной мощности как информативную — прямое предупреждение, что мощность сама по себе мало говорит о качестве сигнала.

Сигнал несёт OMA — оптическая амплитуда модуляции, расстояние между внешними уровнями PAM4, которые приёмник реально рассекает. У 400GBASE-DR4 окно OMA outer — от −0,8 до +4,2 дБм, и стандарт дополнительно его ограничивает: мощность передачи в OMA минус TDECQ должна оставаться выше −2,2 дБм. Это условие стоит перечитать: передатчик не имеет права покупать закрытие глаза амплитудой — то, что возвращает эквалайзер, оба числа обязаны держать вместе.

Коэффициент экстинкции по-прежнему фигурирует с минимумом 3,5 дБ — низко на фоне 6 дБ у элементов 10G NRZ. И это намеренно: PAM4 укладывает три глаза в один размах, и отношение верхнего уровня к нижнему говорит о среднем глазе куда меньше, чем в двухуровневой системе. ER остаётся как проверка смещения лазера, а не как метрика качества.

Если даташит даёт только среднюю мощность передачи, запросите OMA outer и TDECQ. Модуль может комфортно сидеть внутри среднего лимита +4 дБм, пока его внешний глаз закрывается — колонка средней мощности этого никогда не покажет.

Чувствительность без BER — число без подлежащего

Компоненты 10G нормируются при 10⁻¹², компоненты 400G — при 2,4 × 10⁻⁴. Эти две цели разделены шестью децибелами требуемого отношения сигнал/шум — Q 7,03 против 3,49, то есть 16,9 дБ против 10,9 дБ электрического SNR.

Это объясняет разговор, который у меня бывает каждый месяц. Инженер, привыкший к приёмникам на −15,5 дБм, видит 400G DR4 с −4,4 дБм и заключает, что высокоскоростная оптика хрупка. Она не хрупка — обещание изменилось. На 400G модуль больше не обязан выдавать безошибочные биты: он выдаёт сырую частоту ошибок, которую вычищает декодер KP4 — RS(544,514), тридцать символов чётности на блок, пятнадцать исправлений, выход на 10⁻¹². Порог 2,4 × 10⁻⁴ — это аппетит декодера, а не предел приёмника.

Число чувствительности что-то значит лишь тогда, когда ясно, по какую сторону декодера оно стоит. Два поставщика могут оба написать «чувствительность −6 дБм, 400G» и иметь в виду приёмники, разнесённые на целый дБ — один измерен на пороге FEC с идеальным передатчиком, другой в стрессовых условиях.

TDECQ — это число, заменившее старую маску глаза. Никто больше не рисует полигон поверх PAM4-глаза: до эквалайзера глаз закрыт, и любой модуль провалился бы. Вместо этого передатчик измеряется относительно референсного приёмника с настоящим эквалайзером, добавляется шум, пока частота ошибок по символам не достигнет 4,8 × 10⁻⁴ — вдвое больше битовой, потому что кодирование Грея превращает большинство символьных ошибок в один бит, — и добавленный шум в дБ и есть штраф. Потолок — 3,4 дБ на большинстве дистанций 400G/800G и 3,9 дБ на дальнобойных вариантах; поправка 1.6T поджимает обе.

Поставщик, отгружающий с 3,0 дБ, не щедр. Он тратит разницу на тот год, когда коннектор загрязнится и никто этого не заметит.

Потолок, который никто не проверяет

Всякий бюджет линка, что я вижу, строится снизу: мощность передачи минус затухание участка должна перекрыть чувствительность. Почти ни в одном нет верхней границы — а линки 400G/800G падают сверху чаще, чем принято думать.

400GBASE-DR4 терпит +4,0 дБм средней принимаемой мощности, порог повреждения — +5. Передатчику разрешено излучать +4,0. Положите эти два факта на трёхметровый патч, 0,5 дБ потерь и пару торцов APC, только что из кармана: приёмник работает в полдецибела от насыщения. Линк поднимается. На шестой неделе, днём, два порта с самыми короткими кабелями начинают считать ошибки. Модуль меняют дважды — кабель ни разу.

Рефлектанс всё усугубляет. Стандарт требует −26 дБ рефлектанса со стороны передатчика и приёмника и допускает 21,4 дБ по возвратным потерям. Поцарапанный торец APC или UPC, по ошибке состыкованный с APC, тихо ломает это допущение: расплата приходит джиттером, а не затуханием, поэтому показание мощности остаётся здоровым.

Исправление почти ничего не стоит: на любом линке 400G/800G короче примерно 20 м сверяйте принимаемую мощность с колонкой overload, а не с чувствительностью. Если до потолка меньше 2 дБ — ставьте фиксированный аттенюатор. Пять долларов против выезда на объект.

Телеметрия DDM каждые пять секунд подаёт вам принимаемую мощность и температуру корпуса — проверка становится тривиальной, если дашборд рисует и линию overload.

Две колонки выбирают SKU: длина волны и температура корпуса

Длину волны читают как цвет. Это окно, и важна его ширина.

400GBASE-FR4 и LR4 ведут четыре канала CWDM на сетке 20 нм от 1271 до 1331 нм, с дрейфом ±6,5 нм на канал. 400GBASE-DR4 сидит на 1311 нм с окном 13 нм, 1304,5–1317,5. Именно поэтому «1310 нм» — не спецификация, по которой закладывают кабельную систему: канал DR4 и канал FR4 оба «около 1310», но в одном мультиплексоре они невзаимозаменяемы. Заказ по описанию вместо плана каналов — вот как участок 2 км заканчивается четырьмя модулями, которые все зажигаются и ни один не пропускает трафик.

Температура корпуса — вторая тихая ловушка. Коммерческое окно — 0–70 °C на корпусе, а не в холодном коридоре, и корпус уходит заметно выше приточного воздуха, как только шасси 1U несёт 32 клетки. Расширенные версии заявляют −40…85 °C; честный вопрос — те ли там оптические числа, или деградированный набор, снятый по углам диапазона. Требуйте данные по углам. Одинаковая мощность передачи на протяжении 125 °C — это проектная декларация, а не строка таблицы.

Вот как читаются наши собственные колонки — 10G SFP+, 100G QSFP28, 400G QSFP-DD, 800G OSFP — так, как их должен читать закупщик.

Строка DR4 — это вся статья в одной строке. Выдать число умеет каждый. Выдать число, которое переживёт вычитание против строки, измеренной тем же способом, — более трудная дисциплина, и именно по ней стоит проверять поставщиков.

Ничто из этого не попадёт в заказ, пока вы не потребуете: гарантированные наихудшие значения по всему диапазону температуры корпуса и до конца срока службы, величину за каждым числом чувствительности, OMA и TDECQ вместо одной средней мощности, пороги overload и повреждения, а также отчёт по тестированию партии вместо одного золотого образца. Поставщик, отвечающий на все пять пунктов одним документом, рассказывает вам о своей производственной линии, а не о буклете — и это последнее, что ещё стоит учиться читать в даташите оптического модуля.

FAQ

Почему два поставщика указывают разную чувствительность приёмника для одной и той же 400G DR4?

Потому что как минимум четыре величины называют «чувствительностью»: средняя принимаемая мощность, OMA outer, стрессовая чувствительность с закрытием глаза, иногда ещё типовое значение при комнатной температуре. В таблицах стандарта 400GBASE-DR4 они равны −5,9, −4,4 и −1,9 дБм. Сравнивайте только подобное с подобным.

Менее отрицательная чувствительность означает худший модуль?

Не обязательно — это может быть более строгое определение. Модуль, заявленный на −3,9 дБм в стрессовых условиях, может превзойти заявленный на −5,9 дБм без условий. Число сопоставимо только внутри одного определения и одной цели BER.

Какой TDECQ принимать: потолок 3,4 дБ или жёстче?

3,4 дБ — потолок соответствия для большинства дистанций 400G/800G, а не цель. Крупные облачные закупщики вписывают 1,4 дБ в собственные спецификации не просто так: запас у передатчика — это запас на пусконаладке, когда система грязнее чертежа. Для портов AI-фабрики, которым нельзя мигать, разумное требование — 2 дБ и лучше.

Мой линк 400G показывает +2 дБм принимаемой мощности и всё равно считает ошибки. Как так?

Вероятно, рядом с потолком overload, а не чувствительности. На 400G +2 дБм может быть меньше чем в 2 дБ от лимита +4 дБм, а проблемный коннектор добавляет джиттер, который никогда не проявляется как затухание. Проверьте overload, рефлектанс и состояние торцов, прежде чем менять модули.

Можно ли поставить CWDM4 там, где в проекте написано 1310 нм?

Только если сходится план каналов. CWDM4 и LR4 излучают четыре канала между 1271 и 1331 нм; DR4 излучает один на 1304,5–1317,5 нм. Это два разных оптических интерфейса, оба описываемых как «около 1310 нм» — смешанные через мультиплексор или сплиттер, они дают линки, которые зажигаются, но не пропускают трафик.

Какие числа требовать в RFQ, чтобы честно сравнить поставщиков?

Наихудшую мощность передачи в OMA с указанным лимитом TDECQ, чувствительность в той же величине при 2,4 × 10⁻⁴, стрессовую чувствительность, пороги overload и повреждения, окно длины волны на канал, диапазон температуры корпуса — плюс распределение TDECQ по партии. С этими семью ячейками вы сами пересчитаете бюджет любого поставщика — и это же самый быстрый способ найти таблицу, которая не сходится.