Datasheet module quang: sáu con số quyết định một đường truyền

Một receiver, năm con số được công bố

Ba báo giá cho cùng một mã hàng đến cùng một buổi chiều: 400GBASE-DR4, 500 m, MPO-12. Độ nhạy receiver ghi −5,9 dBm ở bản thứ nhất, −4,4 dBm ở bản thứ hai, −3,9 dBm ở bản thứ ba. Sắp theo cột đó thì bản đầu thắng, và người mua tiết kiệm vài đô la mỗi cổng.

Cả ba đều không nói dối. Chúng chỉ đơn giản không đo cùng một đại lượng, và 2 dB ở giữa là khác biệt về định nghĩa, không phải về năng lực.

Datasheet của transceiver là một tài liệu bán hàng có gắn sẵn các đơn vị kỹ thuật. Sáu con số quyết định đường truyền năm thứ ba còn sạch hay không: công suất phát, TDECQ, độ nhạy tại đúng BER, overload, cửa sổ bước sóng, nhiệt độ vỏ. Phần còn lại là trang trí, và một phần là cái bẫy. Đây là sáu con số theo thứ tự chúng cắn vào — thêm phép tính giúp vạch trần một bảng được dàn xếp để làm đẹp cho chính nó.

Cùng một receiver 400G DR4 có thể được mô tả theo năm cách, tất cả đều đạt chuẩn theo cùng một điều khoản của IEEE 802.3bs.

Đặt −5,9 cạnh −3,9 trong một bảng tính và bạn vừa phát minh ra 2 dB dự phòng không tồn tại. Đó là toàn bộ vấn đề của việc so sánh báo giá theo một cột duy nhất: module trông rẻ nhất thường chỉ là của nhà cung cấp chọn định nghĩa dễ nhìn nhất.

Quy tắc của tôi sau quá nhiều vụ kiểu này: nếu một con số độ nhạy đến mà không kèm bit error rate, không kèm nhiệt độ, không kèm định danh («OMA», «average», «with SECQ»), thì đó không phải thông số — chỉ là một con số tình cờ nằm trên trang giấy.

Công suất phát là con số yếu nhất trên trang

Đa số bảng mở đầu bằng Tx min/max công suất trung bình, vì hai ô đó dễ đo và dễ so sánh. Chúng cũng ít mang thông tin nhất. Chính IEEE 802.3bs đánh dấu dòng công suất phát tối thiểu là "informative" — một cảnh báo thẳng thắn rằng riêng công suất nói rất ít về chất lượng tín hiệu.

Thứ mang tín hiệu là OMA — biên độ điều chế quang, khoảng cách giữa các mức PAM4 ngoài cùng mà receiver thực sự quyết định. Với 400GBASE-DR4, cửa sổ OMA outer là −0,8 đến +4,2 dBm, và chuẩn còn giới hạn thêm: công suất phát tính theo OMA trừ TDECQ phải giữ trên −2,2 dBm. Điều kiện đó đáng đọc lần thứ hai: máy phát không được mua sự đóng mắt bằng biên độ — những gì equalizer gỡ lại được, hai con số phải cùng gánh.

Tỉ lệ extinction vẫn xuất hiện với mức tối thiểu 3,5 dB, thấp bên cạnh 6 dB mà linh kiện 10G NRZ từng mang. Là cố ý: PAM4 xếp ba mắt trong một lần vung, và tỉ số giữa mức cao nhất với thấp nhất nói về con mắt giữa ít hơn nhiều so với hệ hai mức. ER còn lại để kiểm tra phân cực laser, chứ không phải một thước đo chất lượng.

Nếu datasheet chỉ cho công suất phát trung bình, hãy đòi OMA outer và TDECQ. Một module có thể nằm thoải mái trong giới hạn trung bình +4 dBm trong khi mắt ngoài cùng của nó đang đóng — cột công suất trung bình sẽ không bao giờ cho thấy điều đó.

Độ nhạy không gắn BER là một con số không có chủ ngữ

Linh kiện 10G được ghi theo 10⁻¹², linh kiện 400G theo 2,4 × 10⁻⁴. Hai mục tiêu này cách nhau sáu decibel về tỷ số tín hiệu/nhiễu yêu cầu — Q 7,03 đối 3,49, tức 16,9 dB đối 10,9 dB SNR điện.

Điều đó giải thích cuộc trò chuyện tôi có mỗi tháng. Một kỹ sư quen với receiver −15,5 dBm nhìn thấy 400G DR4 ghi −4,4 dBm và kết luận quang tốc độ cao mong manh. Không mong manh; lời hứa đã đổi. Ở 400G, module không còn phải giao các bit không lỗi: nó giao một tỷ lệ lỗi thô mà bộ giải mã KP4 dọn sạch — RS(544,514), ba mươi ký tự chẵn lẻ mỗi khối, mười lăm lần sửa, đầu ra ở 10⁻¹². Ngưỡng 2,4 × 10⁻⁴ là khẩu phần của bộ giải mã, không phải giới hạn của receiver.

Một con số độ nhạy vì thế chỉ có nghĩa khi biết nó đứng bên nào của bộ giải mã. Hai nhà cung cấp có thể cùng viết «độ nhạy −6 dBm, 400G» mà đang nói về receiver chênh nhau trọn một dB — một bên đo tại ngưỡng FEC với máy phát lý tưởng, bên kia trong điều kiện stressed.

TDECQ là con số thay cho mặt nạ mắt cũ. Không ai vẽ đa giác trên mắt PAM4 nữa: trước equalizer, mắt đã đóng và mọi module đều trượt. Thay vào đó, máy phát được đo trước một receiver tham chiếu có equalizer thật, thêm nhiễu cho đến khi tỷ lệ lỗi ký tự chạm 4,8 × 10⁻⁴ — gấp đôi tỷ lệ bit, vì mã Gray biến phần lớn lỗi ký tự thành một bit đơn — và lượng nhiễu thêm vào tính bằng dB chính là hình phạt. Trần nằm ở 3,4 dB trên phần lớn cự ly 400G/800G và 3,9 dB ở các phiên bản xa; bản sửa đổi 1.6T siết cả hai.

Nhà cung cấp giao hàng với 3,0 dB không phải hào phóng. Họ tiêu phần chênh lệch cho năm nào đó khi một connector bẩn và không ai để ý.

Chiếc trần mà không ai kiểm tra

Mọi budget đường truyền tôi gặp đều dựng từ dưới lên: công suất phát trừ tổn thất tuyến phải đè nổi độ nhạy. Hầu như không cái nào mang giới hạn trên — và các đường truyền 400G/800G sập từ trên xuống thường hơn người ta tưởng.

400GBASE-DR4 chịu được +4,0 dBm công suất thu trung bình, ngưỡng hư hại ở +5. Máy phát được phép phát +4,0. Đặt hai sự thật đó lên một dây nhảy ba mét, 0,5 dB tổn thất và một cặp đầu APC vừa rút khỏi túi: receiver làm việc cách bão hòa nửa decibel. Đường lên. Tuần thứ sáu, buổi chiều, hai cổng có dây ngắn nhất bắt đầu đếm lỗi. Module bị thay hai lần — dây thì không bao giờ.

Độ phản xạ làm chuyện tồi tệ hơn. Chuẩn yêu cầu −26 dB độ phản xạ ở cả hai đầu phát và thu, dung sai return loss 21,4 dB. Một đầu APC xước, hoặc một đầu UPC vô tình cặp vào APC, phá vỡ điều đó lặng lẽ: hình phạt rơi xuống dạng jitter chứ không phải tổn thất, nên chỉ số công suất vẫn trông khỏe.

Cách sửa gần như không tốn gì: trên mọi đường 400G/800G ngắn hơn khoảng 20 m, hãy so công suất thu với cột overload chứ không phải độ nhạy. Nếu nằm trong 2 dB tính từ trần, lắp thêm một bộ suy hao cố định. Năm đô la đổi lấy một chuyến xuống hiện trường.

Telemetry DDM đưa cho bạn công suất thu và nhiệt độ vỏ mỗi năm giây — việc kiểm tra trở nên đơn giản, miễn là dashboard cũng vẽ cả đường overload.

Hai cột chọn SKU: bước sóng và nhiệt độ vỏ

Bước sóng thường được đọc như một màu sắc. Nó là một cửa sổ, và độ rộng mới là điều quan trọng.

400GBASE-FR4 và LR4 chạy bốn lane CWDM trên lưới 20 nm từ 1271 đến 1331 nm, mỗi lane cho phép trôi ±6,5 nm. 400GBASE-DR4 ngồi ở 1311 nm với cửa sổ 13 nm, 1304,5 đến 1317,5. Đó là lý do «1310 nm» không phải là một thông số để thiết kế hệ thống dây: một lane DR4 và một lane FR4 đều "gần 1310" và không thể thay nhau trong cùng một mux. Đặt hàng theo mô tả thay vì theo kế hoạch lane — đó là cách một chặng 2 km kết thúc với bốn module đều sáng lên và không cái nào cho qua lưu lượng.

Nhiệt độ vỏ là cái bẫy im lặng thứ hai. Cửa sổ thương mại là 0–70 °C tính trên vỏ, không phải trên lối lạnh, và vỏ chạy cao hơn đáng kể so với khí vào khi một chassis 1U gánh 32 cage. Các phiên bản mở rộng tuyên bố −40 đến 85 °C; câu hỏi trung thực là các con số quang ở đó có phải là các con số đó không, hay là một bộ đã hạ cấp đo ở các góc dải đo. Hãy đòi dữ liệu góc. Công suất phát y hệt trên suốt 125 °C là một tuyên bố thiết kế, không phải một dòng bảng.

Đây là cách đọc các cột của chính chúng tôi — 10G SFP+, 100G QSFP28, 400G QSFP-DD, 800G OSFP — theo cách một người mua nên đọc.

Dòng DR4 là cả bài viết trong một dòng. Sản xuất ra một con số thì ai cũng làm được. Sản xuất ra một con số sống sót qua phép trừ với một dòng đo cùng cách — đó mới là kỷ luật khó hơn, và đó là điều đáng để thử thách nhà cung cấp.

Không điều gì trong số này vào được đơn hàng trừ khi bạn đòi: giá trị xấu nhất được bảo đảm trên toàn dải nhiệt độ vỏ và đến hết tuổi thọ, đại lượng đằng sau mỗi con số độ nhạy, OMA và TDECQ thay vì chỉ công suất trung bình, ngưỡng overload và hư hại, cùng báo cáo thử nghiệm theo lối thay cho một mẫu vàng duy nhất. Nhà cung cấp trả lời đủ năm điều trong một tài liệu duy nhất đang kể cho bạn về dây chuyền sản xuất chứ không về cuốn brochure — và đó chính là điều cuối cùng còn đáng học từ một datasheet module quang.

FAQ

Vì sao hai nhà cung cấp ghi độ nhạy receiver khác nhau cho cùng một 400G DR4?

Vì ít nhất bốn đại lượng được gọi là «độ nhạy»: công suất thu trung bình, OMA outer, độ nhạy stressed với đóng mắt, đôi khi còn giá trị điển hình ở nhiệt độ phòng. Trong bảng chuẩn, 400GBASE-DR4 đặt chúng tại −5,9, −4,4 và −1,9 dBm. Chỉ so sánh cái này với cái cùng loại.

Độ nhạy âm ít hơn có nghĩa là module kém hơn không?

Chưa chắc — có thể là định nghĩa nghiêm ngặt hơn. Module ghi −3,9 dBm trong điều kiện stressed có thể thắng module ghi −5,9 dBm không kèm điều kiện. Con số chỉ so sánh được trong cùng một định nghĩa và cùng một mục tiêu BER.

TDECQ bao nhiêu thì chấp nhận: trần 3,4 dB hay chặt hơn?

3,4 dB là trần tuân thủ của phần lớn cự ly 400G/800G, không phải mục tiêu. Những khách cloud lớn viết 1,4 dB vào thông số riêng của họ là có lý: dư địa ở máy phát chính là dư địa lúc nghiệm thu, khi hệ thống bẩn hơn bản vẽ. Với các cổng AI fabric không cho phép nhấp nháy, đòi 2 dB hoặc tốt hơn là hợp lý.

Đường 400G của tôi hiện +2 dBm công suất thu mà vẫn đếm lỗi. Sao vậy?

Rất có thể đang gần trần overload chứ không phải độ nhạy. Ở 400G, +2 dBm có thể nằm trong vòng 2 dB của giới hạn +4 dBm, và một connector kém thêm vào jitter mà không bao giờ hiện ra dưới dạng tổn thất. Kiểm tra overload, độ phản xạ và tình trạng đầu sợi trước khi thay module.

Có thể dùng CWDM4 ở chỗ bản thiết kế ghi 1310 nm không?

Chỉ khi kế hoạch lane khớp nhau. CWDM4 và LR4 phát bốn lane giữa 1271 và 1331 nm; DR4 phát một lane ở 1304,5–1317,5 nm. Đó là hai giao diện quang khác nhau mà cả hai đều được mô tả là "gần 1310 nm" — trộn qua mux hoặc breakout sẽ cho những đường truyền sáng lên nhưng không qua được lưu lượng.

Nên đòi những con số nào trong RFQ để so sánh nhà cung cấp công bằng?

Công suất phát xấu nhất theo OMA kèm giới hạn TDECQ được nêu rõ, độ nhạy cùng đại lượng tại 2,4 × 10⁻⁴, độ nhạy stressed, ngưỡng overload và hư hại, cửa sổ bước sóng mỗi lane, dải nhiệt độ vỏ — cộng thêm phân bố TDECQ theo lô. Với bảy ô đó, bạn tự tay tính lại được budget của bất kỳ nhà cung cấp nào — và đó cũng là cách nhanh nhất tìm ra tấm bảng không khớp số.