SFP và QSFP: khác biệt thực sự nằm ở đâu

Khoang cắm là sản phẩm, số làn là thông số kỹ thuật

SFP ra đời để thay GBIC cồng kềnh, và vỏ cơ khí của nó bị đóng băng rất sớm: rộng khoảng 13,4 mm, cao 8,5 mm, sâu 56,5 mm, đầu nối cạnh thẻ 20 chân, một đường nguồn 3,3 V. SFP+ không mở rộng vỏ đó mà nâng trần điện lên 10,3125 Gbps — chính vì thế một module 10G lọt vào khoang 1G, và chính vì thế sau đó ASIC mới là bên quyết định. Các tài liệu nền là INF-8074 cho vỏ, SFF-8431 cho phần điện 10G và SFF-8472 cho bản đồ chẩn đoán.

QSFP dùng cùng ngôn ngữ thiết kế rồi mở rộng thành bốn làn: rộng khoảng 18,35 mm, cao 8,5 mm, sâu 72,4 mm, 38 chân, được quy định qua SFF-8436 cho thế hệ 40G và SFF-8665 cho 100G. Thang tốc độ là số làn nhân tốc độ làn: 4 × 1G ở QSFP đầu tiên, 4 × 10G ở QSFP+, 4 × 25G ở QSFP28, 4 × 50G PAM4 ở QSFP56. QSFP-DD thêm hàng tiếp điểm thứ hai và nhân đôi lên tám làn: nhờ đó 400G nằm vừa trong một khoang vẫn còn giống tổ tiên của nó.

Thêm năm milimét chiều rộng nghe có vẻ nhỏ, cho đến khi đếm số khoang trên một mặt panel 1U: khoang hẹp một làn xếp được 48, khoang rộng bốn làn chỉ 32 đến 36. Bạn đổi số cổng lấy băng thông mỗi cổng, và đó chính là toàn bộ cuộc tranh luận.

SFP và QSFP trong một bảng

Làn thứ tư mua được gì, và phải trả giá những gì

Lý do thương mại của QSFP không phải băng thông thô mà là khả năng chia nhỏ: một cổng 100G QSFP28 cấu hình 4 × 25G phục vụ bốn máy chủ từ một cổng ASIC; một cổng 40G QSFP+ cắt thành 4 × 10G làm điều tương tự với nhóm máy chủ cũ. Trên leaf 32 cổng 100G, tách 24 cổng cho ra 96 liên kết 25G về phía máy chủ cộng tám cổng vẫn chạy 100G cho uplink. Chính phép tính này khiến leaf-spine hội tụ về khoang bốn làn.

• DAC tách cổng — một đầu QSFP phía switch, bốn đầu SFP phía máy chủ, đồng toàn tuyến. Rẻ nhất và tốn ít điện nhất, nhưng chỉ trong vài mét bên trong tủ rack.
• AOC tách cổng — cùng cách chia nhưng bằng sợi quang đã gia công sẵn, thoải mái trong một hàng rack, chiều dài vẫn cố định.
• Quang song song kèm bộ chia — module SR4 hoặc PSM4 trong cổng QSFP và fan-out MPO sang 4×LC tới bốn module một làn rời. Đây là lựa chọn duy nhất sống được với hệ thống cáp có cấu trúc, vì mỗi nhánh kết thúc trên một cổng patch panel bình thường.

Bẫy nằm ở phần mềm chứ không ở quang học. Một cổng đã tách vật lý vẫn hành xử như một giao diện 100G cho đến khi hệ điều hành được lệnh; bốn giao diện con không tự xuất hiện, và câu lệnh chính xác thay đổi theo từng hệ điều hành mạng. Bẫy thứ hai là FEC: khi tách 25G, module phía máy chủ và cổng con QSFP phải thống nhất cách đóng khung Reed-Solomon, và sự lệch nhau cho ra triệu chứng kinh điển: giao diện con tồn tại, báo có ánh sáng, và không bao giờ truyền lưu lượng.

Tách cổng cũng có bán kính sát thương. Một mặt MPO bị bẩn, hoặc một nhánh của bộ chia bị gập, có thể hạ bốn liên kết máy chủ cùng lúc thay vì một. Ở cổng truy cập đó là cái giá chấp nhận được; ở một liên kết phải giao trọn 100G cho một host duy nhất, tách cổng đơn giản là sai công cụ.

Nơi SFP+ vẫn thắng

Bốn làn không tự động tốt hơn. Danh sách công việc mà khoang một làn là câu trả lời đúng khá dài, và phần lớn nằm ngoài lõi hyperscale.

Khoảng cách. Module 10G SFP+ ZR đi được 80 km trên một cặp duplex ở 1550 nm — chính là điều BLS558-77BL của chúng tôi làm được, cùng vỏ đó còn có bản ER 40 km và LR 10 km. QSFP tương đương dừng sớm hơn nhiều: 100G ER4 dừng quanh 40 km và đắt gấp mấy lần tính trên mỗi cổng. Khi hai đầu cách nhau một thành phố, một làn và một cặp sợi là câu trả lời kinh tế.

Khan hiếm sợi. Quang 10G song hướng phát trên một bước sóng và thu trên bước sóng khác, nên chỉ một sợi mang toàn bộ liên kết. Dòng BLB của chúng tôi phủ 20 km, 40 km và 60 km ở dạng đó. Trên tuyến ống đã đầy, giảm một nửa số sợi đáng giá hơn gấp đôi số làn.

Ghép kênh theo bước sóng. Các bản SFP+ CWDM và DWDM đặt nhiều kênh 10G lên một cặp nhờ quang thụ động — họ BLC và BLD chạy 20, 40 và 80 km. Không có tương đương bốn làn nào rẻ tương đương, vì việc ghép kênh diễn ra bên ngoài module.

Nhánh đồng. SFP 1000BASE-T cho phép một cổng quang phục vụ đoạn RJ45, đó là cách switch truy cập tiếp nhận cáp cũ mà không cần bộ chuyển đổi media.

Mật độ ở 25G. SFP28 siết chặt khoang hẹp: 25,78 Gbps trên một làn nghĩa là switch truy cập 1U 48 cổng thay vì 24 cổng. BLM11C, BLM333 và BLM336 của chúng tôi phủ từ 100 m đa mode đến 40 km đơn mode ở dạng đó.

Dự phòng. Một mạng thuần một làn giữ một linh kiện dự phòng cho mỗi lớp khoảng cách. Mạng bốn làn giữ một bộ cho mỗi tốc độ và mỗi cách mã hóa, và ngân sách dự phòng tăng nhanh hơn số cổng.

Những quy tắc quyết định cổng có lên hay không

Bảng thông số mô tả điều gì nên chạy. Sáu quy tắc mô tả điều gì thực sự chạy.

1. Trần tốc độ nằm ở host, không ở module. Cổng QSFP28 thường nhận module 40G QSFP+ và chạy ở 40G. Chiều ngược lại thất bại: cổng QSFP+ không cấp xung nhịp cho module 100G. Sự bất đối xứng tương tự cũng đúng với SFP: cổng SFP+ hai tốc độ hạ xuống 1G, nhưng khoang chỉ biết 1G không kéo nổi module 10G.
2. Tốc độ giảm, dạng đóng gói không đổi. Module SFP không vào được khoang QSFP nếu thiếu bộ chuyển đổi chuyên dụng, và bộ chuyển đổi chỉ có tác dụng khi hệ điều hành mạng hỗ trợ. Vừa khít về cơ khí và được hỗ trợ về logic là hai lần phê duyệt riêng biệt.
3. Trang định danh là một phần của sản phẩm. Hai module có quang học giống hệt nhau vẫn có thể mang nội dung EEPROM khác nhau, và nền tảng kiểm tra danh tính nhà cung cấp sẽ từ chối cái sai. Đây là cơ chế đằng sau bài mã hóa EEPROM và tương thích.
4. Bản đồ quản lý đã đổi thế hệ. SFP nói SFF-8472, QSFP+ và QSFP28 nói SFF-8636, QSFP-DD và mới hơn nói CMIS. Host chờ CMIS sẽ gắn nhãn “không hỗ trợ” cho một module hoàn toàn khỏe mạnh mang bản đồ cũ.
5. FEC chỉ thương lượng được khi hai đầu đồng ý. Trên 50G mỗi làn, đóng khung Reed-Solomon KP4 là bắt buộc chứ không tùy chọn, và bất kỳ đứt gãy nào trên chuỗi — module, cáp, host đầu xa — đều hiện ra thành bộ đếm sửa lỗi tăng dần thay vì một liên kết sạch.
6. Ngân sách nhiệt là quyết định về số cổng. Một module 400G có DSP có thể ăn gấp mười hai lần SFP 1G. Lấp đầy mọi khoang trên line card không giống với lấp đầy chúng trong giới hạn thiết kế nhiệt.

Chọn theo đúng thứ tự

Bắt đầu từ thiết bị đầu cuối, không phải từ module. Thiết bị thực sự cần tốc độ nào, trên khoảng cách bao xa? Sau đó hỏi ngân sách nào đang siết: nếu số sợi hoặc chi phí đào đặt chiếm ưu thế, một làn và WDM thắng; nếu đơn vị rack và cổng ASIC chiếm ưu thế, bốn làn và tách cổng thắng. Cuối cùng mới chọn mã hàng — và xác nhận cấu hình cổng cùng cách mã hóa trước khi đặt hàng, không phải sau khi module về.

Thứ tự đó giải thích vì sao hai dạng đóng gói cùng tồn tại thay vì cạnh tranh. Một SFP+ LR 10G ở tầng truy cập và một uplink QSFP28 100G trên cùng switch không phải thỏa hiệp; đó là cùng một quyết định được đưa ra hai lần, mỗi lần một ràng buộc. Các trang SFP+, QSFP+ và QSFP28 của chúng tôi liệt kê lớp khoảng cách và mã hàng của cả hai phía, còn ghi chú leaf-spine 25G lên 100G đi sâu vào phép tính cổng.

Câu hỏi thường gặp

Có thể dùng module SFP+ trong cổng QSFP không?

Không trực tiếp. Vỏ và sơ đồ chân không liên quan gì đến nhau, nên SFP phải nằm trong bộ chuyển đổi chuyên dụng, và bộ chuyển đổi đó phải được hệ điều hành mạng đang cài hỗ trợ. Kể cả vậy cổng vẫn chạy 10G, nên thường có phương án rẻ hơn.

QSFP có luôn nhanh hơn SFP+ không?

Không. QSFP là vỏ bốn làn, và phiên bản sớm nhất mang 4 × 1G — chậm hơn một SFP+ 10G đơn lẻ. Tốc độ tổng đến từ số làn nhân tốc độ làn: QSFP+ 40G là bốn làn 10G, QSFP28 100G là bốn làn 25G.

QSFP+ 40G có cắm được vào cổng QSFP28 100G không?

Phần lớn trường hợp là có, và cổng sẽ hạ xuống 40G. Vẫn nên đối chiếu với ma trận transceiver của nền tảng, vì một số bản hệ điều hành hạn chế chạy hỗn hợp tốc độ trên một số line card.

Tách cổng có cần cáp đặc biệt, hay đường QSFP sang SFP nào cũng được?

Cần một bộ được chế tạo đúng mục đích: DAC tách cổng, AOC tách cổng, hoặc module song song kèm bộ chia MPO. Một dây patch duplex thường không mang được bốn làn, nó chỉ có hai sợi.

Vì sao bốn giao diện con 25G xuất hiện nhưng vẫn down?

Hai nguyên nhân thường gặp: cổng chưa bao giờ được chuyển sang chế độ tách trong phần mềm nên giao diện con tồn tại mà không có bản đồ làn hợp lệ; hoặc module phía máy chủ và cổng con QSFP không khớp nhau về đóng khung FEC. Kiểm tra cấu hình giao diện trước, rồi đến thiết lập FEC ở hai đầu.

SFP và QSFP có báo cùng một chẩn đoán không?

Chúng đo cùng năm đại lượng — nhiệt độ vỏ, điện áp nguồn, dòng phân cực laser, công suất phát và công suất thu — nhưng qua những bản đồ bộ nhớ khác nhau. Vì thế một script chẩn đoán viết cho cách bố trí trang của SFP sẽ trả về số vô nghĩa trên QSFP cho đến khi bản đồ được xử lý đúng.