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A fibra monomodo tornou-se o cabeamento preferido para as aplicações atuais de alta velocidade em data centers de hiperescala e em nuvem, e o aumento dos volumes de compra está ajudando a reduzir os custos gerais dos equipamentos.
Ainda assim, lasers caros de alta potência e emissão de borda usados em aplicações monomodo LR e ER de longa distância que suportam comprimentos de 10 km e 40 km não fazem sentido economicamente para a maioria dos data centers, onde os comprimentos dos links são muito mais curtos. Ao mesmo tempo, as aplicações multimodo que dependem de lasers emissores de superfície de cavidade vertical (VCSELs) mais econômicos estão limitadas a distâncias de apenas 100 metros para velocidades de transmissão acima de 40G, o que representa um desafio para muitos data centers maiores.
O suporte econômico a aplicações de alta velocidade em distâncias superiores a 100 metros agora é viável com as novas aplicações monomodo de curto alcance 100G, 200G e 400G que usam lasers de conservação de energia. No entanto, as especificações relaxadas dessas aplicações vêm com orçamentos rigorosos de perda de inserção e novas considerações de perda de retorno que exigem sistemas de cabeamento monomodo de alto desempenho e perdas ultrabaixas.
Reduzindo custos e ampliando distâncias
Com menos energia e consumo de energia associado e geração de calor, os lasers de conservação de energia usados para aplicações monomodo de curto alcance são significativamente mais baratos do que os lasers monomodo de longa distância. Embora as opções preliminares para essas aplicações fossem baseadas em esquemas de sinalização sem retorno a zero (NRZ) com uma taxa de bits de 25 G por faixa, o desenvolvimento do esquema de sinalização de modulação de amplitude de pulso de quatro níveis (PAM4) que permite 50 e 100 G por faixa as taxas de bits de pista abriram caminho para o IEEE introduzir aplicações monomodo de alcance de data center (DR) e alcance de fibra (FR) com distâncias de 500m e 2.000m, respectivamente. Isso inclui aplicações duplex 100GBASE-DR de 500 metros e óptica paralela 200GBASE-DR4 e 400GBASE-DR4 e aplicações de multiplexação por divisão de onda (WDM) de 2.000 metros 200GBASE-FR4 e 400GBASE-FR4.
Com monomodo de curto alcance, o custo total de um sistema 100GBASE-DR duplex de 500 metros agora custa menos do que um sistema multimodo óptico paralelo 100GBASE-SR4 de 100 metros. Devido à economia de custos, espera-se que os aplicativos monomodo DR e FR de curto alcance ganhem terreno rapidamente nos data centers corporativos à medida que migram para velocidades de 100, 200 e 400G em links switch-to-switch de backbone. Eles também suportam configurações de breakout econômicas, onde uma única porta de switch 200G se conecta a quatro conexões de 50G ou uma única porta de switch 400G se transforma em quatro conexões de 100G, otimizando assim a utilização da porta e a densidade do switch a um custo reduzido. O IEEE Beyond 400Gb/s Ethernet Study Group também incluiu aplicações DR e FR como parte dos objetivos da camada física para aplicações de 800G e 1,6 terabit, o que torna essas aplicações também bem posicionadas para data centers em nuvem e de hiperescala que estão migrando para 400 e 800G. links switch-a-switch de backbone e links switch-servidor horizontais de 50, 100 e 200G.
O desempenho verificado é importante
As aplicações de fibra LR e ER monomodo de longa distância oferecem amplos orçamentos de perda de inserção que podem chegar a 18 dB, mas as especificações relaxadas para aplicações monomodo de curto alcance exigem orçamentos de perda de inserção muito mais rigorosos. Os padrões IEEE especificam uma perda máxima de canal de 3 dB para aplicações DR e 4 dB para aplicações FR. Os transceptores monomodo de curto alcance e alta velocidade também são mais suscetíveis à refletância, o que exigiu que o IEEE especificasse valores de refletância para aplicações monomodo de curto alcance com base no número de pares acoplados no canal. Por exemplo, se a refletância dos conectores acoplados em uma aplicação 400GBASE-DR4 for de -45 dB, apenas quatro conectores poderão ser incluídos no canal. Com uma refletância melhorada de -49 dB, podem ser incluídos 10 conectores. A perda máxima de inserção do canal diminui se os requisitos de refletância discreta não puderem ser atendidos.
Para garantir margem suficiente para acomodar variáveis como cabeamento mal instalado, extremidades contaminadas, desalinhamentos, transmissores antigos e outros fatores, os projetistas de data centers precisam revisar cuidadosamente as especificações de perda de inserção e refletância para componentes como jumpers, troncos, módulos e adaptadores. Ao fazê-lo, devem utilizar apenas valores máximos verificados e evitar fornecedores que publicam apenas valores típicos, uma vez que os valores típicos são gerados principalmente para fins de marketing e não são garantidos como uma indicação verdadeira de desempenho.
Os projetistas de data centers também precisam considerar o número de conexões em um canal, como o uso de canais de conexão cruzada de quatro conectores que melhoram a flexibilidade, o gerenciamento, a escalabilidade e a segurança. Muitos sistemas de perdas padrão não suportarão orçamentos de perdas mais restritos de aplicações monomodo de curto alcance nesta configuração, e mesmo alguns sistemas de baixas perdas não fornecerão margem suficiente. Na verdade, testes de terceiros demonstraram que apenas conectores LC de perda ultrabaixa com uma perda de inserção máxima verificada de 0,20 dB e refletância mínima de -65 dB e conectores MPO de perda ultrabaixa com uma perda de inserção máxima verificada de 0,30 dB e a refletância mínima de -60 dB suporta o uso de conexões cruzadas e fornece margem de canal suficiente em implantações monomodo DR e FR de curto alcance.
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