Conectividade de fibra multimodo de 40|100G no data center

A fibra multimodo continua sendo a maior mídia óptica no data center para distâncias curtas, de até 150 metros. Backbones de fibra multimodo de 40 e 100G estão sendo implantados para facilitar as conexões dos servidores 10G e 25G do data center. A fibra multimodo permite a utilização de lasers emissores de superfície de cavidade vertical (do inglês VCSELs) para fornecer conectividade óptica e soluções eletrônicas sinérgicas e de baixo custo. As fibras multimodo 50/125 μm otimizadas para laser OM3 e OM4 são as preferidas, mas recentemente a TIA aprovou uma fibra multimodo 50/125 μm de banda larga (WB MMF) a ser considerada pela indústria. A norma ISO/IEC JTC 1/SC 25 aprovou a designação OM5 para inclusão no documento ISO/IEC 11801-1 e a TIA se harmonizou com o documento ISO/IEC 11801-1 e implementou a nomenclatura OM5. A indústria está se movendo rapidamente, à medida que os padrões Ethernet 40 e 100G e variantes de transmissão de fibra multimodo proprietárias tornam-se comercialmente disponíveis, suportando prontamente a transmissão em fibra multimodo padrão para 300 metros e além.

Os padrões de transmissão Ethernet desenvolvem orientações com base em critérios específicos, incluindo a viabilidade técnica e comercial. O principal objetivo é fornecer soluções econômicas que atendam aos objetivos de distância representativos dos comprimentos dos canais de conectividade de fibra multimodo implantados. A Corning rastreou e modelou os comprimentos de canal de data center de conectividade de fibra multimodo e monomodo por um longo período. As tendências mostraram que, conforme as taxas de dados aumentaram de 10G para 40G e para 100G, a distância do canal de 100 metros representa aproximadamente 95 a 90% dos comprimentos de canal OM3/OM4 implantados, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2. Em outras palavras, para a grande maioria dos enlaces de data center, uma distância de canal de 100 metros é mais do que suficiente para atender às suas necessidades.

Outra contribuição para a maior porcentagem de fibra multimodo a 100 metros foi a canibalização da conectividade de cobre. Para data centers operando em 10G e taxas de dados superiores, a conectividade de cobre foi relegada para conexões de servidor, onde o cabo de cobre twinaxial é mais usado. Espera-se que o cabo de cobre twinaxial continue sendo a interconexão do servidor principal até 50G, onde serão preferidas as interconexões ópticas, devido às limitações de distância apresentadas pela conectividade de cobre. Servidores com E/S de 50G estão previstos para 2018.

Óptica paralela

Quando o grupo de trabalho dos padrões Ethernet 802.3ba abordou pela primeira vez a transmissão 40G com fibras multimodo, a capacidade de modulação VCSEL de 850 nm foi incapaz de fornecer uma única variante de comprimento de onda de 40G. O IEEE escolheu a transmissão óptica paralela com base na simplicidade de desenvolvimento e na capacidade de fornecer uma solução confiável e de baixo custo. A óptica paralela difere da comunicação serial da fibra óptica duplex tradicional, pois os dados são transmitidos e recebidos simultaneamente em várias fibras ópticas. A óptica paralela 40GBASE-SR4 exige oito fibras OM3 ou OM4, com transmissão 10G em cada fibra: quatro fibras (quatro fibras x 10G/fibra) para transmitir (Tx) e quatro fibras (quatro fibras x 10G/fibra) para receber (Rx). O padrão 802.3ba especifica uma distância máxima de 100/150 metros (OM3/OM4). Transceptores ópticos paralelos 40GeSR4 proprietários de alcance estendido agora estão disponíveis para suportar distâncias de até 300/400 metros (OM3/OM4). Com componentes da solução EDGE^TM conectorizados para MTP^®, o transceptor 40GeSR4 de alcance estendido oferece até 330/550 metros (OM3/OM4).

A Ethernet 802.3ba 100GBASE-SR10 também usava 10G por fibra e exigia 20 fibras OM3 ou OM4 (10 fibras x 10G/fibra Tx e 10 fibras x 10G/fibra Rx), mas tinha demanda limitada da indústria. Conforme a tecnologia VCSEL evoluiu, as taxas de modulação 25G tornaram-se disponíveis. Portanto, atualmente existe a variante de transmissão Ethernet 802.3bm 100GBASE-SR4, que possui requisitos de conectividade idênticos aos do 40GBASE-SR4. Consulte a Figura 3. O padrão 802.3bm especifica uma distância de até 70/100 metros (OM3/OM4). Os transceptores ópticos paralelos 100GeSR4 proprietários de alcance estendido também estão disponíveis para manutenção em até 200/300 metros (OM3/OM4).

A óptica paralela permite recursos de divisão, nos quais a interface MTP do transceptor pode ser dividida em várias conexões LC duplex. Por exemplo, conexões duplex de 40GBASE-SR4 a 4 x 10GBASE-SR.

Multiplexação por divisão de comprimento de onda (do inglês WDM)  


A transmissão de fibra multimodo Ethernet dependia da transmissão de fibra duplex até 10GBASE-SR. Acima de 10G, os VCSELs não eram capazes de suportar uma solução de fibra duplex serial 40G. O grupo de trabalho Ethernet 802.3ba avaliou a WDM e as tecnologias paralelas para 40/100G, e selecionou a óptica paralela para o padrão, o que resultaria em implementações de 40/100G de curto prazo mais rápidas e econômicas.

A 10GBASE-SR é uma tecnologia baseada em padrões amplamente implantada, que usa OM3/OM4. A variante 10GBASE-SR também inclui opções OM1 e OM2, mas com tração mínima. A conectividade 10G usando cabos troncos MTP^® EDGE8^TM (base-8) da Corning, com um módulo de polaridade universal MTP-para-LC e/ou chicote de polaridade universal MTP-para-LC fornece facilmente quatro circuitos de divisão LC duplex por conector MTP de 8 fibras. O conector LC duplex se conecta aos transceptores 10GBASE-SR SFP. As implantações 10GBASE-SR que utilizam cabos tronco MTP migram facilmente para a ótica paralela 40GBASE-SR4.

A migração de brownfield 10GBASE-SR para 40G em ambientes de cabeamento sem conectividade MTP no backbone óptico levou os fabricantes de transceptores a oferecer transceptores 40G proprietários com uma interface de fibra multimodo duplex. Duas variantes proprietárias podem ser consideradas, 40G BiDi e 40G SWDM, que agora estão disponíveis comercialmente.

O transceptor 40G BiDi tem dois canais ópticos 20G, que são transmitidos e recebidos bidirecionalmente em cada fibra. Este recurso resulta em uma largura de banda agregada de 40 Gbps, com um cabo LC duplex. O transceptor 40G BiDi é especificado até 100/150/200 metros no OM3/OM4/OM5. Com as soluções EDGE e EDGE8 da Corning, o transceptor 40G BiDi oferece até 100/200/200 metros com conectividade OM3/OM4/OM5. Os transceptores 100G BiDi foram recentemente lançados no mercado e usam a mesma conectividade ótica do 40G BiDi. O 100G BiDi tem dois canais ópticos 50G, que são transmitidos bidireccionalmente em cada fibra, especificados para distâncias de até 70/100/150 metros no OM3/OM4/OM5.

O transceptor 40G SWDM multiplexa quatro comprimentos de onda 10G que são transmitidos codirecionalmente em cada fibra simplex para fornecer largura de banda total de 40G. Consulte a Figura 5. O transceptor 40G SWDM é especificado par suportar até 240/350/440 metros em OM3/OM4/OM5. O transceptor SWDM foi projetado para operar principalmente sobre fibra OM3/OM4 em data centers brownfield existentes. Os transceptores 100G SWDM foram recentemente lançados no mercado e são especificados para distâncias de 70/100/150 metros em OM3/OM4/OM5. Os transceptores 100G SWDM4 atingem uma taxa de dados agregada de 100G, utilizando quatro comprimentos de onda 25G. Nem o SWDM nem o BiDi têm capacidade para recursos de divisão de portas suportadas por ópticas paralelas.

A conectividade de fibra multimodo continua a fornecer soluções confiáveis e de baixo custo no data center. Com base na economia prevista de conectividade de fibra e transceptores, espera-se que, para implantações de 40 e 100G, os casos de uso de fibra/transceptor multimodo sejam mostrados na Tabela 1 abaixo. Como mostram os dados históricos de implantação, 90% dos canais OM3/OM4 no data center têm menos de 100 metros. No entanto, para os poucos clientes que têm canais com comprimentos de até 300 metros, haverá várias combinações de fibra e transceptor para fornecer o alcance necessário, garantindo que a conectividade multimodo hoje implantada no data center permanecerá valiosa no futuro.