OM5: Hip or Jive? | Data Center | Corning

por Scott Gregg Corning Optical Communications
Presente na Cabling Installation and Maintenance de setembro de 2017

A fibra multimodo (do inglês MMF) OM5 foi apresentada com muito alarde em 2016, mas até agora viu pouquíssimas implementações. Por quê? E por que a OM5 foi criada, em primeiro lugar? O que esperar do futuro: a OM5 vai pegar?

A MMF continua sendo o tipo de fibra dominante usado em redes locais (LANs) e data centers (DCs), uma vez que quase sempre resulta no menor custo de enlace (definido como o custo da fibra, conectividade e transceptores ópticos) para distâncias curtas. Mas já se foi o tempo que OM1 e OM2 aproveitavam a maioria das implantações. Hoje, quem dita as regras são as fibras de largura de banda mais alta, como OM3 e OM4. E, recentemente, a OM5 se juntou à festa. Para entender as circunstâncias em que a OM5 nasceu, é necessário entender algumas coisas sobre transceptores ópticos e os padrões que os regem.

Primeiro, precisamos entender a distinção entre transceptores compatíveis com o padrão e transceptores proprietários. Quando falamos sobre transceptores compatíveis com os padrões em um contexto Ethernet, estamos falando sobre orientação de transmissão e recepção ópticas que foram ratificadas como parte de um padrão Ethernet IEEE 802.3. Quando falamos sobre transceptores proprietários, estes são transceptores cuja orientação não faz parte do padrão IEEE, seja porque a tecnologia dependente do meio físico (do inglês PMD) proposta não obteve votos de membros suficientes para ser incluída no padrão, ou porque o transceptor utiliza uma tecnologia que nunca foi oferecida para se tornar parte de um padrão aberto da indústria. É importante fazer essa distinção entre transceptores compatíveis com os padrões IEEE e transceptores proprietários, porque nos últimos anos vimos uma proliferação dos tipos de transceptores disponíveis no mercado, muitos dos quais são projetos proprietários.

No universo da Ethernet de 1G a 100G, todos os transceptores multimodo compatíveis com os padrões têm uma coisa em comum: eles utilizam lasers de emissão de superfície de cavidade vertical (do inglês VCSELs), que operam no comprimento de onda de 850 nm. Quando os VCSELs começaram a se tornar disponíveis comercialmente, eles foram projetados para produzir luz a 850 nm, que era um dos comprimentos de onda de operação especificados da MMF. Como os VCSELs operavam em 850 nm, as melhorias subsequentes no projeto e na fabricação de fibras MMF concentraram-se na otimização da largura de banda da fibra em 850 nm. Por exemplo, quando a fibra OM4 foi apresentada, ela ofereceu melhorias de largura de banda significativas em relação à OM3 em 850 nm, com a OM4 oferecendo 4700 MHz/km de largura de banda modal efetiva (do inglês EMB) em 850 nm, em comparação com os 2.000 MHz/km fornecidos pela OM3.

A segunda coisa a saber sobre os transceptores multimodo é o conceito de transmissão paralela, que algumas pessoas chamam de óptica paralela. Para velocidades Ethernet de 1G, 10G e 25G, os transceptores multimodo utilizam duas fibras, com uma transportando o sinal de transmissão e outra transportando o sinal de recepção. Isso geralmente é conhecido como transmissão serial e, como esses são dispositivos de 2 fibras, a interface do conector no transceptor é o conector LC duplex. No entanto, com a adoção do padrão Ethernet 802.3ba 40G em 2010, o conceito de óptica paralela foi apresentado. No caso do transceptor 40GBASE-SR4, temos quatro fibras em paralelo, cada uma transmitindo 10G por fibra, e outras quatro fibras recebendo 10G por fibra cada uma. Portanto, esses transceptores exigem oito fibras para um único canal e, como resultado, o conector multifibra MTP® é a interface definida para o transceptor. Uma das principais características dos transceptores ópticos paralelos, como o 40GBASE-SR4, é que, uma vez que as fibras individuais estão transportando um sinal 10G, uma única porta MTP 40G em um switch pode ser dividida em quatro portas LC duplex 10GBASE-SR, o que normalmente resulta em economia significativa de custos de energia por porta e maior densidade de porta de switch. Com este tipo de divisão, uma placa de linha com portas de 32 x 40G pode ser dividida em canais de 128 x 10G. Para gerentes de rede que precisam da funcionalidade de divisão de porta e distâncias de 40G além dos 150 m suportados pelo transceptor 40GBASE-SR4, um transceptor de alcance estendido proprietário, o eSR4, também foi apresentado.

Pronto para saber o que a fibra OM5 pode fazer? Não se preocupe, estamos quase lá. Como dissemos, nos últimos anos vimos um grande número de tipos de transceptores proprietários chegarem ao mercado, começando com o transceptor BiDi 40G. O transceptor BiDi é um dispositivo de 2 fibras, com transmissão bidirecional em cada fibra. Cada fibra transporta um sinal de transmissão e recepção, operando em diferentes comprimentos de onda (850 nm e 900 nm). Como o transceptor BiDi exige apenas duas fibras, ele foi projetado para fornecer um caminho de migração de até 40G, onde a conectividade de fibra duplex OM3 ou OM4 já estava instalada, de forma que a conectividade MTP adicional não seria necessária. Os transceptores BiDi provaram ser uma boa solução para uplinks de switch de 40G. É importante observar que, como eles operam fazendo com que cada fibra carregue um sinal de transmissão e recepção, a funcionalidade de divisão de porta não é suportada.

Nessa briga, tivemos outra tecnologia de transmissão de transceptor, o transceptor de multiplexação por divisão de comprimento de onda curto (do inglês SWDM). Semelhante ao BiDi, no qual para um circuito de 40G, um transceptor SWDM exige apenas uma conexão duplex LC de 2 fibras, o SWDM difere porque opera em quatro comprimentos de onda por fibra na faixa de 850 a 940 nm, com uma fibra dedicada para transmissão, e outra dedicada para recepção. 

Tal como acontece com o BiDi, o transceptor SWDM é projetado para oferecer aos gerentes de rede que têm uma base instalada de conectividade duplex OM3/OM4 outra maneira de migrar para 40G sem a necessidade de instalar fibras adicionais. No entanto, o fato de haver quatro comprimentos de onda de transmissão apresenta uma questão interessante para a indústria: dado que a largura de banda da fibra OM3/OM4 é normalmente especificada apenas em 850 nm, como quantificar o desempenho de pico deste transceptor com um comprimento de onda operacional de até 940 nm? A resposta: a Telecommunications Industry Association (TIA) iniciou um grupo de trabalho em 2014 para desenvolver orientações para uma chamada “fibra multimodo de banda larga (do inglês WB MMF)” para oferecer suporte à transmissão SWDM. O padrão TIA-492AAAE para WB MMF foi publicado em junho de 2016. A WB MMF é efetivamente um tipo de fibra OM4, já que ainda precisa atender aos critérios de largura de banda OM4 de EMB ≥ 4700 MHz/km a 850 nm. No entanto, a WB MMF também tem largura de banda especificada em 953 nm. A especificação EMB em 953 nm é ≥ 2470 MHz/km. Como a WB MMF é uma versão da OM4, uma das primeiras propostas de nomenclatura era que ela usasse a designação ISO/IEC OM4W. Porém, a votação internacional resultante em outubro de 2016 deu à WB MMF uma designação de 3 dígitos, e a fibra OM5 nasceu.

Apenas para resumir até aqui, vamos recapitular algumas coisas com respeito aos tipos de transceptores que discutimos e como a fibra OM4 se compara com a OM5.

Uma vez que a fibra OM5 existe e tem melhor preço em relação à OM4, ela deve fornecer algum benefício, certo? Bem, sim, caso contrário, não haveria razão para a indústria criar um padrão para isso. É aqui que precisamos considerar a capacidade de distância de transmissão para as várias combinações MMF/transceptor. Embora a maioria das empresas ainda não esteja operando em 100G, já que esta é principalmente a competência dos operadores de data center em hiperescala, visto que sabemos que velocidades mais altas estão chegando no futuro, vamos avaliar os recursos de distância para 40G e 100G, com base nas especificações publicadas do fabricante do transceptor com conectividade padrão.

O que observamos aqui?

1. Primeiro, usando os transceptores SR4 ou eSR4, uma vez que esses transceptores operam apenas em 850 nm, há vantagens em termos de distância para OM4 em relação à OM3, mas nenhuma vantagem para OM5 em relação à OM4, visto que OM4 e OM5 atendem à mesma especificação de largura de banda em 850 nm.
   
   
2. Em 40G, tanto o BiDi quanto o SWDM têm uma vantagem em termos de distância para OM5 em relação à OM4, visto que esses são transceptores de vários comprimentos de onda. No entanto, as distâncias OM4 de 150 m para BiDi e 350 m para SWDM já são muito grandes e suficientes para a grande maioria das aplicações MMF. Por exemplo, dados da indústria publicados revelam que, no data center, 90 a 95% dos enlaces OM3/OM4 tem 100 m ou menos.
   
   
3. Em 100G, existe uma vantagem em termos de distância OM5 para os transceptores BiDi e SWDM, já que a OM5 fornece até 150 m de alcance, em comparação com o alcance de 100 m fornecido pela OM4. O alcance total mais longo de 300 m é fornecido pelo transceptor eSR4 com fibra OM4 ou OM5.

Então, diante de tudo isso, onde é o lugar certo para se usar a OM5? A resposta é: “depende”. Para tomar essa decisão, precisamos entender uma série de fatores relacionados à velocidade da rede, à distância de transmissão necessária e à tecnologia de transceptor que está sendo usada.

Por exemplo, se você pretende usar transceptores compatíveis com os padrões, então usará um transceptor do tipo SR4 e a OM5 não fornece qualquer vantagem sobre a OM4. Ou se você sabe que precisará do recurso de divisão de porta, usará um transceptor do tipo SR4 ou eSR4 e, novamente, a OM5 não fornece vantagem sobre a OM4.

Se você pretende usar transceptores BiDi ou SWDM, a velocidade da rede e a distância de transmissão necessárias tornam-se fatores decisivos. Como dissemos, em um mundo 40G, a maioria dos gerentes de rede não terá muitos enlaces além de 150 m, então a OM4 acomodará a maioria das necessidades, e o alcance de 440 m possível com a combinação OM5/SWDM é valioso para meia dúzia de pessoas. No entanto, se você planeja migrar para 100G e tiver um número significativo de enlaces além de 100 m, a OM5 tem um cenário de utilização, pois fornece 50 m de alcance adicional sobre a OM4. Dado que poucos gerentes de rede têm enlaces MMF além de 100 m, e que tem havido pouquíssimas implantações de 100G em LAN corporativa ou redes de data center, isso explica a adoção muito lenta da OM5 até agora, já que simplesmente não houve necessidade.

O que esperar do futuro? Bom, se tivéssemos uma bola de cristal, a usaríamos para prever os números da loteria, em vez de prever as tendências de implantação de fibra. No entanto, conforme as implantações de 100G corporativas começam a se tornar mais predominantes, a OM5 pode se tornar atraente caso seja necessário um alcance de até 150 m. Implantações de OM5 fornecem alguma vantagem para gerentes de rede que implementarão redes 100G utilizando transceptores BiDi ou SWDM e que tenham enlaces entre 100 e 150 m. Atualmente, a OM5 não está incluída como uma opção de meio físico em nenhum dos padrões Ethernet ou Fibre Channel publicados, no entanto, se os tipos de transceptores WDM forem adotados dentro da Ethernet ou Fibre Channel no futuro, seria lógico, então, que a fibra OM5 fosse incluída como uma opção de fibra disponível nos padrões, junto com a fibra OM3/OM4. Uma coisa é certa: vencerá o menor custo de enlace para a distância necessária.